Les membranes cel·lulars canvien lʼestructura de lʼaigua almenys dues vegades més del que sʼesperava
Lʼaigua proporciona la força impulsora per a la formació i lʼestabilitat de molts components cel·lulars. No és un dissolvent passiu per a les molècules biològiques, sinó un component actiu, que impulsa lʼorganització de proteïnes i membranes.
Lʼaigua proporciona la força impulsora per a la formació i lʼestabilitat de molts components cel·lulars. No és un dissolvent passiu per a les molècules biològiques, sinó un component actiu, que impulsa lʼorganització de proteïnes i membranes.
Un estudi publicat a la revista ACS Nano mostra com lʼaigua es reestructura al voltant de les membranes biològiques. «Els resultats proporcionen una nova visió sobre el paper de lʼaigua en els processos biològics, i mostren que lʼaigua respon al medi ambient, sobretot a les interfícies suaus que proporcionen les membranes biològiques», explica Giancarlo Franzese, investigador de lʼInstitut de Nanociències i Nanotecnologia (IN2UB) i membre del Departament de Física de Matèria Condensada de la Universitat de Barcelona. Franzese ha dirigit lʼestudi dins de la col·laboració organitzada amb un equip de lʼIBM Research Europe (Daresbury, Regne Unit) i la Universitat dʼOxford.
Fins ara es creia que només lʼaigua biològica —una capa fina dʼaigua de prop dʼ1 nm—tenia un paper en la formació dels fenòmens biològics quan entrava en contacte directe amb les membranes. La dinàmica i lʼestructura dʼaquesta capa són molt diferents de les de lʼaigua a granel (és a dir, en absència dʼun sistema biològic).
A escala atòmica, lʼaigua biològica és molt lenta, està lligada a la membrana, i forma una peculiar xarxa de llaços. A uns 0,8 nm de la membrana, els autors de lʼestudi van identificar lʼexistència dʼuna interfície dʼaigua lligada i no lligada. Les molècules dʼaigua no lligada es mouen i es difonen com les de lʼaigua a granel. No obstant això, lʼaigua no lligada té més defectes que lʼaigua a granel, fins a una distància de 2,4 nm de la membrana, corresponent a vuit capes dʼaigua.
Els investigadors van fer servir simulació computacional a escala molecular i eines dʼanàlisi innovadores per descobrir com lʼestructura de lʼaigua respon al confinament a través de les membranes cel·lulars lipídiques. «Tot i els seus defectes, lʼaigua no lligada és més ordenada que lʼaigua a granel i té una topologia característica que sʼestén a distàncies més llargues del que es pensava originalment», diu Franzese.
Lʼestudi ofereix una nova visió sobre lʼanàlisi de lʼaigua nanoconfinada i els models dʼinteracció biològica. Els resultats ajuden a entendre, per exemple, la relació entre els canvis en lʼestructura de lʼaigua causats per ions extracel·lulars i certes malalties o la senyalització de cèl·lules.
Referència de lʼarticle:
F. Martelli, J. Crain i G. Franzese. «Network Topology in Water Nanoconfined between phospholipid membranes». ACS Nano, juny de 2020. Doi: /10.1021/acsnano.0c02984