Processo di fusione del fosfolipide anionico DMPG: nuova fase lamellare e modello del doppio strato poroso

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Oggetto del lavoro (traduzione)

Contesto. La principale transizione di fase dei doppi strati lipidici, che si verifica ad una ben definita temperatura T _m , corrisponde al passaggio delle catene alifatiche da uno stato ordinato (gel) a uno stato disordinato (liquido). Tuttavia, i fosfolipidi puramente anionici, come il dimiristoil fosfatidilglicerolo (DMPG), possono presentare un "regime di fusione", invece di un'unica transizione. Il regime di fusione del DMPG si osserva per valori di pH superiori a 5, dove i gruppi fosfato sono deprotonati, e a bassa forza ionica, dove la schermatura delle cariche è debole. Il processo di fusione delle catene di DMPG inizia a T _m ^on   ∼  20^°C, ma una completa fase fluida esiste soltanto a temperature superiori a T _m ^off   ∼  30^°.

Metodi e Risultati. Nel presente lavoro sono state indagate le proprietà strutturali di dispersioni acquose di DMPG a elevata concentrazione, da 70 a 300 mM, nell'intervallo di temperatura compreso tra 12^°C e 50^°C, cioè dalla fase gel a quella fluida. Le tecniche utilizzate sono la diffusione a piccolo e a grande angolo dei raggi X (SAXS e WAXS), la calorimetria a scansione differenziale (DSC) e la microscopia ottica polarizzata. I risultati hanno messo in evidenza che all'interno del regime di fusione esiste una nuova fase lamellare, caratterizzata da pori e definita fase L _p . Per l'analisi dei dati sperimentali, è stato sviluppato un nuovo modello che descrive la struttura di doppi strati con pori e che è in grado di spiegare sia la loro correlazione planare, osservata con il SAXS a 70 mM DMPG, che le proprietà di idratazione della nuova fase L _p .

Conclusioni. È ben noto che alla temperatura di fusione nelle membrane di fosfolipidi puri si abbia un'apertura di pori, accompagnata da un forte aumento della permeabilità degli ioni sodio. Poiché le membrane cellulari presentano in genere una carica netta negativa, il processo di formazione di pori nel DMPG, che abbiamo dimostrato essere regolato dalla forza ionica, dalla temperatura e dalla concentrazione, risulta senz'altro rilevante dal punto di vista biologico.

Job task

Background. The main phase transition of lipid bilayers corresponds to a defined change from an ordered (gel) to a disordered (fluid) state of hydrocarbon chains, occurring in general at a defined temperature T _m . However, pure anionic phospholipids, and particularly dimyristoyl phosphatidylglycerol (DMPG), may exhibit a "melting regime", instead of a unique melting transition. The melting regime of DMPG is observed for pH values above 5, where the phosphate groups are deprotonated, and for low ionic strength, where charge screening is weak. The chain-melting process of DMPG starts at T _m ^on   ∼  20^°C, but the complete fluid phase exists only above T _m ^off   ∼  30^°C.

Methods and Results. In the present work the structures occurring in DMPG aqueous dispersions at high concentrations, from 70 up to 300 mM, in the temperature interval from 12^°C to 50^°C, i.e. from gel to fluid phases, are investigated using small-angle and wide-angle X-ray scattering (SAXS and WAXS), differential scanning calorimetry (DSC) and polarized optical microscopy. Results demonstrate that a new perforated lamellar phase exists within the melting regime, and it was named L _p . Furthermore, an original structural model describing bilayers with pores is developed and is able to explain the in-plane pore correlation observed by SAXS with 70 mM DMPG and features observed in the L _p .

Conclusions. It is well known that pores open in in pure phospholipid membranes at the melting temperature T _m , with a large increase in sodium permeability. The majority of cell membranes have a net negative charge, and the opening of pores across the membrane tuned by ionic strength, temperature and lipid composition is likely to have biological relevance.

Referente:

Prof. Francesco Spinozzi

Dipartimento SAIFET

Sezione Scienze Fisiche

Tel. 071 2204138

e-mail:  f.spinozzi@univpm.it