Estudio de interacciones electrostáticas de biomóleculas en medio líquido por microscopia y espectroscopia de fuerzas

Résumé

En los últimos años la nanociencia se ha convertido en uno de los campos más desarrollados en la ciencia. Es ésta un área multidisciplinar que engloba, la investigación aplicada como fundamental, de muy diversas áreas, teniendo únicamente en común el hecho de que las investigaciones se realizan a escala nanométrica. En particular, la biofísica es el campo que enlaza la forma y las funciones biológicas para comprender el funcionamiento de los mecanismos en los sistemas biológicos utilizando los principios de la física y la química que gobiernan dicho procesos. La membrana biológica es un complejo supramolecular de lípidos, carbohidratos y proteínas, formado como resultado de interacciones no covalentes. Su base estructural es una bicapa lipídica, que posee una región hidrofóbica central separada de la fase acuosa por dos regiones polares. La estructura, dinámica y propiedades mecánicas de las biomembranas vienen determinadas principalmente por las propiedades físico-químicas de los lípidos. Éstos imponen un orden líquido-cristalino que se extiende también a las proteínas o péptidos insertados en la bicapa, pudiendo verse afectados en su estructura, orientación, dinámica y estado de agregación. La electrostática de bicapas lipídicas cargadas ha sido discutida extensamente en un gran número de revisiones. Estas discusiones están relacionadas fundamentalmente con aspectos tales como, la distribución iónica, el potencial electrostático, la longitud de apantallamiento de Debye, la permitividad eléctrica, el grado de hidratación y la termodinámica. De estos estudios, se concluye que los lípidos cargados son el origen de fuerzas electrostáticas no específicas, capaces de afectar a la concentración de iones y pequeñas moléculas cargadas en la fase acuosa cercana a la superficie de la membrana. Muchos procesos fisiológicos están condicionados por la distribución específica de cargas en las moléculas que en ellos intervienen. Por ejemplo, los lípidos aniónicos afectan al control celular de la coagulación de la sangre. Por otro lado, la interacción electrostática es una de las fuerzas de mayor importancia entre las que provocan la unión de péptidos catiónicos a membranas de procariotas y la desestabilización de estas últimas. Este tipo de interacción dirige los procesos de adsorción, orientación e internalización de proteínas, entre ellos los que se encuentra la avidina.