Las membranas biológicas vistas con el computador

Las membranas biológicas envuelven todo el contenido vital de las células. Estas membranas están compuestas por moléculas, cómo lípidos y proteínas, que ejercen un estricto control de la información que se transfiere con el exterior. Las células, y por consiguiente sus membranas, se encuentran bajo una constante presión mecánica ejercida por las células vecinas y el exterior. Ésto occurre mientras las células se reproducen, comunican, mueven, o mueren. La dinámica molecular es una herramienta computacional que permite monitorear la evolución espacial y temporal de membranas biológicas a diferentes escalas espaciales y temporales. Por consiguiente, este método ofrece la extraordinaria posibilidad de obtener información dinámica, estructural y energética, que es de suprema relevancia y que no siempre puede obtenerse experimentalmente. En este coloquio voy a a presentar las bases físicas del método de dinámica molecular. Adicionalmente, voy a presentar algunos ejemplos del uso de esta metodología para desentramar la compleja interacción entre lípidos y proteínas en membranas biológicas [1,2], entender cómo perturbaciones térmicas alteran la estructura conformacional de proteínas de membrana [3] y detectar pulsos mecánicos que se propagan eficientemente a través de bicapas de lípidos cómo las encontradas en membranas biológicas [4].

Referencias: [1] C Aponte-Santamaría, R Briones, AD Schenk, T Walz, and BL de Groot. Molecular driving forces defining lipid positions around aquaporin-0. Proc. Nat. Acad. Sci. 109: 9887-9892 (2012). [2] R Briones, C Aponte-Santamaría, and BL de Groot. Localization and ordering of lipids around Aquaporin-0: Protein and lipid mobility effects. Frontiers in Physiology. 8:124-. (2017). [3] C Aponte-Santamaría, G Fischer, Petra Bȧth, R Neutze, and BL de Groot. Temperature dependence of protein-water interactions in a gated yeast aquaporin. Sci. Rep. 7: 4016. (2017) [4] C Aponte-Santamaría, Jan Brunken, and F Gräter. Stress propagation through biological lipid bilayers in silico. JACS communication. DOI: 10.1021/jacs.7b04724. (2017).