Extracto
Los triglicéridos tienen una solubilidad limitada, en torno al 3%, en bicapas de lípidos fosfatidilcolina. curso utilizando milisegundos escala de grano simulaciones de dinámica molecular, nos muestran que la bicapa modelo de lípidos puede dar cabida a una mayor concentración de trioleína (A) que se había previsto, por secuestrar moléculas trioleına al centro de la bicapa en forma de una desordenada, isotrópico, neutral móvil agregado de lípidos, al menos 17 nm de diámetro, que forma espontáneamente, y se mantiene estable por lo menos en la escala de tiempo de microsegundos. Los resultados dan crédito a la existencia de muy debatido móviles agregados de lípidos neutros de función desconocida presente en las células malignas, y a principios de la biogénesis de gotitas de lípidos alojados entre las dos valvas de la membrana del retículo endoplásmico. El dar a los agregados de la bicapa una apariencia similar a ampollas, y dificultará la formación de fases múltiples lamelares en el modelo, y posiblemente membranas vivas. Las ampollas se traducirá en la partición anómala sonda de membrana, lo que debería tenerse en cuenta en la interpretación de las mediciones relacionadas con la sonda-
Visto:. Khandelia H, L Duelund, Pakkanen KI, Ipsen JH (2010) Ampollas de triglicéridos en los lípidos bicapas: Implicaciones para la gotita de lípidos Biogénesis y el lípido móvil de la señal en las membranas celulares del cáncer. PLoS ONE 5 (9): e12811. doi: 10.1371 /journal.pone.0012811
Editor: Darren R. Flor, Universidad de Oxford, Reino Unido
Recibido: 13 Julio, 2010; Aceptado: August 24, 2010; Publicado: 22 Septiembre 2010
Derechos de Autor © 2010 Khandelia et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
Financiación:. Este trabajo está financiado por la Fundación Nacional de Investigación danés. Los donantes no tenía papel en el diseño del estudio, la recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación del manuscrito
Conflicto de intereses:.. Los autores han declarado que no existen intereses en competencia
Introducción
En este informe, se investiga la biofísica de membranas modelo que presentan bajas concentraciones de moléculas de triglicéridos.
los triglicéridos o triacilgliceroles (TGLs) son lípidos neutros, donde cada uno de los grupos hidroxilo de glicerol se esterifica por una ácido graso. TGLs son el principal componente de muchos aceites naturales como el aceite de oliva. En los mamíferos, TGLs están presentes principalmente en el interior de partículas de lipoproteínas de tráfico, que transportan el colesterol, ésteres de esterilo, y TGLs entre los tejidos [1] y, en gotitas de lípidos (LDS) [2]. LDs también están presentes en otros eucariotas, y en algunas células procarióticas que sintetizan TGLs para almacenamiento de energía y de carbono [3]. TGLs en las lipoproteínas y LDs haber sido el tema de mucho interés debido al papel de estas partículas en la fisiología [4], la enfermedad [5].
Además de las lipoproteínas y LDs, TGLs también están presentes en varias membranas biológicas en concentraciones variables. Los cuerpos lamelares de pulmón extractos de surfactante en los mamíferos pueden contener entre 0,5% a 1,8% w /w TGLs [6], [7]. lípidos de lentes oculares contienen pequeñas cantidades (TGLs g /fosfolípidos mg) de TGLs. TGLs también están presentes en los extractos de membrana intestinal [8]. Los lisosomas contienen cantidades no despreciables de TGLs, por ejemplo, en fibroblastos de hámster en cultivo [9]. En hepatocitos de rata, lisosomas contienen cerca de 3,7% TGLs [10]. Muchos proliferación de células de mamíferos o activadas en particular, tienen una alta concentración de TGLs en las membranas. Las células cancerosas contienen tan alto como 6,8% de fracción de TGL del total de lípidos de la membrana plasmática [11]. Varias líneas de células malignas de ovario de hámster chino (CHO) contienen 2.4-3.2% TGLs en sus membranas plasmáticas [12]. Los neutrófilos humanos contienen tan alta como 5,2% y 6,8% TGLs en sus membranas plasmáticas antes y después de la estimulación con lipopolisacáridos [13]. Los macrófagos activados [14], los linfocitos [15] y las células B [16] también contienen altas cantidades de TGLs en sus membranas plasmáticas. En este informe, se investiga el efecto de bajas concentraciones de TGLs, tal como se encuentra en una variedad de tipos de células indicadas anteriormente, sobre la estructura y dinámica de las membranas modelo, con el objetivo de hacer que finalmente obtener consejos sobre el posible papel estructural y funcional de TGLs en la membrana plasmática de los sistemas vivos. Hemos utilizado trioleína (A) como nuestro modelo TGL, y 1-palmitoil-2-oleoil-
sn
glicero-3-fosfocolina (POPC) como el modelo de fosfolípidos.
No tiene habido informes dispersos que investigan la biofísica y la bioquímica del modelo de mezclas a-fosfolípido. Varios estudios 13C-NMR
se han utilizado para determinar la solubilidad máxima del TGLs en membranas modelo que contiene lípidos principalmente de PC. La
espectro de 13C de un TGL puede distinguir entre los grupos carbonilo en diferentes posiciones (alfa o beta), y diferentes niveles de hidratación (cerca de una interfaz, o en una gotita de grasa). Con
13C-NMR, la solubilidad de A en estructuras laminares y orientado como fosfolípidos tanto, se ha documentado que estar dentro de 3% tanto en pequeñas vesículas unilaminares (SUVs) [17], [18] y en vesículas multilamelares (MLVs) [19] de los lípidos fosfatidilcolina. Se obtuvieron límites de solubilidad similares cuando heterogénea TGLs, donde las tres posiciones de glicerol no son esterificados por el mismo ácido graso, se solubiliza por SUVs [20]. En SUVs, la solubilidad se reduce hasta un mínimo de 1% si el colesterol está presente en una proporción de 1:02 con fosfolípidos y a 0,15%, si la relación es de 01:01 [21]. En todas las investigaciones, se obtuvieron picos de carbonilo adicionales en el espectro cuando la concentración TGL se elevó por encima de 4%. Estos picos eran típicas de TGLs en la fase de "aceite". Multinucleares y el ángulo mágico investigaciones RMN hilado de 0, 0,25, y 0,75 fracción molar en el huevo-fosfatidilcolina indicaron que A causó cambios significativos en la organización molecular de dos capas, incluyendo un aumento en la fluidez de la cadena [22]. TGLs, siendo la forma de conos invertidos, también puede promover la transición laminar a hexagonal fase invertida en ambos membranas PE [23], [24].
Aunque sólo hasta 2-3% TGLs se puede detectar como solubilizado en la interfaz en membranas modelo, es claro que la proliferación de células (véase más arriba) puede contener más de 6-7% TGLs. Si membranas modelo sólo pueden acomodar a 2-3% TGLs en la conformación bicapa canónica, y menos aún si el colesterol está presente [21], y más del 6-7% TGLs está de hecho presente en las membranas de las células vivas que contienen colesterol,
¿A dónde va el exceso TGL
? Una posible respuesta radica en la observación de un grupo distinto de
resonancias 1H-RMN a partir de células vivas experimentos de RMN, que se originan a partir de lípidos "móviles" de los triglicéridos del tejido [25]. Se propuso en los años 1980 [26] que esta señal se originó en parte de un exceso de triglicéridos de la piscina que está alojado en el medio de la membrana como microdominios. Ha habido informes aislados de observaciones microscópicas de estos microdominios, aunque ligeramente más grande en tamaño ~ 60 nm [27], [28], [29]. La mayor parte de la señal de lípidos
1 H-RMN móvil posiblemente proviene de la piscina citoplasmática de TGLs, pero en base a estudios de microscopía y la sensibilidad de la señal de iones gadolimium paramagnéticas (que se unen a las membranas), la posibilidad de una piscina membrana de TGLs no se puede descartar [25].
En un trabajo reciente, se demostró que la centrifugación o decantación durante la noche de las mezclas a-POPC llevado a una separación de fases en un gránulo fase pesada y una fase ligera, mientras que el exceso a forma un oleosa después en la parte superior [30]. Aunque la composición de la fase ligera y pesada fueron similares, las dos fases tenían notablemente diferentes propiedades de hidratación y fluidez, algunos de los cuales podrían ser explicados por un modelo que sugiere que el esqueleto de glicerol de TGLs también podría estar en el centro de la bicapa lipídica [30].
simulaciones anteriores de los sistemas que contienen TGL se han centrado tanto en emulsiones de lípidos [31], o en las lipoproteínas [32], [33]. En este estudio, hemos investigado las conformaciones de TGLs en bicapas lipídicas modelo de POPC en concentraciones por encima y por debajo del límite de solubilidad interfacial de TGLs. Hemos utilizado extenso curso de grano simulaciones de dinámica molecular para acceder a los detalles estructurales y dinámicas no son fácilmente accesibles mediante técnicas analíticas. Además de obtener nuevos conocimientos sobre la biofísica de las membranas que contienen TGL, nuestros hallazgos son relevantes para la biogénesis de las gotas de lípidos en la sala de emergencias, ya la presencia de dominios de lípidos móviles en las células malignas o activados.
las simulaciones se realizaron utilizando modelos de grano grueso (CG) de mezclas POPC-a en un dos concentraciones, uno ligeramente por debajo (aproximadamente 2,3%), y uno arriba (~5.2%) el límite de solubilidad de a interfacial. La lista completa de las simulaciones se muestra en la Tabla 1. Las simulaciones CGMD se llevaron a cabo usando el campo de fuerza de Martini por lípidos [34]. parámetros de campo de fuerza para A han sido adaptados de los parámetros existentes para DOPC, mediante la sustitución del resto fosfocolina por una cadena de oleoil. No se requiere introducir nuevas tipos de partículas, de bonos o de interacción.
Las coordenadas iniciales de una bicapa POPC se obtuvieron a partir de una simulación de autoensamblaje de 270 POPC en el exceso de agua, a una lipid: proporción de agua de 1:60. Dado que cada perla de agua en MARTINI corresponde a cuatro moléculas de agua, la simulación contenía 270 lípidos y 4050 granos del agua. Para construir la mezcla de 5,2% A-POPC, 14 moléculas de POPC fueron sustituidos por a moléculas de dos maneras diferentes. En un caso, las moléculas de 7 POPC al azar fueron recogidos de cada folleto y reemplazadas por las moléculas. Nos referiremos a esta configuración como rand5. En el segundo caso, las moléculas de POPC uniformemente espaciados fueron sustituidos selectivamente por a moléculas. Nos referiremos a esta configuración como UNI5. Dos copias de cada uno de rand5 y UNI5 configuraciones fueron simuladas con diferentes distribuciones de velocidad iniciales, lo que resulta en 4 simulaciones del 5,2% a los sistemas. Para construir el 2,3% a los sistemas, de 8 a moléculas fueron retirados de los sistemas UNI5. Nos referiremos a esta configuración como UNI2. Se simularon dos copias de la configuración UNI2.
Las simulaciones fueron también una duración de parches más grandes de doble capa de 19 nm x 19 nm. Para esto, los sistemas de UNI5 UNI2 y se repitieron cuatro veces en el plano de la bicapa, lo que resulta en bicapas que contienen 1024 POPC y 24 (2,3%) o 56 (5.2%) a las moléculas. Nos referiremos a estos sistemas como 4X2 y 4X5, respectivamente. La configuración final de la simulación UNI5 se utilizó para construir un sistema más grande utilizando el mismo procedimiento, y se llevó a cabo una simulación del parche más grande, nos referiremos a esta configuración como 4XMID5. Dos muy grandes simulaciones se llevaron a cabo con el 5,2% A para probar los efectos de tamaño finito, y para comprobar si el número y tamaño de los agregados en el medio de la membrana cambian (ver más adelante). Estos sistemas se denominan 9x5 y 16x5. Los parches de dos capas fueron 28 nm x 28 nm y 37 nm x 37 nm, y el número de los lípidos fue de 2,430 y 4,230 respectivamente.
Finalmente, para confirmar la partición espontánea de las moléculas en la fase lipídica, de auto-ensamblaje simulaciones de 2,3% y 5,2% de contener distribuidos al azar POPC, TO y se llevaron a cabo las moléculas de agua. Tres copias de cada concentración fueron simulados, y en cada caso a dividirse en la bicapa POPC auto-ensamblado dentro de los primeros 100 nanosegundos. Los datos de las simulaciones de autoensamblaje no se discutirán más, porque los resultados son idénticos a los de las simulaciones rand5, UNI5 y Uni2.
Las simulaciones se realizaron utilizando el paquete GROMACS 4.0.4 en el isobárica-isotérmica (TNP) conjunto a 1 bar y 323 K, utilizando el Berendsen [35] termostato (tiempo de relajación 0.3ps) y barostato (constante de acoplamiento bicapa 3.0 para parches más pequeños, y 5,0 para los parches más grandes de doble capa) con la presión semi-isotrópico acoplamiento. El eje Z era paralela a la bicapa normal. Se utilizó un intervalo de tiempo de 30 fs, las coordenadas se guardan todos los 900 ps, y posteriormente se procesaron para almacenar instantáneas cada 13,5 ns para agilizar las rutinas de análisis. interacciones no unidos a eran de corte a 12 Å.
Análisis de las simulaciones se llevó a cabo en la suite GROMACS de los programas. VMD se utilizó para los gráficos moleculares [36]. Los 2 primeros mu s de las simulaciones CG fueron descartados como períodos de equilibrio para el cálculo de las propiedades del conjunto de la media.
Resultados
Distribución de trioleına en POPC
Las propiedades estructurales de la bicapa, la distribución de la densidad de TO y POPC, y las tasas de fracaso de tirón de a partir de las dos copias de cada uno de los UNI5 y rand5 eran cualitativamente y cuantitativamente similares, que muestran que los resultados discutidos en las siguientes secciones son independientes de las conformaciones iniciales de aL en la bicapa POPC. Además, los resultados de la 4X5 más grande y simulaciones 4XMID5 eran idénticos, lo que indica que las conformaciones finales fueron independiente del estado inicial del sistema. Para mayor claridad, los resultados de sólo una de las cuatro simulaciones CG con 5.2% A se presentarán, a menos que se indique lo contrario. Del mismo modo, se presentan los resultados de sólo una de las dos copias de UNI2.
La distribución de la densidad del esqueleto de glicerol de A de la UNI2 (2.3% A), UNI5 (5.2% A) y 4X5 (5.2 % a, de mayor tamaño de simulación) simulaciones se muestra en la Fig. 1. Simulaciones instantáneas de las tres simulaciones se muestran en la Fig. 2. La densidad de componentes que se ha multiplicado por un factor de 10 para mayor claridad. Counter-intuitivamente, hay una densidad significativa de la polar a glicerol columna vertebral que reside en el centro hidrofóbico de la membrana en los tres casos. Hay una mayor densidad de A en la simulación UNI5, en comparación con la simulación UNI2. En la simulación UNI5, algunos a moléculas de partición en el centro de la bicapa en la forma de un a agregarse, que está desprovisto de cualquier disposición específica de las moléculas. El número de moléculas de A que permanecieron en la interfase fueron similares para los 2,3% y el 5,2% simulaciones, lo que indica la solubilidad interfacial limitado de TO en bicapas lipídicas. El exceso de lípidos que no se pueden alojar en la interfaz en el 5,2% simulaciones forman un agregado en el medio de la membrana. Sin embargo, como el tamaño del sistema aumenta, muy poco que se dejó a la interfaz (Fig. 1a) en la simulación 4XMID5. Por lo tanto, A prefiere que se distribuya en el agregado, en vez de quedarse en la interfase membrana en un sistema suficientemente grande, con un agregado más grande. Había muy poco que en la interfase en las simulaciones 4X5, 4XMID5, 9x5 y 16x5, y el agregado ocupaba un área casi la mitad de la del parche de membrana (Fig. 2a). Sin agregada se formó en las simulaciones Uni2. Observamos que la densidad no nulo de A en el centro de la bicapa en el sistema UNI2 demuestra que A puede repartirse en el centro de la bicapa sin la presencia de un agregado. El perfil de densidad de UNI2 es similar a la del sistema de 4X2 mayor de la misma concentración. El agregado en el centro de la membrana es biológicamente relevante. Es similar a los dominios de lípidos móvil ricas en triglicéridos detectadas previamente usando
1H-NMR de suspensiones de células que detectan dominios de lípidos móviles que llevan una alta cantidad de triglicéridos [11], [26], [28]. El agregado es también similar a una gota de lípidos naciente observado en la membrana del ER. Volveremos a esto en la discusión.
Número perfiles de densidad de la columna vertebral de glicerol de A (Glyc-A), los grupos de fosfato (POPC Phos-POPC) y cuentas de glicerol (POPC Glyc-POPC). La concentración de A en la interfaz es similar a la UNI2 (c) y UNI5 simulaciones (B), pero es muy baja en la simulación 4XMID5 (a), en la que la mayor parte del a las particiones en el centro de la bicapa.
las instantáneas de los (a) 4XMID5 (b) simulaciones UNI5 (c) Uni2. POPC colas se muestran en azul, perlas de fosfato POPC se muestran como esferas verdes, las colas se muestran en rojo, a glicerol espina dorsal lee se muestran como esferas de color rojo, y el agua se representa en cian. Las líneas azules representan los límites centrales de células simulación.
Los perfiles de densidad en la Fig. 1 no son simétricas respecto al centro bicapa. En particular, hay más a las moléculas de particionado en el folleto superior (z & gt; 0) en comparación con el folleto inferior, a pesar de la alta tasa de A flip-flop. La razón de esta aparente anomalía es que el número de los lípidos POPC en las dos valvas de la bicapa no era igual en el lípido bicapa POPC auto-ensamblado inicial, que se utilizó para construir posteriormente todos los modelos de simulación para-POPC. El número de moléculas de POPC en el folleto superior fue menor que en el folleto inferior, lo que resulta en un mayor número de moléculas A en última instancia, la difusión de la valva superior para mantener la densidad molecular igual en ambas valvas. Hemos puesto en marcha dos simulaciones adicionales (con el 2,3% y el 5,2% a) cuando el número inicial de moléculas de POPC fue igual en ambas valvas, y en ese caso, A se distribuyó por igual en ambas valvas (Figura S1).
la tasa de flip-flop de a las moléculas en todas las simulaciones CG se informa en la última columna de la Tabla 1. Basándose en la distribución de la densidad de la columna vertebral a glicerol en cada simulación, la bicapa se divide en tres regiones, dos interfacial y uno en el medio de la membrana. Un evento de flip-flop se registró cada vez que el centro de masa de la cadena principal de glicerol de una molécula A transloca de una región interfacial a la otra. La tasa de flip flop de A era notablemente alto: que va de 0,3 al 1,2 por mu s de tiempo de muestreo, dependiendo de la concentración de A, y las dimensiones de la simulación. Una tasa de flip-flop de aproximadamente 1 por cada mu s tiempo de muestreo no sería detectada en más cortos simulaciones MD-átomo. La tasa de flip-flop en las simulaciones rand5 y UNI5 era más alta debido a la formación de la a agregarse que disminuye la barrera de energía libre para la translocación de la polar a glicerol columna vertebral a través de la membrana. El tamaño de los incrementos agregados forma casi proporcional en el 4X5 más grande y simulaciones 4XMID5, y las tasas de flip-flop aumentan simultáneamente por casi un factor de tres, al parecer debido a una disminución adicional de la barrera de energía libre, como el agregado ocupa casi la mitad de el área de superficie del parche bicapa. Los agregados formados en las simulaciones 5,2% son altamente dinámicos en la naturaleza, y a moléculas intercambian a menudo entre la interfaz y el agregado. No se observó ningún caso de flip-flop para cualquier molécula POPC en cualquier simulación de acuerdo con pequeño ángulo de experimentos de dispersión de neutrones con resolución temporal en vesículas unilamelares grandes, que indican velocidad muy lenta de POPC flip-flop [37]. También implementamos aproximadamente 1 microsegundo simulaciones con modelos de átomos unidos de mayor resolución para el 0% y el 5% a la utilización del campo de fuerza Berger por lípidos. En estas simulaciones, que no a fue vista en el centro de la bicapa, y ninguna de las moléculas A flip-flop debido a las escalas de tiempo cortas.
Molecular conformaciones de las moléculas trioleına
Las tres cadenas de acilo de moléculas de trioleína pueden splay con respecto a la otra, dando lugar a diversas conformaciones moleculares. Anteriores simulaciones MD de pura a sistemas en los estados cristalinos o amorfos mostraron que las moléculas podrían adoptar varias conformaciones, incluyendo el tenedor de sintonía (SN1 y la cola sn3 paralelo y antiparalelo SN2), la silla (SN1 y SN2, o en paralelo SN2 y sn3, y el otro antiparalela cola), el tridente (todas las colas paralelo) o el líquido (cadenas que apuntan en direcciones al azar) [32]. Dentro de bicapas de lípidos, la misma riqueza de conformaciones no se replicará, porque cuando en la interfaz, el embalaje de las colas de una molécula A se verá limitada para que sea paralela a la bicapa normal. Sin embargo, cuando una molécula de A está en el centro de la bicapa, de sus cadenas de acilo pueden Splay. Hemos dividido A conformaciones en tres tipos según el ángulo entre pares adyacentes de colas.
θ
1-2
fue definido como el ángulo entre las colas SN1 y SN2, y
θ
2-3
se definió como el ángulo entre el SN2 y SN3 colas. La línea que une el cordón de glicerol para la última perla de cola acilo describe cada vector cola. Se clasificaron como A conformaciones totalmente extendidos, en parte o no extendió extendió en función de
θ
1-2
y
θ
2-3
: La fracción global de la unsplayed, plenamente sual za, y parcialmente extendidas a moléculas se muestra en la Fig. 3. El grado de ensanchamiento fue correlacionada con la posición de un esqueleto de glicerol A polar dentro de la membrana. Como era de esperar, las colas de acilo eran más ensanchada en el centro de la bicapa en todas las simulaciones. Contrariamente a la intuición, sin embargo, las cadenas están extendidas parcialmente más de 20% del tiempo, y extendidos completamente 5% del tiempo cuando la columna vertebral polar de la a moléculas reside en la interfase. La fracción de totalmente abocinada y parcialmente splayed a moléculas es casi idéntica en todos los sistemas en el medio de la membrana. En el 5,2% a los sistemas, las fracciones extendidos generales son más altos debido a que el a las moléculas pasan más tiempo en el medio de la membrana. Para referencia, el ángulo entre las cadenas de acilo POPC era mayor de 90 grados menos de 4,5% de las veces en todas las simulaciones CG (datos no mostrados). La alta proporción de colas extendidas en el centro de la bicapa sugiere una isotrópica a agregarse.
Las fracciones de A colas extendidas en las simulaciones por ordenador. Para las definiciones de ensanchamiento, por favor referirse al texto. Las colas de la A a la molécula son más ensanchada cuando está cerca del centro de la bicapa, lo que sugiere un entorno isotrópico en el a agregarse.
niveles de hidratación de los granos de glicerol
En el
13C-NMR de a en liposomas unilamelares huevo en PC, era posible distinguir los dos picos que surgen de los dos alfa-carbonilos y el grupo β-carbonilo [17]. La mayor frecuencia de resonancia de carbonilo β-carbonilo indicó que estaba unido por hidrógeno menos al agua, y por lo tanto se sentó más profundo en la interfaz lípido-agua [17]. En la Fig. 4a, hemos mostrado los perfiles de densidad para los tres perlas de glicerol a partir de las simulaciones del CG a lo largo de la bicapa normal. Para mayor claridad, se informa sólo los datos de la pequeña 2,3% al sistema. El grupo carbonilo SN2 (o β) es ligeramente más profundo en la bicapa que los otros dos (SN1 y SN3) Perlas de carbonilo. La hidratación de los granos se calculó a partir de la función de distribución radial de perlas de agua alrededor de cada talón glicerol columna vertebral (Fig. 4b). El β o SN2 de talón es la parte menos hidratada de la cadena principal de glicerol, en buen acuerdo con los datos de RMN
.
(a) distribución de la densidad de los dos α y β perlas de una columna vertebral de glicerol TO. Por razones de brevedad, sólo se muestra una monocapa. El cordón β se encuentra más profunda en la bicapa de los dos talones a. (B) la función de distribución radial de agua alrededor de los granos. El cordón β glicerol es claramente menos hidratada que tanto los granos alfa, en muy buen acuerdo con
13C-RMN [17].
Las propiedades estructurales de la bicapa lipídica (por área, espesor , parámetros de orden) se presentan en la información de apoyo. Las áreas y espesores se tabulan en la figura S2, y los parámetros de orden se presentan como el texto S1.
Discusión
El uso de extensas simulaciones CG Sumado a más de 1,8 milisegundos, que proporcionan evidencia de la presencia de un gran a agregarse en el centro de la bicapa a una concentración más alta que la solubilidad interfacial de TO. A medida que aumenta el tamaño del sistema de simulación, el tamaño del agregado también aumenta proporcionalmente. En las simulaciones más grandes que hemos implementado (1400 nm
2 parche), el agregado contuvo la mayor parte del a moléculas de la interfaz con el centro de la membrana (Fig. 5). El agregado fue en forma de disco y unos 17 nm de diámetro. En las simulaciones 16x5 y 9x5, múltiples agregados se forman inicialmente en la membrana, que posteriormente se unieron entre sí para formar el agregado más grande. No está claro si el tamaño del agregado continuará aumentando parches bicapa como cada vez más grandes son simulados, pero los efectos de tamaño finito son importantes en el sistema actual. Para las simulaciones UNI5 y rand5 más pequeños, se detectó una densidad significativa de A en la interfase de dos capas. Sin embargo, como el tamaño de simulación se incrementó en 4X, 16X y 9X, la mayoría del A divide en el agregado en el centro de la bicapa.
instantánea Simulación de la mayor 16x5 sistema simulado, que contiene una bicapa 37 × 37 nm parche. (A) Vista lateral, donde se han mostrado dos imágenes periódicas en a lo largo de la bicapa normal. (B) Vista superior, sólo se muestra la celda de simulación central. Las líneas azules representan los límites centrales de células simulación. El código de colores es similar a la Fig. 2. El total en el centro es ~ 17 nm de diámetro.
Cuando, y en qué tamaño crítico (si las hay) a los agregados de la bicapa y salir de la fase separada? Triglicéridos es insoluble en agua y la fase se separa con una gran tensión interfacial
γ
O /W
= 35 a 50 mN /m. Cuando anfífilos, por ejemplo tensioactivos o lípidos, se introducen en la solución de la tensión interfacial está fuertemente disminuida dando lugar a la separación de fase micro de agua y aceite. Esto es causado por el enriquecimiento de la interfaz aceite-agua por una monocapa de anfífilos. La energía libre interfacial (
F
i
) de una interfaz anfifílico tal auto-ensamblado se debe modificar para incluir flexión energía elástica [38] Aquí
H
m es
la curvatura media de la monocapa anfifílico y es la curvatura espontánea de la interfaz.
κ
m
es la rigidez a la flexión [39], y
Un
es el área interfacial. Para amphiphiles insolubles (como los lípidos, tales como POPC) la tensión interfacial
γ
está desapareciendo y la ecuación anterior da lugar a un tamaño de gota característicos con el radio 1 /. Para una capa monomolecular auto-ensamblado de forma esférica la curvatura espontánea se puede estimar a partir del parámetro de embalaje crítico
P = v /al
[40], [41]:
Aquí
l
es la longitud molecular,
v
es el volumen molecular y
a
es el área de la sección transversal del grupo de cabeza. Para POPC, es de aproximadamente 13,9 nm. Esta es la clásica imagen de gotas de micro-emulsión de la mezcla ternaria de aceite, agua y lípidos [42]. El presente trabajo ha demostrado que otro escenario es posible en a bajas concentraciones de petróleo. Los lípidos forman estructuras de doble capa, que hasta un cierto límite de solubilidad
c * gratis (3% de A en POPC) permiten la incorporación de los triglicéridos en la bicapa. Cuando [A] & lt;
c
*
, a las particiones entre una configuración en el centro de la bicapa y una configuración interfacial con un coeficiente de partición de aproximadamente ~0.27. Cuando [A] & gt;
c
*
, el exceso a la fase se separa dentro de la estructura de la membrana, para formar una fase de aceite puro en el centro de la bicapa como se ve en las simulaciones. De manera similar a la descripción anterior de la gotita de micro-emulsión, ampollas de triglicéridos forman con una monocapa de lípido en la interfase aceite-agua, con la misma curvatura preferido. Sin embargo, el tamaño total de las ampollas puede ser más pequeña, debido a los efectos de límites entre la bicapa y la ampolla. La contribución de ese efecto límite de la forma y estabilidad de tales ampollas ha sido recientemente descrito por Zanghellini et al. [43] en un modelo fenomenológico. También es posible que las ampollas dentro de bicapas de lípidos pueden estar formados por otros hidrocarburos, así, y esa posibilidad es la pena investigar en el futuro.
¿Cuál es la importancia biológica de los agregados? La mayoría de las membranas de bicapa naturales no contienen un porcentaje muy alto de TGLs. Sin embargo, las membranas plasmáticas de ciertos activado o la proliferación de tipos celulares, incluyendo las células del cáncer, macrófagos, células B y T, pueden contener más de un 5% en TGLs, aunque la función o implicación de la presencia de una alta cantidad de TGLs tal es poco clara [ ,,,0],27]. Dado que la solubilidad interfacial de TGLs es menor que 5%, el espectro conformacional de TGLs en las membranas plasmáticas de estas células es discutible. Sugerencias basadas en
1H-RMN de los lípidos móviles que TGLs podría formar microdominios 20-30 nm de tamaño en el centro de la bicapa [26] no reunir el apoyo debido a la falta de evidencia física de tales dominios, que sólo han aparecido esporádicamente [28 ], [29]. Un lípido móvil
señal de 1H-RMN distinta derivada de partículas de 60 nm intra-membrana se pudo observar en las imágenes de TEM por congelación fracturados células [28]. Las partículas eran distintos de calveolae, y por lo tanto la señal se atribuyó a una partícula lipídica móvil que consiste en TGLs y ésteres de esterilo [28]. Sin embargo, se debatió posteriormente si es o no un
señal de este tipo 1H-RMN puede detectar partículas de este tamaño en absoluto, aunque por una línea celular diferente [27]. Sobre la base de
experimentos 1H-RMN, Mountford y Wright habían propuesto un modelo de membrana, donde partículas lipídicas pueden ser acomodados en las membranas plasmáticas. Mountford y Wright [26] argumentaron que la mayor parte de la
señal de 1H-RMN se originó a partir de la membrana, pero esto ha sido cuestionado desde [25]. Simulaciones presentadas en este trabajo proporcionan evidencia molecular de introducción de estructuras en las que A puede de hecho estar presentes en el interior de las membranas de bicapa en forma libremente volteo de lípidos "móviles". El tamaño de los agregados observados en nuestras simulaciones no es tan grande como 60 nm, simplemente porque no podríamos modelar sistemas lo suficientemente grandes como para un agregado para formar tales. Por lo tanto, las simulaciones apoyan el modelo original de Mountford y Wright, con la notable excepción de que no se atreven a llamar a las de agregados "dominios" debido a que su tamaño máximo (hasta ahora) está limitado a 17 nm. Por otra parte, nos encontramos con que los agregados son muy dinámicos en la naturaleza, y las moléculas pueden intercambiar entre el agregado y la interfaz en la escala de tiempo de microsegundos.
A Small gotitas también se encuentran en el citoplasma de varios tipos de células de mamíferos y de levadura, en forma de gotitas de lípidos. las gotas de lípidos (LDS), anteriormente considerados meramente depósitos de energía, han sido recientemente reconocido como orgánulos celulares. LDs tienen un núcleo formado por lípidos neutros, que por ejemplo, en los adipocitos son en su mayor parte TGLs. El núcleo está recubierto por una monocapa de lípidos, que se deriva de la membrana madre de la ER. Sin embargo, la composición de lípidos de la monocapa LD difiere de la de la membrana del ER. La monocapa es abundante en fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositol como el ER, pero contiene más lisolípidos y colesterol libre y menos esfingomielina y ácido fosfatídico que la membrana madre [44], [45]. No se conocen razones detrás de enriquecimiento y agotamiento de determinadas especies de lípidos en la monocapa LD. Una de las teorías propuestas es que la biogénesis de las DA en la membrana del RE se produce en zonas especiales, o dominios.