Fases não lamelares induzidas por etanol em fosfolipídios - Ethanol-induced non-lamellar phases in phospholipids
A presença de etanol pode levar à formação de fases não lamelares, também conhecidas como fases não bicamada. O etanol tem sido reconhecido como um excelente solvente em solução aquosa para induzir fases não lamelares em fosfolipídios . A formação de fases não lamelares em fosfolipídios não é completamente compreendida, mas é significativo que essa molécula anfifílica seja capaz de fazê-lo. A formação de fases não lamelares é significativa em estudos biomédicos que incluem a liberação de drogas, o transporte de íons polares e não polares usando solventes capazes de penetrar na biomembrana , aumentando a elasticidade da biomembrana quando ela está sendo rompida por substâncias indesejadas ( vírus , bactérias , solventes, etc.) e funcionando como um canal ou transportador de biomaterial.
Biomembranas e bicamadas fosfolipídicas
As membranas biológicas são encontradas em células procarióticas e eucarióticas . Eles circundam as células e organelas com uma barreira semipermeável que impede o livre fluxo de substâncias. A membrana consiste em uma estrutura de bicamada fosfolipídica e frequentemente proteínas embutidas ou associadas de outra forma, junto com colesterol e glicolipídeos . A bicamada de fosfolipídios é uma estrutura de duas camadas composta principalmente por fosfolipídios, que são moléculas anfifílicas que possuem regiões hidrofílicas e hidrofóbicas . A região hidrofílica contém o grupo de cabeça polar. Esta região está exposta a substâncias aquosas localizadas principalmente na parte externa da biomembrana. A região hidrofílica consiste em cadeias de acila apolares ou grupos de ácidos graxos voltados para o interior da biomembrana. Os fosfolípidos consistem em duas cadeias de hidrocarbonetos não polares com ligações éster ou éter ao grupo fosfato, que também está ligado por ligações éster ou éter à região hidrofílica polar. O fosfolipídeo carrega uma carga negativa devido à presença do grupo fosfato. Sua polaridade geral depende das cargas dos grupos hidroxila ou álcoois, como colina, etanolamina, inositol, serina, etc. ligados ao grupo fosfato. Existem seis funções básicas associadas às biomembranas:
- Controle do potencial químico e gradiente para espécies químicas e cargas em lados opostos da membrana
- Organizar enzimas e complexos de proteínas para transdução de sinal ou sinalização
- Gerenciando interações de proteínas e lipídios
- Funcionando como um substrato
- Transferência de informações vitais e materiais através da membrana
- Compartimentalização, mantendo a separação física entre as membranas, mas ainda permitindo a comunicação adequada
Fatores que afetam biomembranas e formações lipídicas
Existem dois termos básicos usados para descrever as fases lipídicas: fases lamelares e não lamelares. Os lipídios podem sofrer alterações polimórficas ou mesomórficas levando à formação de fases lamelares ou não lamelares.
Vários fatores podem afetar a função geral da biomembrana e diminuir sua capacidade de funcionar como uma barreira protetora e manter a ordem dos componentes internos. A espessura da bicamada, carga superficial, forças intermoleculares, moléculas anfifílicas, mudanças na energia livre, curvaturas alternadas ou espontâneas, aumento ou diminuição da temperatura, solventes e o ambiente são todos exemplos de diferentes condições que causam mudanças nas biomembranas. Por exemplo, a força das forças intermoleculares dentro da biomembrana são bastante fortes, mas quando os lipídios são extraídos das biomembranas para fins analíticos, há uma diminuição nas restrições pelas forças intermoleculares contra os fosfolipídios que podem fazer com que o lipídio sofra polimorfismo, bem como um rearranjo temporário de outros lipídios ou proteínas na biomembrana. A espessura da biomembrana determina a permeabilidade da membrana e o etanol, que pode ser usado como solvente, é capaz de reduzir a espessura da biomembrana, uma das formas pela qual essa molécula anfifílica é capaz de permear através da biomembrana. Também pode haver mudanças de energia livre que podem aumentar ou diminuir durante as transições de fase dos fosfolipídios durante o polimorfismo ou mesmorfismo, o que também pode afetar a curvatura dos lipídios. Todos os lipídios podem experimentar algum tipo de curvatura positiva ou negativa alternada ou espontânea devido às variações nos tamanhos entre a região hidrofóbica e a hidrofílica. As mudanças de temperatura também podem levar a mudanças na biomembrana.
Fases não lamelares vs. fases lamelares
Quando os lipídios são extraídos ou isolados das biomembranas, o polimorfismo e o mesomorfismo podem ocorrer porque eles não estão mais sob as restrições intermoleculares que estão presentes na biomembrana. Isso pode levar à formação de fases não lamelares (não bicamada) ou lamelares nos fosfolipídios . "Polimorfismo" refere-se à formação de diversas estruturas, como tubos tridimensionais, hastes e estruturas com simetria cúbica. O mesomorfismo se refere às transições de fase quando o calor é aplicado. Por exemplo, um lipídio pode estar na fase lamelar em uma temperatura mais baixa, mas conforme a temperatura aumenta, ele passa para uma fase não lamelar. É importante considerar o tamanho da região hidrofílica versus a região hidrofóbica. Por exemplo, se a região hidrofílica e a região hidrofóbica forem semelhantes, uma bicamada lipídica de forma cilíndrica é formada; mas quando as regiões hidrofílicas são menores do que a região hidrofóbica, uma bicamada lipídica em forma de cone é formada. Outro exemplo é a formação de micelas que possui uma formação não lamelar em que a região hidrofílica é significativamente maior em comparação com a região hidrofóbica. Existem várias fases líquido-cristalinas que podem existir nos lipídios. As fases líquido-cristalinas ocorrem quando as regiões da cadeia hidrofóbica não estão imóveis, mas podem se mover livremente em um estado fundido semelhante a um fluido. A fase lamelar (Lα) é a fase mais comum e dominante em lipídios e são alinhadas como pilhas de bicamadas no topo de bicamadas orientadas em uma única direção.
As fases não lamelares são conhecidas como fases líquido-cristalinas não bicamada sem simetria lamelar (Lα). Eles incluem as fases hexagonal (I), hexagonal (II) e cúbica tridimensional. As fases hexagonais (I) são fases não invertidas ou óleo em água nas quais uma curvatura convexa está presente e isso é semelhante a micelas. As fases hexagonais (II) são fases água-em-óleo invertidas com curvaturas côncavas que descrevem as interações entre lipídios e água. Fases cúbicas (Pn3m, Im3m, la3d, etc.) ou fases cúbicas bicontínuas compostas de múltiplas bicamadas conectadas que se assemelham a um cubo tridimensional. A presença de lipídeos não lamelares nas biomembranas afeta a elasticidade da bicamada lipídica, especialmente quando ela é rompida, por exemplo, durante as transições de fase, fusão e fissão da membrana ou interações com peptídeos e proteínas da membrana.
Técnicas analíticas usadas para caracterizar lipídios
Existem vários instrumentos analíticos e técnicas usadas para caracterizar e monitorar as diferentes propriedades dos lipídios ; Difração de raios-X , calorimetria de varredura diferencial (DSC), ressonância magnética nuclear que inclui 2 HNMR e 31 PNMR, cromatografia de camada fina (TLC), recuperação de fluorescência após fotobranqueamento (FRAP), reconhecimento do vizinho mais próximo (NNR) e dinâmica molecular atômica simulações (AMDS).
Difração de raios X
As técnicas de espalhamento de raios-X são algumas das técnicas mais úteis para determinar a identificação estrutural e a forma dos lipídios . Um feixe de luz de raios-X é aplicado ao lipídio no qual um padrão distinto de raios-X é revelado. Este padrão de rede é baseado na densidade do elétron e na localização dos elétrons dispersos por todo o lipídeo, a fim de determinar as posições atômicas. A desvantagem é que pode ser difícil determinar padrões em lipídios que não são bem orientados, como fases não lamelares . Embora isso possa ser uma limitação na produção de reconstruções de densidade de elétrons em lipídios, a difração de raios-X ainda é um método confiável para obter informações estruturais e distinguir entre fases lamelares e não lamelares.
Calorimetria de varrimento diferencial
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) é uma técnica analítica usada para examinar as propriedades termodinâmicas das moléculas . Ele pode estudar o comportamento térmico dos materiais à medida que eles passam por mudanças físicas e químicas durante o tratamento térmico. Os parâmetros medidos são chamados de valor de transição vítrea (T g ) e temperatura de fusão (T m ). Esses valores são medidos ao longo do tempo e são comparáveis entre uma amostra de referência inerte e o analito . Mudanças nos valores (T m ) e (T g ) avaliam as mudanças de fase (sólido, líquido-gel, líquido, etc.) em que ocorre um processo endotérmico ou exotérmico . Esta técnica é útil para monitorar as mudanças de fase em fosfolipídios , fornecendo informações como a quantidade de calor liberado ou absorvido e o tempo para as transições de fase ocorrerem, etc. O monitoramento de DSC pode ocorrer em taxas lentas, o que é uma desvantagem no monitoramento de transições de fase rápidas dentro fosfolipídios.
Ressonância magnética nuclear de hidrogênio
A ressonância magnética nuclear de hidrogênio ( 2 HNMR) é uma técnica que usa um campo magnético externo e deutério para substituir a forma comum de hidrogênio . A forma comum de hidrogênio refere-se à forma elementar de hidrogênio com um peso molecular de aproximadamente 1 g / mol. Ele contém apenas um próton e não tem nêutrons. Deutério é a forma isotópica de hidrogênio que tem uma massa mais pesada em comparação com o hidrogênio comum. Ele contém um próton e um nêutron e tem um peso molecular de aproximadamente 2 g / mol. Esta técnica pode ser usada para investigar movimentos de cadeias de acila em lipídios . Ele mede as interações de carbono e deutério e a mobilidade dessas interações dentro de várias regiões do lipídeo e também determina os parâmetros de ordem. O processo envolve o uso de propriedades de sinalização quadrupolo para examinar fases lamelares e não lamelares também. Um campo magnético externo monitora o alinhamento de compostos paramagnéticos e usa mudanças nos valores de spin magnético positivo ou negativo para detectar essas mudanças.
Ressonância magnética nuclear de fósforo
Ressonância magnética nuclear de fósforo ( 31 PNMR) é um tipo de técnica de ressonância magnética nuclear que utiliza 31 fósforo em vez de deutério . 31 P é dependente de mudanças na mobilidade e difusão de uma molécula. Ele também aplica um campo magnético externo para analisar o alinhamento dos compostos paramagnéticos e usa mudanças nos valores de spin magnético positivo ou negativo para detectar essas mudanças. É útil para distinguir entre fases lamelares e hexagonais que contêm grupos fosfato com base em seus padrões e sinais distintos. Uma desvantagem dessa técnica é que ela é limitada a fosfolipídios.
Cromatografia de camada fina
A cromatografia em camada fina (TLC) é um tipo de técnica de cromatografia que é usada para caracterizar ou separar lipídios. Os lipídios são separados com base na polaridade dos grupos principais ou região hidrofílica, não na região hidrofóbica. Certos corantes como o iodo podem ser usados para rotular os lipídios, mas às vezes os destroem. Este processo também pode ser usado para determinar se os lipídios foram desnaturados ou não . Por exemplo, originalmente uma análise de TLC mostra a presença de dois lipídios. Uma semana depois, a mesma amostra é reanalisada, mas mostra a presença de mais lipídios, o que indica que o lipídio foi desnaturado.
Recuperação de fluorescência após fotobranqueamento
A recuperação da fluorescência após fotobranqueamento (FRAP) é um processo fotoquímico aplicado aos fluoróforos quando perdem suas propriedades fluorescentes. Ele pode ser usado para medir a viscosidade e a difusão lateral de uma bicamada lipídica. Ele também rejuvenesce a fluorescência do fluoróforo e monitora quanto tempo esse processo leva para ocorrer ao longo do tempo.
Reconhecimento do vizinho mais próximo
O reconhecimento do vizinho mais próximo (NNR) é uma técnica usada para descrever as interações moleculares e os padrões entre as formações lipídicas . Sob condições térmicas, é usado para reconhecer as preferências dos lipídios para interagir intimamente com outro lipídio que tenha propriedades semelhantes ou diferentes. Ele fornece uma representação molecular das formações de bicamada lipídica, detectando e quantificando a tendência dos monômeros trocáveis de se tornarem o que é denominado "vizinhos mais próximos" uns dos outros em ambientes semelhantes.
Simulações de dinâmica molecular
Simulações de dinâmica molecular (MD) são úteis para simular os movimentos de átomos e moléculas de acordo com as leis físicas. Simulações de MD são frequentemente aplicadas a lipídios para estudar propriedades em escala atômica que podem ser difíceis de observar de outra forma. Os parâmetros do campo de força variam com base nos tipos de átomo e molécula. As simulações de MD podem observar interações entre lipídios, proteínas, hidrocarbonetos, água, regiões hidrofílicas / hidrofóbicas, íons, solventes e outros componentes que estão presentes perto do exterior e do interior de uma biomembrana.
Problemas atuais
Existem vários usos do etanol, que incluem um aditivo à gasolina, um ingrediente primário para a preservação de alimentos , bem como bebidas alcoólicas, sendo usado para administração transdérmica de medicamentos. Por exemplo, pode funcionar como um anti - séptico em cremes tópicos para matar bactérias por desnaturação de proteínas. O etanol é uma molécula anfifílica, o que significa que possui propriedades químicas e físicas associadas a moléculas hidrofóbicas e hidrofílicas. No entanto, estudos mostram que, ao penetrar na biomembrana, suas habilidades hidrofóbicas parecem ser limitadas com base em sua preferência por se ligar intimamente à região hidrofílica dos fosfolipídios. Vários são os problemas apresentados em relação à capacidade do etanol de penetrar na biomembrana e causar uma reorganização dos fosfolipídios em fases não lamelares. As questões são: 1) como ocorre a alteração da fase dos fosfolipídios 2) compreensão do significado da interação do etanol com proteínas de membrana e fosfolipídios de membrana 3) compreensão da permeabilidade da biomembrana com base no nível de tolerância e adaptação na presença de etanol, embora este processo parece ser dependente da concentração 4) determinando a importância do caráter anfifílico do etanol no que se refere à sua capacidade de partição através da membrana, aumentando sua fluidez. As propriedades hidrofóbicas do etanol são limitadas e se ligam principalmente à região hidrofílica do fosfolipídeo. Essas ligações criam fortes ligações de hidrogênio e levam a um forte entrelaçamento entre as cadeias de acila 5) por que a presença de colesterol; um composto de esterol, inibe a capacidade do etanol de romper a membrana e 6) derivando o mecanismo de nível molecular de todo o processo.
Áreas de pesquisa
NNR
- Visão geral da pesquisa:
Este estudo envolve a criação de uma combinação de membranas modelo que contêm 1,2-dipalmitoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DPPC) e 1,2-distearol-sn-glicero-3-fosfocolina (DSPC) denominada "hospedeiro membranas ", fosfolípidos marcados como 1,2 e 3 referidos como" moléculas de troca "ou" moléculas de relatório "e percentagens molares de colesterol variadas na presença de uma solução aquosa contendo etanol a 5% (v / v). As membranas hospedeiras foram escolhidas porque seus diagramas de fase são bem compreendidos e extensivamente caracterizados por diferentes técnicas analíticas.6 A técnica de reconhecimento do vizinho mais próximo está sendo aplicada à formação das membranas modeladas para observar a associação entre colesterol e fosfolipídios, bem como a efeitos que a presença do etanol tem contra essa interação. Os pesquisadores estão observando se o etanol aumenta ou interrompe a fase líquida ordenada, reorganizando esta formação em uma fase líquida desordenada. A fase ordenada de líquido é semelhante a uma fase lamelar e a fase desordenada de líquido representa as fases não lamelares, mas o tipo exato de cada fase (hexagonal, cúbica, etc.) não é descrito. Como mencionado anteriormente, várias combinações diferentes de membranas hospedeiras, moléculas de troca e colesterol são criadas para formar as membranas modelo. É importante mencionar que as moléculas trocadoras selecionadas têm propriedades semelhantes às das membranas hospedeiras. Os lípidos de troca contêm ligações dissulfureto, bem como grupos diacilglicerol que não estão necessariamente presentes nas membranas hospedeiras. Estudos fornecem evidências por meio de medições de monocamada, propriedades de condensação e gel quase idêntico a temperaturas de transição de fase líquido-cristalina (Tm) para as membranas hospedeiras de que a presença dessas ligações não desempenha um papel importante ou interfere no reconhecimento ou formação de empacotamento do membranas modeladas na presença de etanol. As ligações dissulfeto, ligações diacilglicerol e estrutura de esterol semelhante estão presentes apenas para imitar as propriedades físicas de DSPC, DPPC e colesterol, bem como auxiliar nos processos de troca de monômero para formar dímeros trocáveis. Os lipídios trocáveis passam por um processo de troca de monômero através das pontes dissulfeto nas quais eles se misturam de maneira ideal, homogênea ou heterogênea. Suas interações são medidas pela constante de equilíbrio (K) que será descrita em mais detalhes na seção de significância de resultados. Em geral, o processo de troca de monômero é necessário para demonstrar a técnica de reconhecimento do vizinho mais próximo eficaz, observando as mudanças na composição de fase das membranas / fosfolipídios do hospedeiro. Cada modelo de membrana consiste em uma alta concentração de uma das membranas / fosfolipídios do hospedeiro (95% mol%), baixas concentrações de dois lipídios trocadores (2,5 mol% cada para um total de 5%), porcentagens molares variadas de colesterol (0- 30 mol%) mais uma concentração constante de etanol (5% v / v). Uma solução tampão aquosa contém o etanol a 5% (v / v) que é desejado, mas devido à evaporação, o valor é reduzido para aproximadamente 2,9% de etanol.
- Significado da pesquisa:
Todas as experiências são realizadas a 60 ° C. Mudanças na constante de equilíbrio (K) são usadas para determinar que tipo de interações lipídicas estão ocorrendo dentro da membrana modelada, bem como observar regiões ordenadas de líquido versus regiões de desordem de líquido. O valor da constante de equilíbrio determina o seguinte: 1) se os monômeros são misturados idealmente (K = 4,0) 2) quando os monômeros são misturados homogeneamente, também referido como uma homo-associação (K <4,0) e 3) se os monômeros têm intercambiado heterogeneamente, o que é referido como hetero-associação (K> 4,0). Um gráfico de (K) é então criado em relação ao% molar de colesterol. Cada gráfico tem tendências semelhantes nas quais o valor da constante de equilíbrio aumentou conforme o mol% aumentou com e sem a presença de etanol, indicando uma regressão linear. Inicialmente, todas as membranas modelo foram organizadas em uma fase de ordem líquida, mas à medida que a adição de colesterol aumentava, uma fase de desordem líquida foi observada. O seguinte foi determinado em relação às transições de ordem líquida e líquido-desordenado durante a adição de colesterol na presença de etanol em cada modelo de membrana: 1) 0-15 mol% de colesterol uma fase líquida-desordenada estava presente 2) de 15 a 30 % molar havia uma coexistência de ambas as fases e 3) acima de 27% molar de colesterol o modelo de membrana completou convertido de volta à fase de ordem líquida original dentro de um período de tempo de duas horas. A regressão linear atingiu o máximo em 30% molar de colesterol. É importante mencionar que também foram realizados estudos de ESR que mostram uma coexistência da fase de ordem líquida / desordem líquida de 0 a 8% molar e também de 8–27% molar. O modelo de membrana contendo DPPC, colesterol e trocando lipídios 1 e 2 mostra um aumento drástico na relação linear entre (K) versus o mol% de colesterol. Com aproximadamente 8 mol% de colesterol, o início da fase líquida desordenada começa. Essa mesma relação é observada no DSPC, colesterol e troca de lipídios 2 e 3, mas o início da fase de desordem líquida ocorre em aproximadamente 5,2% molar com e sem a presença de etanol. Além disso, há um valor de constante de equilíbrio mais alto no qual os estudos o relacionam com as interações da cadeia de acila mais fortes devido a esta região ter cadeias de carbono mais longas, o que resulta em um ponto de fusão mais alto também. Este estudo não apenas prova que na presença de etanol ocorre uma reorganização ou mudança de fase induzida entre a interação colesterol-fosfolipídio, mas que, ao usar concentrações mais elevadas de compostos de esterol como o colesterol, pode impedir os efeitos do etanol. A pesquisa também sugere que o etanol aumenta a associação entre colesterol-fosfolipídios nas bicamadas ordenadas por líquido. O mecanismo de como o etanol induz a fase líquido-desordem e também aumenta a associação colesterol-fosfolipídio ainda não é conhecido. Os pesquisadores mencionaram que parte da formação do distúrbio líquido ocorre possivelmente interrompendo a região hidrofóbica dos fosfolipídios, ligando-se intimamente à região hidrofílica do fosfolipídio e agindo como "enchimento", uma vez que o etanol não pode se alinhar estreitamente com os fosfolipídios vizinhos. Todos esses mecanismos possíveis podem contribuir para a natureza anfifílica do etanol.
AMDS
- Visão geral da pesquisa:
Neste estudo, existem várias simulações de dinâmica molecular em escala atômica criadas para ilustrar como o etanol afeta biomembranas contendo fosfolipídios. Os sistemas de membrana fosfolipídica são comparáveis às membranas modelo acima, mas consistem apenas em um fosfolipídeo que é palmitoil-oleoil-fosfatidilcolina (POPC) ou palmitoil-oleoil-fosfatidiletanolamina (POPE). A principal diferença entre a fosfatidlicolina (PC) e a fosfatidiletanolamina (PE) é que os três grupos metil ligados ao átomo de nitrogênio para a estrutura do PC são substituídos por três grupos de hidrogênio. O objetivo geral deste estudo é semelhante ao estudo descrito acima, determinando os efeitos do etanol nas biomembranas e como ele é capaz de aumentar a desordem na região do interior da membrana, formando fases não lamelares em fosfolipídios. O método experimental e a técnica analítica são bastante diferentes. No estudo anterior, ele enfatizou a técnica de NNR usando um conjunto de fosfolipídios do hospedeiro, trocando lipídios, etanol e colesterol para criar modelos de membranas. Uma solução aquosa contendo 5% de etanol (v / v) foi mantida, mas a concentração de colesterol foi variada para provar como este composto de esterol pode inibir os efeitos do etanol (induzindo uma fase de desordem líquida ou fases não lamelares) que é representado em os diferentes gráficos da constante de equilíbrio (K) versus a% molar de colesterol para cada modelo de membrana. Neste estudo, a membrana fosfolipídica é comparável ao modelo de membrana que consiste em POPC, etanol, água e, em alguns casos, a adição de íons monovalentes (Na + , K + e Cl - ) que são transportados através da membrana na presença de etanol. A concentração de etanol varia de 2,5 a 30% molar em solução aquosa, mas não há adição de nenhum composto de esterol. As simulações de dinâmica molecular em escala atômica são usadas para monitorar as mudanças na membrana fosfolipídica. Todas as simulações são realizadas no software GROMACS, suite de simulação, juntamente com outros métodos essenciais para a realização das simulações. A temperatura e a pressão são controladas em 310K e 1bar. As simulações são medidas em vários intervalos de tempo, que incluem ficosegundos (fs), picossegundos (ps) e nanossegundos (ns). Uma simulação típica é composta por aproximadamente 128 lipídios POPC e 8.000 moléculas de solvente que incluem água e etanol. Em cada simulação, as moléculas de etanol, as moléculas de água, as regiões do grupo principal, as cadeias acil e os íons monovalentes são codificados por cores, o que ajuda na interpretação dos resultados das simulações. As concentrações de etanol são 2,5, 5,0, 15,0 e 30% molar. A quantidade de moléculas de etanol depende da concentração de etanol presente na membrana fosfolipídica. Os parâmetros do campo de força são medidos para os lipídios POPC e íons monovalentes (Na + , K + e Cl - ), que são muito importantes. Um resumo das simulações de dinâmica molecular em escala atômica é então fornecido, contendo informações importantes como segue: 1) um número do sistema que corresponde a uma simulação de fosfolipídio particular 2) a concentração de etanol mol% usado em uma simulação particular 3) a concentração de etanol (v / v%) usado para a simulação 3) a razão etanol / lipídio que é derivada da simulação 4) a área (nm2) da membrana fosfolipídica que detalha a expansão das membranas conforme a concentração de etanol é aumentada 5 ) a espessura da membrana que é baseada na distância entre as posições médias dos átomos de fósforo em lados opostos da membrana fosfolipídica e 6) a inclinação do grupo principal do lipídeo POPC com base nas mudanças no ângulo em direção à região interna da membrana fosfolipídica que surpreendentemente não era muito significativa.
- Significado da pesquisa:
O resumo das simulações de POPC descritas acima mostra que a área inicial do sistema POPC por valor de lipídio era inicialmente de 0,65 ± 0,01, mas aumenta em mais de 70% para 1,09 ± 0,03 a 10 mol% de etanol, o que indica que a membrana começa a inchar e expandir à medida que o etanol permeia sua região externa. Devido à expansão da membrana, a espessura da membrana diminui de 3,83 ± 0,06 para 2,92 ± 0,05, que se refere à distância entre os átomos de fósforo em lados opostos da membrana. O estudo também apóia o fato de que o etanol prefere se ligar logo abaixo da região hidrofílica dos fosfolipídios próximo aos grupos fosfato. A localização do etanol cria uma forte ligação de hidrogênio entre as moléculas de água. Os resultados são representados nas simulações e suportados por perfis de densidade de massa também. Os perfis de densidade de massa mostram a localização dos lipídios POPC, água e etanol relevantes para o núcleo hidrofóbico da membrana e a concentração de etanol. A densidade de massa do etanol aumenta à medida que a concentração aumenta, o que indica que o etanol está se movendo em direção ao centro hidrofóbico da membrana. A membrana fica parcialmente destruída. As simulações também sustentam que o interior da membrana passa a ficar mais hidrofílico devido à presença de moléculas de água na região interna, uma vez que a membrana é parcialmente destruída. A presença de etanol também induziu a formação de fases não lamelares (não bicamada) dentro da região interior (núcleo hidrofóbico) da membrana fosfolipídica. Os resultados são suportados pelas simulações que mostram que com aproximadamente 12% molar de etanol a membrana não foi mais capaz de tolerar e se adaptar à presença do etanol resultando em fases não lamelares. As formações das fases não lamelares são descritas como sendo micelas invertidas irreversíveis. Esta irreversibilidade das micelas invertidas é suportada por perfis de densidade de massa que exibem uma sobreposição de folhetos de membranas opostas que interagem formando um forte intertravamento entre as cadeias de acila ou região hidrofóbica com e sem a presença de etanol. Instantâneos das simulações são produzidos a 100 ns que comparam o sistema de membrana fosfolipídica na presença de etanol e na ausência de etanol, que continua a apoiar a preferência do etanol de se ligar próximo à região hidrofílica do fosfolipídeo. Os pesquisadores também adicionaram íons monovalentes como íons de sal (NaCl) ao sistema de membrana fosfolipídica que também formou fases não lamelares (micelas). Este fenômeno é importante porque eles prevêem que na presença de etanol as micelas podem servir como transportadores para estruturas hidrofílicas através da membrana. No geral, neste estudo, ele mostra que o etanol é capaz de penetrar na membrana. Um ponto muito importante que foi revelado neste estudo é o fato de que o etanol pode destruir tecidos epiteliais (lábios, garganta, estômago, boca) em humanos. Portanto, deve-se considerar alguns dos efeitos deletérios de algumas bebidas alcoólicas que podem conter até 40% de etanol (v / v).
Conclusão e possíveis pesquisas futuras
O seguinte foi concluído com base na capacidade do etanol de induzir fases não lamelares:
- O etanol induz fases não lamelares (não bicamada), mas este processo é dependente da concentração. Em média, as bicamadas são preservadas em aproximadamente menos de 10% molar.
- O etanol prefere se ligar na região hidrofílica próxima aos grupos fosfato, o que pode contribuir para seu caráter anfifílico.
- Os efeitos do etanol podem ser revertidos ou prejudicados na presença de colesterol (compostos de esterol)
- Pode ser necessário realizar um estudo futuro para comparar a quantidade máxima de colesterol (30 mol%) obtida no estudo NNR com concentrações variadas de etanol, conforme descrito no estudo AMDS, para ver se o etanol ainda é prejudicado na presença de compostos de esterol .