Las acuaporinas son proteínas que sirven como canales de agua para regular el flujo de agua a través de las membranas celulares biológicas. También eliminan el exceso de sal e impurezas en el cuerpo, y es este aspecto el que ha despertado mucho interés en los últimos años sobre cómo imitarlos procesos bioquímicos de las acuaporinas potencialmente para sistemas de desalinización de agua.
Un equipo internacional de investigadores codirigido por Georges Belfort descubrió el agua, en forma de "cables de agua", contenida en otra molécula, el imidazol, un compuesto orgánico a base de nitrógeno que podría usarse como un potencial edificiobloque de acuaporinas artificiales. Los hallazgos fueron publicados recientemente en Avances científicos por la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia. Belfort es profesor del Instituto y profesor de ingeniería química y biológica en el Instituto Politécnico Rensselaer.
El colega de Belfort, Mihail Barboiu, líder de investigación en el Instituto Europeo de Membranas EMI en Francia, ha sintetizado y estudiado la dinámica de una estructura de anillo del imidazol incrustado en una bicapa de lípidos soportada es decir, en un modelo sintético de unmembrana biológica que rodea una célula. EMI opera bajo los auspicios de varias organizaciones, incluido el Centro Nacional de Investigación Científica de Francia abreviado CNRS en francés.
Los estudios de rayos X de Barboiu y las simulaciones dinámicas por computadora del investigador del CNRS Marc Baaden muestran que la estructura del anillo del imidazol convierte a la molécula en un candidato ideal para aprender cómo se pueden desarrollar las acuaporinas artificiales. En teoría, las moléculas de imidazol ensambladas actúan como una acuaporina porpermitiendo que las moléculas de agua ingresen y posiblemente fluyan a través del centro de la estructura del anillo mientras se mantienen fuera otras moléculas.
Aún así, no había pruebas directas de que existiera agua dentro del canal de agua de imidazol. Para averiguarlo, Barboiu contó con la ayuda de Belfort y Poul Petersen, profesor asistente de química en la Universidad de Cornell.
A través de sus estudios experimentales, Belfort y Petersen han descubierto que no solo existe agua en el canal de agua de imidazol, sino que también la construcción del anillo de imidazol induce a las moléculas de agua a autoensamblarse en una estructura de cadena lineal altamente orientada, o quélos investigadores han denominado "cables de agua"
"Por primera vez, hemos hecho una observación directa de esta estructura de agua única dentro de un canal de agua sintético que imita una aquaporina", dijo Belfort.
Belfort y sus colegas también descubrieron que la quiralidad de las moléculas de imidazol orienta las moléculas de agua y podría aumentar la permeabilidad del agua a través del canal de agua en comparación con las moléculas de imidazol achiral es decir, no quiral que también ensamblaron.la imagen especular de un objeto no es superponible, por ejemplo, su mano izquierda y derecha.
En el caso de la molécula de imidazol, su quiralidad depende de la forma en que se organizan los grupos de átomos en una molécula. Como explicó Belfort, los átomos de imidazol quiral pueden verse como radios en una rueda de bicicleta que no se pueden superponer sobre el"radios" de un imidazol que es achiral.
"Si coloca varios de estos anillos uno encima del otro como una pila de panqueques, el centro el 'eje' de los radios contiene las moléculas de agua y les permite conectarse entre sí de forma ordenada para formarun cable de agua ", dijo." Nuestros resultados también mostraron que el cable de agua cambió su orientación cuando cambia la quiralidad del imidazol, lo que confirma aún más que la forma quiral del imidazol controla cómo se comporta el agua ".
En su estudio, los investigadores utilizaron canales artificiales de agua que crearon a partir de estructuras autoensambladas de imidazol dentro de bicapas lipídicas, membranas delgadas que forman una barrera continua alrededor de las células. Barboiu y su grupo en Francia sintetizaron los bloques de construcción de imidazol.Luego, el grupo de investigación reunió las bicapas lipídicas para contener las estructuras de imidazol.
El equipo de Belfort utilizó una microbalanza de cristal de cuarzo QCM para medir el ensamblaje y el contenido de agua. Los investigadores utilizan QCM para medir pequeños cambios de masa en un cristal de cuarzo vibrante. Mirco Sorci llevó los lípidos que contenían las estructuras de alambre de agua a Cornell,investigador asociado en el laboratorio de Belfort, para analizar más a fondo la presencia del cable de agua y su orientación, utilizando un instrumento especial que mide los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua llamado espectrómetro de generación de frecuencia de suma.
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Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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