Escoltar

La funció catalítica de la fosfatidiletanolamina en les membranes biològiques

La tesi doctoral de Christian Solís investiga el paper com a catalitzador de reaccions químiques d’un dels components principals de les membranes biològiques  

La tesi doctoral de Christian Solís Calero, defensada a la Universitat de les Illes Balears, descriu per primera vegada la fosfatidiletanolamina com a catalitzadora de reaccions químiques en les membranes biològiques. La tesi l’han dirigida els doctors Francisco Muñoz Izquierdo i Joaquín Ortega Castro, del Departament de Química.

Les membranes biològiques fan papers clau en la vida cel·lular: actuen com a barreres de permeabilitat i permeten la comunicació selectiva entre l’interior i l’exterior de la cèl·lula. La importància de les membranes biològiques per a la vida es reflecteix en els genomes, en els quals al voltant d’un terç de la informació codificada correspon a  les proteïnes de membrana. Els fosfolípids com la fosfatidiletanolamina són components principals de les membranes que han estat destacats principalment per la seva funció estructural i com a font de molècules senyalitzadores a l’interior cel·lular. Això no obstant, fins al moment no s’ha destacat el possible efecte catalític de la fosfatidiletanolamina, com a part de les membranes biològiques, en alguna reacció química que esdevé en la seva proximitat. Aquest efecte catalític sí que ha estat descrit extensament en altres tipus de biomolècules com ara les proteïnes i els àcids nucleics, que actuen com a enzims i ribozims respectivament, catalitzadors específics de gairebé totes les reaccions que esdevenen a la cèl·lula.

A la tesi doctoral de Christian Solís es descriuen per primera vegada els mecanismes de reaccions químiques sobre la superfície d’un model periòdic de monocapa de molècules de fosfatidiletanolamina, mitjançant càlculs computacionals de nivell de la teoria del funcional de la densitat (o DFT). El model de superfície de fosfatidiletanolamina destaca per l’ús de condicions de contorn periòdiques, la qual cosa permet el modelatge d’un sistema de grans dimensions com aquest, mitjançant el modelat d’una petita part d’aquest, la cel·la unitat. Aquestes condicions de contorn varen fer possible modelar, en algunes passes de les reaccions estudiades, la formació i l’escissió d’enllaços de manera equivalent a les vores de la cel·la. Les reaccions estudiades comprenen la formació de bases de Schiff, la reacció de reordenament d’Amadori, la formació de la carboximetil-fosfatidiletanolamina a partir de glioxal i fosfatidiletanolamina, i la descomposició del peròxid d’hidrogen.

Totes aquestes reaccions estan relacionades amb la formació dels productes finals de glicació avançada (AGE). Els AGE són productes finals d’un procés que s’inicia amb la glicació no enzimàtica de proteïnes, lípids i àcids nucleics, i estan associats a malalties com la diabetis i altres relacionades amb el procés d’envelliment com la malaltia d’Alzheimer i diverses malalties cardiovasculars.

Els mecanismes obtinguts de les reaccions estudiades presenten diverses passes en les quals la superfície de fosfatidiletanolamina participen com a catalitzadors àcid-base a través dels seus grups amins. Així, s’ha verificat la participació de molècules d’aigua com a ponts per a la transferència concertada de protons entre els grups donadors i acceptors. Aquest mecanisme, que s’havia determinat en altres sistemes moleculars, s’ha descrit per primera vegada per a una superfície de fosfatidiletanolamina. 

Els grups fosfat de les molècules de fosfatidiletanolamina també participen en la reacció, però ho fan a través d’un efecte catalitzador passiu, afavorint la formació d’una xarxa de ponts hidrogen que connecta els grups polars de les molècules reactives i les molècules d’aigua pont, i estabilitzant alguns intermedis de les reaccions estudiades a través d’interaccions electrostàtiques amb els grups carregats positivament d’aquests.

Aquests estudis estan relacionats amb altres recerques de química computacional en les quals treballa el grup de recerca en Reactivitat Molecular i Disseny de Fàrmacs de la UIB sobre mecanismes de reaccions de fàrmacs com l’aminoguanidina i la metformina amb molècules precursores de la formació de productes finals de glicació avançada sobre les superfícies de fosfatidiletanolamina. Tots aquests estudis es complementen amb estudis experimentals realitzats per aquest mateix grup de cerca, amb l’objectiu d’ampliar el coneixement d’aquestes reaccions, d’interès per a la química, la biologia, la farmacologia i la biomedicina en general.

Fitxa de la tesi doctoral

  • Títol: Estudio DFT de la reactividad sobre superficies aminofosfolipídicas. Mecanismos de reacciones relacionadas con la generación de productos de glicación avanzada (AGEs)
  • Autor: Christian Solís Calero
  • Programa de doctorat: Química Teòrica i Modelització Computacional
  • Departament: Química
  • Directors: Francisco Muñoz Izquierdo i Joaquín Ortega Castro 

 

Data de publicació: 07/04/2014