Abstract

Os triglicerídeos têm uma solubilidade limitada, cerca de 3%, em bicamadas lipídicas fosfatidilcolina. curso usando escala milissegundo granulados simulações de dinâmica molecular, que mostram que a bicamada modelo lipídico pode acomodar uma maior concentração de trioleína (A) do que anteriormente previsto, por sequestrar moléculas de trioleína para o centro da bicamada, na forma de uma desordenada, isotrópica, neutro celular agregado lípido, pelo menos, 17 nm de diâmetro, que se forma espontaneamente, e mantém-se estável em, pelo menos, o intervalo de tempo de microssegundos. Os resultados dão crédito à existência muito debatido de agregados de lípidos neutros móveis do desconhecido função presente em células malignas, e para a biogênese precoce de gotículas lipídicas acomodados entre os dois folhetos da membrana do retículo endoplasmático. O a agregados dar a bicamada uma aparência do tipo bolha, e impede a formação de fases de multi-lamelares em modelo, e possivelmente membranas vivas. As bolhas irá resultar em anômala particionamento sonda membrana, que devem ser contabilizados na interpretação de medidas relacionadas com a sonda

Citation:. Khandelia H, Duelund L, Pakkanen KI, Ipsen JH (2010) Triglyceride bolhas na Lipid bicamadas: Implicações para Lipid Gota Biogenesis eo Lipid sinal de celular nas membranas celulares do Câncer. PLoS ONE 5 (9): e12811. doi: 10.1371 /journal.pone.0012811

editor: Darren R. Flor, Universidade de Oxford, Reino Unido

Recebido: 13 Julho, 2010; Aceito: 24 de agosto de 2010; Publicação: 22 de setembro de 2010

Direitos de autor: © 2010 Khandelia et al. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença Creative Commons Attribution, que permite uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original ea fonte sejam creditados

Financiamento:. Este trabalho é financiado pela Fundação Nacional de Investigação dinamarquês. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo, coleta de dados e análise, decisão de publicar ou preparação do manuscrito

CONFLITO DE INTERESSES:.. Os autores declararam que não existem interesses conflitantes

Introdução

neste relatório, nós investigamos a biofísica de membranas modelo contendo baixas concentrações de moléculas de triglicérides.

triglicérides ou triglicerídeos (tgl_S) são lipídios neutros, onde cada um dos grupos hidroxilo de glicerol é esterificado por um ácido gordo. Tgl_S são o principal componente de muitos óleos naturais, tais como azeite. Nos mamíferos, tgl_S estão presentes na maior parte dentro de partículas de lipoproteínas de tráfico, que transportam colesterol, ésteres de estéril, e tgl_S entre tecidos [1] e em gotículas lipídicas (LDS) [2]. LD também estão presentes em outros eucariotas, e em algumas células procarióticas que sintetizam tgl_S para armazenamento de energia e de carbono [3]. Tgl_S em lipoproteínas LD e têm sido objecto de muito interesse devido ao papel destas partículas na fisiologia [4], doença [5].

Além lipoproteínas e LD, tgl_S também estão presentes em diversos membranas biológicos durante concentrações variáveis. Os corpos lamelares de extractos de pulmão surfactante em mamíferos podem conter entre 0,5% a 1,8% w /w tgl_S [6], [7]. lipídios lente ocular contêm pequenas quantidades (tgl_S ug /mg fosfolipídios) de tgl_S. Tgl_S também estão presentes em extractos de membranas intestinais [8]. Lisossomas contêm quantidades não negligenciáveis ​​de tgl_S, por exemplo, em fibroblastos de hamster cultivadas [9]. Em hepatócitos de rato, lisossomos contêm cerca de 3,7% tgl_S [10]. Muitos proliferação de células de mamífero ou activados, em particular, tem uma elevada concentração de tgl_S em membranas. As células cancerosas conter tão elevada como 6,8% TGL fracção de lípidos da membrana de plasma no total [11]. Várias linhas de células malignas de ovário de hamster chinês (CHO) contêm 2,4-3,2% tgl_S nas suas membranas plasmáticas [12]. Os neutrófilos humanos contêm tão elevada como 5,2% e 6,8% tgl_S nas suas membranas plasma antes e após a estimulação com lipopolissacarídeo [13]. Os macrófagos activados [14], [15] linfócitos e células B [16] também contêm grandes quantidades de tgl_S nas suas membranas plasmáticas. Neste relatório, nós investigamos o efeito de baixas concentrações de tgl_S, como encontrado em uma variedade de tipos de células mencionadas acima, sobre a estrutura e dinâmica das membranas modelo, com o objetivo de dicas em última análise, obtendo para o papel estrutural e funcional possível de tgl_S na membrana plasmática de sistemas vivos. Usámos trioleina (TO) como o nosso modelo TGL, e 1-palmitoil-2-oleoyl-

sn-glicero

-3-fosfocolina (POPC) como o modelo de fosfolípido.

Não têm sido relatórios espalhados que investigam a biofísica e bioquímica do modelo de misturas TO-fosfolipídeos. Vários

estudos de RMN de 13C foram utilizados para determinar a solubilidade máxima de tgl_S em modelos de membranas contendo lípidos, principalmente PC. O

espectro de 13C de um TGL pode distinguir entre os grupos carbonila em posições diferentes (a ou p), e diferentes níveis de hidratação (perto de uma interface, ou em uma gota de óleo). Usando

13C-RMN, a solubilidade do PARA em estruturas lamelares e orientadas como fosfolípidos foi, assim, documentado para ser menos de 3%, tanto em pequenas vesículas unilamelares (SUVs) [17], [18] e em vesículas multilamelares (MLV) [19] de lipídios fosfatidilcolina. limites de solubilidade semelhantes foram obtidos quando tgl_S heterogénea, onde todas as três posições do glicerol são estéril içados não pelo mesmo ácido gordo, foram solubilizadas por SUVs [20]. Em SUVs, a solubilidade é reduzido para tão baixo quanto 1% de colesterol, se estiver presente em uma proporção 01:02 com fosfolípidos e 0,15%, se a proporção é de 01:01 [21]. Em todas as investigações, os picos de carbonilo adicionais nos espectros foram obtidos quando a concentração TGL foi elevado acima de 4%. Estes picos foram típico de tgl_S na fase de “óleo”. Multinucleadas e magia de ângulo investigações girando RMN de 0, 0,25, e 0,75 fração molar no egg-fosfatidilcolina indicou que, para provocou mudanças significativas na organização molecular bicamada, incluindo um aumento na fluidez da cadeia [22]. Tgl_S, sendo em forma de cones invertidos, também pode promover a lamelar para transição de fase hexagonal invertido em ambas as membranas PE [23], [24].

Apesar de apenas até 2-3% tgl_S podem ser detectados como solubilizado na interface de membranas modelo, é claro que as células (ver acima) em proliferação podem conter mais do que 6-7% tgl_S. Se membranas modelo pode acomodar apenas 2-3% tgl_S na conformação bicamada canônica, e menos ainda se o colesterol está presente [21] e, mais do que 6-7% tgl_S está de fato presente nas membranas das células vivas contendo colesterol,

, onde é que o excesso de TGL ir

? Uma possível resposta reside na observação de um grupo distinto de

ressonâncias 1H-RMN a partir de experimentos de RMN células vivas, que se originam a partir de “lipídios móveis” de triglicerídeos dos tecidos [25]. Foi proposto em 1980 [26] que este sinal parcialmente originados a partir de um pool de triglicéridos excesso que fica acomodado no meio da membrana como microdomínios. Há relatos dispersos de observações microscópicas de tais microdomínios, embora ligeiramente maior em tamanho -60 nm [27], [28], [29]. A maior parte da

sinal lípido móvel 1H-RMN possivelmente vem da piscina citoplasmática de tgl_S, mas com base em estudos de microscopia e a sensibilidade do sinal para iões gadolimium paramagnéticas (que se ligam a membranas), a possibilidade de uma associação de membrana de tgl_S não pode ser excluída [25].

num trabalho recente, foi demonstrado que a centrifugação ou sedimentação durante a noite das misturas a-POPC levou a uma separação de fases numa pelete fase pesada e uma fase leve, enquanto o excesso À formado um oleosa posterior na parte superior [30]. Embora a composição da fase leve e pesada foram semelhantes, as duas fases teve notavelmente diferentes propriedades de hidratação e fluidez, algumas das quais poderiam ser explicados por um modelo que sugeriu que o esqueleto de glicerol de tgl_S também poderia ser no centro da bicamada lipídica [30].

simulações anteriores de sistemas TGL contendo quer ter focado em emulsões lipídicas [31], ou em lipoproteínas, [33] [32]. Neste estudo, investigou-se as conformações de tgl_S em bicamadas lipídicas modelo POPC em concentrações acima e abaixo do limite de solubilidade interfacial de tgl_S. Temos usado curso extensivo de grão simulações de dinâmica molecular para acessar detalhes estruturais e dinâmicas que não são facilmente acessíveis por técnicas analíticas. Além de obter novos insights sobre a biofísica de TGL contendo membranas, nossos achados são relevantes para a biogênese de gotículas lipídicas no ER, e à presença de domínios lipídicos móveis em células malignas ou ativados.

Métodos

as simulações foram realizadas utilizando-se modelos de grão-curso (CG) de misturas POPC-nos pontos a duas concentrações, um pouco abaixo (~2.3%), e um acima (~5.2%) do limite de solubilidade interfacial de TO. A lista completa de simulações é mostrado na Tabela 1. As simulações CGMD foram realizadas utilizando o campo de força de Martini por lípidos [34]. parâmetros de campo de força para TO foram adaptados a partir de parâmetros existentes para DOPC, substituindo a porção phosphocholine por uma cadeia oleoyl. Não foi necessário introduzir quaisquer novos tipos de partículas, de títulos ou de interação.

As coordenadas iniciais de uma bicamada POPC foram obtidos a partir de uma simulação de auto-montagem de 270 POPC em excesso de água, em um lipid: relação água de 1:60. Uma vez que cada grânulo da água em MARTINI corresponde a quatro moléculas de água, a simulação continha 270 lipídios e 4050 contas de água. Para construir a mistura de 5,2% para-POPC, POPC 14 moléculas foram substituídos por a moléculas de duas maneiras diferentes. Em um caso, moléculas 7 POPC aleatórios foram colhidos de cada folheto e substituída por a moléculas. Vamos nos referir a esta configuração como RAND5. No segundo caso, as moléculas de POPC uniformemente espaçados foram selectivamente substituídos por a moléculas. Vamos nos referir a esta configuração como UNI5. Duas cópias de cada um dos RAND5 e UNI5 configurações foram simuladas com diferentes distribuições de velocidade inicial, resultando em 4 simulações do 5,2% para sistemas. Para construir a 2,3% para os sistemas, 8 a moléculas foram removidas dos sistemas UNI5. Vamos nos referir a esta configuração como UNI2. Duas cópias da configuração UNI2 foram simulados.

As simulações foram também correm para patches bicamada maiores 19 nm × 19 nm. Para isso, a sistemas UNI5 UNI2 e foram replicados quatro vezes no plano da bicamada, resultando em camadas duplas de POPC contendo 1,024 e 24 (2,3%) ou 56 (5,2%) para as moléculas. Vamos nos referir a estes sistemas como 4X2 e 4X5 respectivamente. A configuração final da simulação UNI5 foi usado para construir um sistema maior utilizando o mesmo procedimento, e uma simulação do patch grande foi implementado, vamos nos referir a esta configuração como 4XMID5. Dois grandes simulações foram implementadas com 5,2% para a testar os efeitos de tamanho finito, e para verificar se o número e tamanho dos agregados TO no meio da membrana alterada (ver mais adiante). Estes sistemas serão referidas como 9X5 e 16X5. Os remendos de duas camadas foram de 28 nm × 28 nm e 37 nm x 37 nm, e o número de lípidos foi 2,430 e 4,230 respectivamente.

Finalmente, para confirmar particionamento espontânea de a moléculas para a fase lipídica, a auto-montagem simulações de 2,3% e 5,2% para a contenção distribuídos aleatoriamente POPC, TO e moléculas de água foram implementadas. Três cópias de cada concentração foram simulados, e em cada caso para cindida no POPC bicamada auto-montados dentro dos primeiros 100 nanossegundos. Os dados a partir de simulações de auto-montagem não será discutido mais adiante, porque os resultados são idênticos aos das simulações RAND5, UNI5 e UNI2.

As simulações foram realizadas utilizando o pacote de GROMACS 4.0.4 na isobaric isotérmica (TNP) conjunto a 1 bar e 323 K, usando a Berendsen [35] termostato (relaxamento tempo 0.3ps) e baróstato (constante de acoplamento 3.0 de patches de duas camadas menores, e 5,0 para patches bicamada maiores) com a pressão semi-isotrópico acoplamento. O eixo Z era paralela à bicamada normal. Foi utilizado um passo de tempo de 30 fs, coordenadas foram salvas todos os 900 ps, ​​e foram posteriormente processados ​​para armazenar snapshots cada 13,5 ns para agilizar rotinas de análise. interacções não ligadas foram corte em 12a.

Análise das simulações foi levada a cabo na suite de programas GROMACS. VMD foi usada para gráficos moleculares [36]. Os 2 primeiros uS das simulações CG foram descartados como períodos de equilíbrio para o cálculo de propriedades de conjunto da média.

Resultados

Distribuição de Trioleína em POPC

As propriedades estruturais do bicamada, a distribuição da densidade de TO e POPC, e as taxas de flip flop de a a partir dos dois exemplares, ambos do UNI5 e RAND5 foram qualitativa e quantitativamente semelhante, mostrando que os resultados discutidos nas seções seguintes são independentes das conformações iniciais de TO na bicamada POPC. Além disso, resulta da maior 4X5 e simulações 4XMID5 foram idênticos, indicando que as conformações finais eram independentes do estado inicial do sistema. Para maior clareza, os resultados de apenas um dos quatro simulações CG com 5,2% a serão apresentados, salvo indicação em contrário. Da mesma forma, os resultados a partir de apenas uma das duas cópias do UNI2 são apresentados.

A distribuição da densidade da espinha dorsal de glicerol de A a partir do UNI2 (2,3% a), UNI5 (5,2% a) e 4X5 (5,2 % a, tamanho maior simulação) simulações é mostrado na Fig. 1. Simulações instantâneos das três simulações são apresentados na Fig. 2. A densidade dos componentes a foi multiplicado por um factor de 10 para maior clareza. Contra-intuitiva, existe uma densidade significativa da polar ao glicerol espinha dorsal residente no centro hidrofóbico de membrana em todos os três casos. Há uma maior densidade de simulação no UNI5, em comparação com a simulação UNI2. Na simulação UNI5, alguns a moléculas de partição para o centro da bicamada, na forma de um de agregar, a qual é desprovida de qualquer mecanismo específico de a moléculas. O número de moléculas que permaneceram PARA na interface foram semelhantes para as simulações de 2,3% e 5,2%, indicando que a solubilidade limitada de interfacial PARA em bicamadas lipídicas. Os lipidos adicionais que não poderiam ser acomodados na interface nas simulações% 5.2 formado um agregado no meio da membrana. No entanto, como o tamanho do sistema aumentado, muito pouco ou foi deixado na interface (Fig. 1a) na simulação 4XMID5. Assim, para preferencial para particionar ao agregado, em vez de ficar na interface de membrana em um sistema suficientemente grande, com um agregado maior. Havia muito pouco para a interface no 4×5, 4XMID5, 9×5 e 16X5 simulações, e o agregado ocupou uma área quase metade da do remendo de membrana (Fig. 2a). No agregado foi formado nas simulações Uni2. Notamos que a não-zero densidade de TO no centro da bicamada no sistema UNI2 demonstra que TO pode particionar para o centro da bicamada, sem um agregado estar presente. O perfil de densidade de UNI2 é semelhante à do sistema de 4X2 maior da mesma concentração. O agregado no centro da membrana é biologicamente relevante. É semelhante aos domínios lipídicos celular ricas em triglicéridos previamente detectados utilizando

1H-RMN Os espectros de suspensões de células que detectam domínios lipídicos celulares que transportam uma quantidade elevada de triglicéridos [11], [26], [28]. O agregado é também semelhante a uma gotícula de lípido nascente observado na membrana do RE. Vamos voltar a este na discussão.

perfis de densidade Número de a espinha dorsal de glicerol de TO (Glyc-TO), grupos POPC fosfato (Phos-POPC) e contas de glicerol POPC (Glyc-POPC). A concentração de TO na interface é semelhante para a UNI2 (c) e (b) UNI5 simulações, mas é muito baixa na simulação 4XMID5 (a), no qual a maior parte do a partições para o centro da bicamada.

Snapshots dos (a) 4XMID5 (b) simulações UNI5 (c) Uni2. caudas POPC são mostrados em azul, grânulos de fosfato POPC são mostradas como esferas verdes, TO caudas são mostrados em vermelho, ao glicerol backbone leituras são mostradas como esferas vermelhas, e água é retratado em ciano. As linhas azuis representam os limites da célula simulação centrais.

Os perfis de densidade em Fig. 1 não são simétricos sobre o centro da bicamada. Em particular, há mais a moléculas de particionamento no folheto superior (z 0) em comparação com o folheto menor, apesar da elevada taxa de TO flip-flop. A razão para esta anomalia aparente é que o número de lípidos em POPC os dois folhetos da bicamada não foi igual na auto-montados POPC bicamada lipídica inicial, o qual foi utilizado subsequentemente para construir todos os modelos de simulação para-POPC. O número de moléculas de POPC no folheto superior era menor do que no folheto mais baixa, resultando assim num maior número de moléculas em última análise PARA difundindo o folheto superior para manter a densidade molecular igual em ambos os folhetos. Implementamos duas simulações adicionais (com 2,3% e 5,2% TO), onde o número inicial de moléculas POPC foi igual em ambos os folhetos e, nesse caso, foi distribuído igualmente em ambos os folhetos (Figura S1).

a taxa de flip-flop de a moléculas em todas as simulações CG está indicado na última coluna do Quadro 1. com base na distribuição da densidade da espinha dorsal ao glicerol em cada simulação, a bicamada foi dividido em três regiões, dois interfacial e uma na meio da membrana. Um evento de flip-flop foi registada cada vez que o centro de massa do esqueleto de glicerol de uma molécula PARA translocado de uma região interfacial para o outro. A taxa de flip flop A era notavelmente elevada: entre 0,3 e 1,2 por mS de tempo de amostragem, dependendo da concentração de A, e tamanho da simulação. A taxa de flip-flop de ~ 1 por uS tempo de amostragem iria passar despercebido em mais curtos simulações de DM all-atômicas. A taxa de flip-flop nas simulações RAND5 e UNI5 foi maior devido à formação do agregar o que diminui a barreira de energia livre para a translocação da polar ao glicerol espinha dorsal através da membrana. O tamanho dos aumentos agregados quase proporcionalmente na maior 4X5 e simulações 4XMID5, e as taxas do flip-flop, simultaneamente, aumentar em cerca de um fator de três, aparentemente por causa de uma redução ainda maior na barreira de energia livre, como o agregado ocupa quase metade do a área de superfície do emplastro bicamada. Os agregados formados nas simulações 5,2% são altamente dinâmicos na natureza, e às moléculas de trocar frequentemente entre a interface e o agregado. Nenhum evento flip-flop foi observada para qualquer molécula POPC em qualquer simulação de acordo com pequeno ângulo experimentos de espalhamento de nêutrons resolvidas no tempo em vesículas unilamelares grandes, que indicam taxa muito lenta de POPC flip-flop [37]. Também implementamos cerca de 1 microsiemens simulações utilizando os modelos de átomo unido maior resolução para 0% e 5% para usando o campo de força Berger para lipídios. Nessas simulações, não à foi visto no centro da bicamada, e nenhum dos TO moléculas flip-flop devido às escalas de tempo curtos.

conformações moleculares de Trioleína Moléculas

As três cadeias acilo moléculas de trioleína pode afunilar em relação uns aos outros, levando a várias conformações moleculares. simulações de DM anteriores do puro para sistemas em estados cristalinos ou amorfos mostraram que as moléculas poderiam adotar diversas conformações incluindo o diapasão (SN1 e cauda SN3 paralelo e antiparallel SN2), cadeira (SN1 e SN2, ou SN2 e SN3 paralelo e o outro antiparalelo cauda), o tridente (todas as caudas paralelo) ou líquido (cadeias a apontar em direcções aleatórias) [32]. Dentro de bicamadas lipídicas, o mesmo riqueza de conformações não será replicado, porque quando na interface, o empacotamento das caudas de uma molécula para se ser obrigado a estar paralelo à bicamada normal. No entanto, quando uma molécula é no centro da bicamada, as cadeias de acilo podem afunilar. Nós dividimos TO conformações em três tipos, dependendo do ângulo entre pares adjacentes de caudas.

θ

1-2

foi definido como o ângulo entre as caudas SN1 e SN2, e

θ

2-3

foi definido como o ângulo entre a SN2 e SN3 caudas. A linha que une o cordão de glicerol ao último talão cauda acilo descrito cada vetor cauda. Nós classificados para conformações tão completamente abertos, em parte, espalhados ou não espalhados dependendo

θ

1-2

e

θ

2-3

: A fração global da unsplayed, totalmente abertos, e parcialmente a moléculas espalmadas é mostrado na Fig. 3. O grau de obliquidade foi correlacionada com a posição de um esqueleto de glicerol PARA polar no interior da membrana. Como esperado, as caudas de acilo eram mais Splayed no centro da bicamada, em todas as simulações. Contrariamente à intuição, no entanto, as cadeias são parcialmente espalmadas mais do que 20% do tempo, e completamente espalmada 5% do tempo quando a espinha dorsal da polar a moléculas reside na interface. A fracção de Splayed totalmente e parcialmente Splayed a moléculas é quase idêntica em todos os sistemas no meio da membrana. Na 5,2% a sistemas, as fracções Splayed globais são mais elevados, porque o a moléculas de passar mais tempo no meio da membrana. Para referência, o ângulo entre as cadeias de acilo POPC foi maior do que 90 graus a menos do que 4,5% do tempo em todas as simulações GC (dados não mostrados). A elevada proporção de caudas splayed no centro da bicamada sugere uma isotrópica para agregar.

As frações de TO caudas espalmados nas simulações CG. Para definições de splaying, consulte o texto. As caudas de A a molécula são mais splayed quando está perto do centro da bicamada, sugerindo um ambiente isotrópico na agregar.

níveis de hidratação do glicerol Beads

No

13C-RMN os espectros de aO em ovo PC-lipossomas unilamelares, foi possível distinguir os dois picos que surgem a partir das duas alfa-carbonilos e o grupo β-carbonilo [17]. A maior frequência de ressonância carbonilo β-carbonil indicou que era menos de hidrogénio ligado a-água, e, por conseguinte, sentou mais profunda na interface lípido-água [17]. Na Fig. 4a, temos mostrado os perfis de densidade para as três contas de glicerol a partir de simulações de CG ao longo da bicamada normal. Para maior clareza, apenas os dados da pequena 2.3% para o sistema é relatado. O grupo carbonilo SN2 (ou β) é ligeiramente mais profunda na bicamada do que os outros dois (SN1 e SN3) carbonilo grânulos. A hidratação dos grânulos foi calculada a partir da função de distribuição radial das esferas de água em torno de cada talão de glicerol espinha dorsal (Fig. 4b). O β ou SN2 grânulo é a parte menos hidratado do esqueleto de glicerol, em boa concordância com os dados de RMN.

(a) distribuição da densidade dos grânulos e dois α β uma espinha dorsal de glicerol de AO. Para abreviar, apenas uma monocamada é mostrado. O grânulo β está localizado mais fundo na bicamada do que os dois grânulos alfa. (B) função de distribuição radial de água em torno dos grânulos. O talão β glicerol é claramente menos hidratado do que ambas as esferas a, em muito bom acordo com

13 C-NMR [17].

As propriedades estruturais do bicamada (área por lípidos, espessura , parâmetros de ordem) são apresentados na informação de apoio. As áreas e espessuras são tabulados na Figura S2, e os parâmetros de ordem são apresentados como S1 texto.

Discussão

Usando simulações extensivas CG somando mais de 1,8 milissegundos, nós fornecemos evidências da presença de uma grande para agregar no centro da bicamada numa à concentração mais elevada do que a solubilidade interfacial de aO. Conforme aumenta o tamanho do sistema de simulação, o tamanho do agregado também aumenta proporcionalmente. Nas simulações maiores que 1400 nm (implementadas

2 patch), o agregado sugado na maior parte dos a moléculas a partir da interface para o centro da membrana (Fig. 5). O agregado foi em forma de disco e cerca de 17 nm de diâmetro. Nas simulações 16X5 e 9×5, vários agregados foram inicialmente formada na membrana, o qual subsequentemente se fundiram entre si para formar o agregado maior. Não é claro se o tamanho do agregado vai continuar a aumentar manchas bicamada como cada vez maiores são simulados, mas os efeitos de tamanho finito são importantes no sistema actual. Para as simulações menores UNI5 e RAND5, uma densidade significativa de A foi detectado na interface camada dupla. No entanto, como o tamanho da simulação foi aumentada em 4X, 9X e 16X, a maior parte do PARA cindida no agregado no centro da bicamada.

Simulação instantâneo da maior 16X5 sistema simulado, contendo uma camada dupla de 37 x 37 nm patch. (A) Vista lateral, onde duas imagens periódicas em ao longo da bicamada normais foram mostrados. (B) Vista de cima, apenas a célula de simulação central é mostrado. As linhas azuis representam os limites da célula simulação centrais. A codificação de cores é semelhante à da fig. 2. O agregado no centro é ~17 nm de diâmetro.

Quando e em que dimensão crítica (se houver) será o TO agregados deixar a bicamada e fase separar? Triglicérido é insolúvel em água e separa fase com uma grande tensão interfacial

γ

O /W

= 35-50 mN /m. Quando anfifílicos, e.g. tensioactivos ou lípidos, são introduzidos na solução a tensão interfacial é diminuído fortemente conduzindo a separação de micro-fase de água e óleo. Isto é causado pelo enriquecimento da interface óleo-água por uma monocamada de anfifílicos. A energia livre interfacial (

F

i

) de uma interface de tal auto-montados anfifílico é deve ser modificado para incluir flexão energia elástica [38] Aqui

H

m

é a curvatura média da monocamada e anfifílico é a curvatura da interface espontânea.

κ

m

é a rigidez de flexão [39], e

A

é a área interfacial. Para anfifílicos insolúveis (como lipídios, como a POPC) a tensão interfacial

γ

está desaparecendo ea equação acima leva a um tamanho de gota característica com o raio de 1 /. Para uma monocamada auto-montada de forma esférica a curvatura espontânea pode ser estimada a partir o parâmetro crítico de embalagem

P = v /al

[40], [41]:

Aqui

l

é o comprimento molecular,

v

é o volume molecular e

um

é a área da secção transversal do headgroup. Para POPC, é de cerca de 13,9 nm. Esta é a imagem clássica de gotículas de micro-emulsão da mistura ternária de óleo, água e lípidos [42]. O presente trabalho demonstrou que um outro cenário é possível em baixas concentrações de petróleo. Os lipídios formam estruturas de duas camadas, o que até certo limite de solubilidade

c *

(3% para no POPC) permitem a incorporação de triglicéridos no bicamada. Quando [TO]

c

*

, TO divisórias entre uma configuração no centro da bicamada e uma configuração interfacial com um coeficiente de partição de cerca de ~0.27. Quando [A]

C

*

, o excesso para a fase separa no interior da estrutura da membrana, para formar uma fase de óleo puro no centro da bicamada como pode ser visto nas nossas simulações. Semelhante à descrição acima da gotícula de micro-emulsão, formar bolhas de triglicéridos com uma monocamada de lípido na interface óleo-água, com a mesma curvatura preferida. No entanto, o tamanho total das bolhas pode ser menor, devido a efeitos de fronteira entre a bicamada e no blister. A contribuição de tais efeito de limite da forma e da estabilidade de tais bolhas foi recentemente descrito por Zanghellini et ai. [43] em um modelo fenomenológico. Também é possível que bolhas dentro bicamadas lipídicas pode ser formado por outros hidrocarbonetos, bem como, e essa possibilidade vale a pena investigar no futuro.

Qual é a relevância biológica do a agregados? A maioria das membranas de dupla camada naturais não contêm uma percentagem muito elevada de tgl_S. No entanto, as membranas de plasma de certas activado ou proliferantes tipos de células, incluindo células cancerosas, macrófagos, células B e T, podem conter mais de 5% tgl_S, embora a função ou a implicação da presença de uma quantidade tão elevada de tgl_S é claro [ ,,,0],27]. Uma vez que a solubilidade interfacial de tgl_S é inferior a 5%, o espectro de tgl_S conformacional nas membranas plasmáticas de tais células é discutível. Sugestões com base em

1H-NMR de lipídios móveis que tgl_S poderiam formar 20-30 microdomínios porte nm no centro da bicamada [26] não recolher o apoio devido à falta de evidência física de tais domínios, que só têm aparecido esporadicamente [28 ], [29]. Um lípido móvel

sinal de 1H-RMN distintos resultante de partículas de 60 nm intra-membrana podia ser observado em imagens de TEM congelam-fracturados células [28]. As partículas eram distintos calveolae, e o sinal foi portanto atribuído a uma partícula lipídica móvel que consiste de ésteres de estéril tgl_S e [28]. No entanto, ele foi subsequentemente debatida ou não tal

sinal de 1H-RMN pode detectar partículas deste tamanho de todo, embora por uma linha de células de diferentes [27]. Baseado em

experimentos 1H-RMN, Mountford e Wright tinha proposto um modelo de membrana onde as partículas lipídicas poderiam ser acomodados em membranas plasmáticas. Mountford e Wright [26] argumentou que a maior parte da

sinal de 1H-RMN originado a partir da membrana, mas isso tem sido questionada uma vez que [25]. Simulações apresentadas neste trabalho fornecem evidência molecular de introdução de estruturas Onde pode realmente estar presentes dentro de membranas de dupla camada na forma caindo livremente de “lipídios móveis”. O tamanho dos agregados observados nos nossos simulações não é tão grande quanto 60 nm, simplesmente porque não poderia modelar sistemas grandes o suficiente para tal um agregado para formar. Assim, as simulações dão suporte a modelo original de Mountford e Wright, com a notável exceção que estão hesitantes em chamar nossos agregados “domínios”, porque seu tamanho máximo (até agora) é limitada a 17 nm. Além disso, descobrimos que os agregados são altamente dinâmicos na natureza, e às moléculas podem trocar entre o agregado ea interface na escala de tempo de microssegundos.

pequeno para gotículas também podem ser encontradas no citoplasma de vários tipos de células de mamífero e de levedura, sob a forma de gotículas de gordura. gotículas lipídicas (LDS), anteriormente considerada meramente depósitos de energia, têm sido recentemente reconhecida como organelas celulares. LDs têm um núcleo formado por lipídios neutros, que por exemplo, nos adipócitos são, na maior parte tgl_S. O núcleo é revestido por uma monocamada de lípido, a qual é derivada a partir da membrana do ER mãe. No entanto, a composição lipídica da monocamada LD difere daquela da membrana do RE. A monocamada é abundante em fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina e fosfatidilinositol como o ER, mas contém mais lisolípidos e colesterol livre e menos esfingomielina e ácido fosfatídico do que a membrana mãe [44], [45]. Razões por trás enriquecimento e depleção de certas espécies de lípidos em monocamada de LD não são conhecidos. Uma das teorias propostas é que a biogénese de LD sobre a membrana do RE ocorre em áreas especiais, ou domínios.