Un nuevo estudio publicado en la revista ACS Nano muestra cómo el agua se reestructura alrededor de las membranas biológicas. «Los resultados proporcionan una nueva visión sobre el papel del agua en los procesos biológicos, y muestran que el agua responde al medio ambiente, sobre todo en las interfaces suaves que proporcionan las membranas biológicas», explica Giancarlo Franzese, investigador del Instituto de Nanociencias y Nanotecnología (IN2UB) y miembro del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Barcelona. Franzese ha dirigido el estudio dentro de la colaboración organizada con un equipo de IBM Research Europe (Daresbury, Reino Unido) y la Universidad de Oxford.

Hasta ahora se creía que solo el agua biológica —una capa fina de agua de cerca de 1 nm— tenía un papel en la formación de los fenómenos biológicos cuando entraba en contacto directo con las membranas. La dinámica y la estructura de dicha capa son muy distintas de las del agua a granel (es decir, agua en ausencia de un sistema biológico).

A nivel atómico, el agua biológica es muy lenta, está ligada a la membrana y forma una peculiar red de lazos. A unos 0,8 nm de la membrana, los autores del estudio identificaron la existencia de una interfaz de agua ligada y no ligada. Las moléculas de agua no ligada se mueven y se difunden como las del agua a granel. Sin embargo, el agua no ligada tiene más defectos en su red molecular que el agua a granel, hasta una distancia de 2,4 nm de la membrana, correspondiente a ocho capas de agua.

Los investigadores usaron simulación computacional a escala molecular y herramientas de análisis innovadoras para descubrir cómo la estructura del agua responde al confinamiento a través de las membranas celulares lipídicas. «A pesar de sus defectos, el agua no ligada es más ordenada que el agua a granel y tiene una topología característica que se extiende a distancias más largas de lo que se pensaba originalmente», dice Franzese.

El estudio ofrece una nueva visión sobre el análisis del agua nanoconfinada y los modelos de interacción biológica. Los resultados ayudan a entender, por ejemplo, la relación entre los cambios en la estructura del agua causados por iones extracelulares y ciertas enfermedades o la señalización de células.

Referencia del artículo:
F. Martelli, J. Crain y G. Franzese. «Network topology in water nanoconfined between phospholipid membranes». ACS Nano, junio de 2020. Doi: https://doi.org/10.1021/acsnano.0c02984

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