Física Biológica PCLF/Interacción Proteina-Membrana

Interacciones en las membranas

Se denomina interacción debido a que están juntas por medio de contacto, básicamente la membrana esta constituta por dos elementos relevantes las proteínas y los lípidos. Los lípidos encargados de la estructura ya que su forma permite darle cierta rigidez al ancho que puede ser o no rígida, la parte polar “cabeza” de los lípidos se encarga de clasificar de forma eficaz las sustancias que pretenden cruzar hacia el interior de la célula. Respecto a la estructura no polar la cual esta en el interior permitiendo fijar la estructura por la unión con otros lípidos, por ello se presenta lo que conocemos como bicapas que no es otra cosa que una estructura de dos lípidos unidos por la parte apolar.

En las proteínas no sucede lo mismo ya que estas pueden estar en grupos muy cerca de los lípidos o por el contrario distribuidos de forma aleatoria. Su mayor contribución a la estructura de la membrana se da gracias a que facilita la selectividad de las sustancias de ingreso o salida. Es preciso enfatizar en las diferencias que hay respecto a los dos tipos mas relevantes de proteínas las periféricas y las integrales, ya que su trabajo en la membrana es de tipo estricto realizando cada una un numero definido de actividades diferentes pero de importancia integral frente a las necesidades que tenga la célula y las sustancias que rodean el sistema.

Interacciones Lipidos - Proteina Periferica

Nuevamente permiten hacer de la membrana una envoltura frente al medio acuoso, constituida por fosfolipidos encargados de polarizar al lípido y donde su ubicación esta no al lado del lípido sino en su parte superior así que el contacto con el medio hace que se tenga una mayor posibilidad de disolución o derretimiento, generando posibles estabilidades en la membrana o pocas alteraciones a la misma, estas interacciones son muy débiles, haciendo que se tenga una prioridad a la fase gel de la transición por parte de las proteínas, esto se concluye luego de observar diversos experimentos en los que se tiene una distribución mas aleatoria conforme aumento la temperatura del sistema, necesitando poca cantidad de energía para el rompimiento de los enlaces de las interacciones lípido-proteína

Interacciones Lipidos - Proteina integral

Se caracterizan por estar en la región interna de la bicapa, su formación esta definida por diversos grupos que hace que las sustancias a penetrar tengan diversas restricciones, su particularidad se da por tener la posibilidad de instalarse frente a los lípidos abriendo espacios a derecha y a izquierda para provocar un camino de concurrencia de sustancias.

De esta forma es posible agrupar lípidos y proteínas con enlaces muy fuertes haciendo que la membrana sea considerablemente permeable provocando que al pretender separarlas de la superficie de la membrana se genere un rompimiento en esta lo cual hace que se tengan poros de gran tamaño en la estructura de la membrana.

Lo anterior se divisa con la formación de grupos muy compactos ò con islas donde existen regiones que no tiene proteínas esto puede ser vistos en regiones grandes de concentraciones y es mas notorio donde se aumenta la cantidad de energía transferida.

Interacciones Lípido - Proteina por medio del Modelo de Ising

El modelo Ising enfatiza en la estadística del sistema, logrando establecer un modelo bidimensional para la determinación de transición de la fase en el proceso de aumento de engría térmica logrando que las fuerzas intermoleculares de atracción y repulsión se debiliten al punto de romper dichos enlaces ocasionando en la sustancia una composición mas volátil.

Consideraciones:

• El numero de partículas es determinado por n

• El sistema presenta dos particularidades en su estado (fase gel ò fluido)

• Para este modelo tenemos que definir el hamiltoniano para determinar la energía como:

       $H\sum _{ij}=-j\alpha \sigma$

En este caso es claro que α y σ son los dos posibles estados de la fase gel ò fluido -J es el parámetro que define la energía del sistema

Ahora como el sistema (membrana) es un sistema en sonde la trancision de fase no se da de forma inmediata, es decir es necesario tener en cuenta los metaestados o transcurso de cambio en el proceso evolutivo de rompimiento de enlaces entre partículas.

Si tenemos la energía total como –J por igualdad de estado esta es mínima lo que indica que la energía del sistema esta definida como la energía de Helmholtz:

Energia Libre de Helmholtz F = U − TS

Donde la entropía del sistema (S) describe el punto o grado de transición ya que en los puntos de partida y llegada (gel-fluido) respectivamente se asume el estado como estable y S = 0 por equilibrio. Para destacas también podemos recordar que la energía de Helmholtz depende de la temperatura ya que su aumento facilita la disminución de dicha energía libre respecto a cada partícula.

Posteriormente es necesario que se tenga el cálculo del modelo de forma establecida:

   $F=nK_{B}T\log {\frac {2}{1+x^{2}}}-K_{B}nT$

Donde $x=\tan {\frac {J}{K_{B}T}}$

Esta descripción numérica me informa sobre la temperatura del sistema como:

   $x={\sqrt {2-1}}$

Remplazando valores se tiene que:

$T={\frac {2J}{K_{B}\log {x}}}$

Ya que las posibles soluciones me permiten tener soluciones para cada punto de estado, es decir si conocemos el estado puedo determinar la temperatura por este modelo y a la vez podemos decir que el estado prevalece es decir si hay interacciones en fase gel, gel fluido o fluido fluido.