Efecto del cholesterol sobre la dinámica del agua interfacial en membranas

ELOLA, MARÍA DOLORES; RODRIGUEZ, JAVIER

Villa Carlos Paz, Córdoba

Congreso; XX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2017

AAIFQ

Motivación: Este trabajo está inspirado en una publicación reciente en la cual, a través de técnicas experimentales de relaxometría NMR, se  estudió la dinámica del agua de hidratación en membranas fosfolipídicas en función de la concentración de cholesterol.[1] Los autores reportan incrementos notables en la difusión del agua superficial con el agregado de cholesterol (Chol). Este efecto de "aceleración" de la dinámica del agua debido a la presencia de Chol en la membrana, nunca había sidopredicho ni observado con anterioridad, y pone de manifiesto la  importancia del rol del Chol y del agua en la regulación de procesos biológicos en membranas.Resultados: Con el objetivo de dilucidar y entender este interesante fenómeno, investigamos el sistema mediante simulaciones de Dinámica Molecular y un modelo con detalle atomístico. Para ello consideramos una membrana fosfolipídica (DPPC) completamente hidratada, conteniendo diferentes concentraciones de Chol y generamos trayectorias de aproximadamente 60 ns. Analizamos la dinámica translacional y rotacional del agua interfacial a través de unesquema "local", que permite obtener coeficientes de difusión lateral y tiempos rotacionales en función de la distancia al centro de la bicapa. Nuestros resultados reflejan una disminución de la movilidad tanto translacional como rotacional del agua en la región interfacial; asimismo, se observa que el incremento de Chol en la membrana produce una aceleración en la dinámica del agua interfacial, en acuerdocon datos experimentales. Realizamos también un análisis de la estructura y dinámica de las uniones hidrógeno (uH) entre agua y DPPC. Observamos que, con el aumento de la concentración de Chol, aunque el número promedio de uH por DPPC aumenta, la fracción de moléculas de agua que forman uH con dos lípidos simultáneamente (aguas "puente") disminuye. Desde el punto de vista dinámico, la función de correlación asociada a los enlaces H (C HB (t)) muestra un decaimiento más rápido con el aumento de Chol.Conclusiones: Los resultados sugieren que, en la aproximación más simple, puede pensarse en un modelo de "dos estados", en el cual C HB (t) tiene dos contribuciones: una, de dinámica rápida, proveniente de las aguas que forman una sola uH con DPPC, y otro, de dinámica más lenta, de las aguas que forman dos uH simultáneamente con DPPC ("puente"). El efecto indirecto del Chol, al localizarse en una zona más interna de la membrana y producir un aumento de la densidad local de agua en la interfaz, es reducir la fracción de aguas "puente" y como consecuencia, la dinámica global del agua interfacial se hace más rápida.