La membrana plasmática de una célula forma una barrera protectora que separa su contenido interno del ambiente exterior. Existe una necesidad apremiante de comprender mejor la compleja bicapa lipídica que compone esta membrana, que limita las moléculas que pueden salir o ingresar a la célula.La investigación sobre la estructura y el comportamiento de la membrana plasmática puede proporcionar información invaluable sobre si, y en qué medida, pueden penetrar pequeñas moléculas como azúcares, hormonas y medicamentos.
Investigadores de la Universidad de Maryland, en College Park, han desarrollado un modelo computacional detallado de la membrana plasmática de soja que proporciona una nueva visión estructural a nivel molecular. Los resultados de sus simulaciones a gran escala destacan propiedades únicas de la membrana plasmática de sojay demostrar una estructura de membrana a microescala en la que los lípidos similares tienden a agruparse.
Esta nueva investigación tiene aplicaciones para estudiar las proteínas de membrana, que pueden ser útiles para diseñar plantas para producir bioquímicos, biocombustibles, medicamentos y otros compuestos, y para comprender cómo las plantas perciben y responden a condiciones estresantes. El grupo publicó sus hallazgos esta semana en El diario de la física química , de AIP Publishing.
La mayoría de las investigaciones sobre el modelado de membranas plasmáticas se ha centrado en microbios unicelulares, como por ejemplo E. coli o levadura, o en ciertos órganos en especies de mamíferos modelo. Tanto las bacterias como los organismos de nivel superior tienen una membrana celular de doble capa compuesta de fosfolípidos, donde las colas hidrofóbicas de cada capa apuntan hacia el centro de la membrana y las cabezas hidrofílicas se enfrentanEl exterior y el interior de la célula. Dependiendo de su concentración, las moléculas de esteroles pueden mejorar la fluidez de la membrana o aumentar su rigidez.
Los investigadores se centraron en la membrana plasmática de la soja porque es una de las membranas vegetales más intensamente estudiadas, que proporcionó datos experimentales sustanciales para validar el modelo computacional.
"Las membranas plasmáticas de las plantas no se han estudiado antes en el nivel de cómputo de todos los átomos", dijo Jeffery Klauda, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Maryland e investigador principal del trabajo ". Estas membranas plasmáticas contienen proteínas".que están involucrados en el control de lo que entra y sale de la célula, por lo que para observar esas proteínas que residen en la membrana, necesitamos entender qué es la membrana ".
Los investigadores utilizaron simulaciones de computadora de dinámica molecular para simular la estructura y dinámica de la membrana lipídica compleja, que utilizó las ecuaciones de movimiento de Newton para comprender cómo se mueven las moléculas en respuesta a las fuerzas generadas por las interacciones atómicas. Específicamente, utilizaron el CHARRM36 de todos los átomoscampo de fuerza de lípidos para predecir cómo los lípidos se autoensamblan en una membrana bicapa, utilizando siete u ocho de los principales tipos de fosfolípidos y dos esteroles primarios que se encuentran en las membranas de plántulas de soja.
El modelo demostró un buen acuerdo con las mediciones experimentales de la membrana y reveló diferencias físicas entre la membrana de soja y los modelos anteriores de membranas encontrados en levaduras y E. coli . La membrana de la soja es casi tan rígida como la membrana de la levadura, pero el doble de rígida que la deficiente de esteroles E. coli membrana citoplasmática.
El modelo de la soja también mostró que los lípidos con cantidades similares de insaturación tendían a agruparse, el comportamiento que los científicos no habían observado previamente para estos lípidos vegetales. El sorprendente comportamiento de agrupamiento se atribuyó a las interacciones de van der Waals entre las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos.
En el trabajo futuro, Klauda y sus colegas planean examinar las membranas de otras plantas. También planean modelar proteínas de transporte que abarcan la bicapa lipídica y otras proteínas críticas para la función de la membrana. Si bien estas simulaciones representan el estado del arteEn el modelado computacional de las membranas lipídicas complejas, Klauda reconoce que le hubiera gustado incluir una mayor diversidad de tipos de lípidos en la simulación, ya que las membranas vegetales pueden estar compuestas de cientos de lípidos diferentes, pero el modelo solo podría acomodar los 10 más dominantes..
"Estamos en un campo de maduración en el que tenemos la capacidad de simular y sondear membranas biológicamente relevantes", concluyó Klauda. "Si comparamos lo que hemos hecho con lo que se hizo hace cinco o diez años, cuando las membranas estaban representadaspor uno o dos lípidos, vemos claramente aquí que si desea comprender la estructura de la membrana, realmente necesita incluir la diversidad que existe en biología ".
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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