Formación de nanoporos en bicapas lipídicas

D. MASONE; J. M. LÓPEZ MARTÍ; M. G. DEL PÓPOLO

Congreso; NanoCórdoba 2014; 2014

Las membranas celulares están compuestas principalmente de lípidos, proteínas y carbohidratos organizados en forma de bicapas por efectos hidrofóbicos. Las moléculas amfifílicas se ubican con los grupos hidrofílicos orientados hacia la interfaz con el agua manteniendo las cadenas no polares en el interior de la membrana. De esta forma el interior celular queda aislado aunque con una permabilidad selectiva (Gurtovenko, A. A.; Anwar, J. & Vattulainen, I. Defect-Mediated Trafficking across Cell Membranes: Insights from in Silico Modeling Chemical Reviews, 2010, 110, 6077-6103). Esta propiedad es de máximo interés en biomedicina y biotecnología pues es esta permeabilidad controlada la responsable del transporte de moléculas y nanopartículas a través de la membrana. En particular, la formación de nanoporos en membranas lipídicas modelo ha sido estudiado con especial interés mediante simulaciones computacionales de dinámica molecular (Marrink, S. J.; de Vries, A. H. & Tieleman, D. P. Lipids on the move: Simulations of membrane pores, domains, stalks and curves Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes , 2009, 1788, 149 - 168). La dinámica de formación de nanoporos mediante la aplicación de campos eléctricos ha demostrado su geometría toroidal (Bennett, W.; Sapay, N. & Tieleman, D. Atomistic Simulations of Pore Formation and Closure in Lipid Bilayers Biophys. J. , 2014, 106, 210 - 219) y ha petmitido cuantificar en términos de energía libre el coste termodinámico de generar un nanoporo (Tolpekina, T. V.; den Otter, W. K. & Briels, W. J. Simulations of stable pores in membranes: System size dependence and line tension J. Chem. Phys., 2004, 121, 8014, Wohlert, J.; den Otter, W. K.; Edholm, O. & Briels, W. J. Free energy of a trans-membrane pore calculated from atomistic molecular dynamics simulations J. Chem. Phys., 2006, 124, 154905). En este trabajo hemos realizado simulaciones computacionales de gran escala para estudiar la dinámica de formación de nanoporos (figura 1), utilizando el modelo de resolución reducida de Martini (Marrink, S. J.; de Vries, A. H. & Mark, A. E. Coarse Grained Model for Semiquantitative Lipid Simulations J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 750-760). Nuestros resultados muestran el coste termódinamico de formación de un nanoporo (figura 2) y las trayectorias de cierre de un nanoporo en función de la intensidad del campo eléctrico externo. Los cálculos de los parámetros mecánicos de la bicapa modelo obtenidos mediante las simulaciones (tensión lineal y compresibilidad) están de acuerdo con los valores reportados en la literatura.