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Nuestro trabajo de investigación está enfocado al estudio de las BIOMEMBRANAS. Los proyectos del laboratorio a los cuales son bienvenidos para incorporarse estudiantes de licenciatura, maestría y doctorado (a quienes se apoyará para gestionar becas), son los siguientes:

• Estudio de la formación de dominios durante la activación interfacial de la fosfolipasa A₂ por medio de FRET (fluorescencia por transferencia de energía resonante).
• Coexistencia de fases durante la acción de la fosfolipasa A₂ sobre bicapas lipídicas, detectada por medio de las propiedades biofotónicas del Laurdan (GPS).
• Las propiedades biofotónicas del Laurdan (GPS) en el estudio de la organización lateral de lípidos membranales de bacteria.
• Las propiedades biofotónicas del Laurdan (GPS) en el estudio del efecto del colesterol sobre la organización lateral de bicapas lipídicas.

Un panorama de los intereses científicos que guían nuestras investigaciones sobre BIOMEMBRANAS está dado en el resumen de una conferencia que tuve oportunidad de presentar durante el XXV Congreso Nacional de Bioquímica, que se incluye a continuación:

DESDE EL AUTOENSAMBLE DE MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS A LA ACTIVIDAD INTERFACIAL DE ENZIMAS: UN RECORRIDO POR LAS SUPERFICIES MEMBRANALES(*)
Marta S. Fernández, Departamento de Bioquímica. CINVESTAV.

I) A ocho décadas de haberse sugerido la estructura de bicapa lipídica membranal, a siete del primer modelo de bicapa con proteínas periféricas y a tres del paradigma del mosaico fluído con proteínas integrales, nuevos resultados nos dicen que se requiere enfatizar el mosaicismo, que existe una organización lateral de los lípidos, que la fluidez está acotada por la presencia de dominios, que la mayor parte de las proteánas no está distribuida al azar [Singer, S. J. & Nicolson, G. L. (1972) Science 175, 720-731. Vereb, G. et al. (2003) PNAS 100, 8053-8058]. II) Fluidez membranal, difusión limitada, dominios, compartimientos, organización lateral, son conceptos ampliamente analizados en la actualidad al describir las propiedades fisicoquímicas de las membranas biológicas. Estos conceptos provienen, en gran medida, de los estudios realizados con sistemas generados por la capacidad de las moléculas anfipáticas en general, y de los lípidos, en particular, de mostrar el fenómeno de autoasociación en un medio acuoso. En esta presentación revisamos algunas de nuestras contribuciones al conocimiento de los modelos, que se refieren a fenómenos derivados del comportamiento colectivo de las organizaciones moleculares de lípidos tanto a nivel de las cadenas hidrocarbonadas como de los grupos polares, y que dan lugar a las transiciones de fase termotrópicas y a la generación del potencial electrostático de superficie, respectivamente. Se describe también la posibilidad de particionar y distinguir en la región interfacial propiamente dicha, entre un componente de carga y otro de constante dieléctrica que condicionan, para los grupos polares, grados de disociación muy diferentes respecto a la fase de volumen. III) El enfoque de nuestro trabajo a las propiedades fisicoquímicas de membranas nos ha conducido de manera natural a abordar el comportamiento de enzimas como las fosfolipasas A₂ de secreción que presentan el fenómeno de activación interfacial aparente. Estas enzimas participan en el metabolismo de los fosfolípidos, en su recambio membranal, en la digestión y en el disparo de la cascada de los eicosanoides. Actúan sobre sustratos organizados, y la hidrólisis en la que intervienen, consistente en la liberación del enlace éster sn-2 de los sn-3 fosfoglicéridos, se ha tomado como un paradigma de la catálisis heterogénea en interfases. La regulación de la actividad de esta familia de enzimas tiene lugar en gran medida, por las propiedades físicas del sustrato lipídico agregado. Nuestros estudios se han centrado en la fase de latencia que presenta la fosfolipasa A₂ pancreática, una de las enzimas más representativas y estudiadas de este grupo. Hemos podido entender entre otras cosas, el papel del producto ácido graso en la modulación de la latencia al generar un potencial de superficie y alterar la concentración de calcio interfacial durante la hidrólisis. También, al desarrollar un sistema que permite trabajar en virtual ausencia de productos, pudimos disociar el efecto del ácido graso del efecto del estado de fase del sustrato lamelar. Así mismo, y por primera vez, utilizando monitores que no son sustrato de la enzima, demostramos la formación de dominios durante la hidrólisis. IV) En nuestras investigaciones con modelos membranales ha jugado un papel esencial el uso de fluoróforos para medir propiedades como el potencial de superficie, la fluidez membranal en Escherichia coli, el empaquetamiento de las cadenas, la actividad enzimática interfacial y la formación de dominios membranales mediante FRET. Han sido de gran utilidad los derivados de cadena larga de las cumarinas en la determinación del potencial de superficie, el dipirenilpropano y la dipirenfosfatidilcolina para investigar los procesos de excimerización y obtener datos de fluidez membranal y actividad de PLA2, respectivamente; los derivados del nitrobenzoxadiazol (NBD) y de la rodamina, en el seguimiento de la actividad fosfolipásica por FRET. En los últimos tiempos hemos incorporado también al Laurdan, un monitor que en el estado excitado alcanza altos valores de momento dipolar y que es sensible a la hidratación membranal e, indirectamente, al empaquetamiento de las cadenas lipídicas a través del parámetro de polarización generalizada. De esta manera, participamos de la corriente que se ha dado en llamar biofotónica para proseguir abordando nuestros proyectos, unificados a través del interés común en la organización lateral de los lípidos y en la coexistencia de fases en las biomembranas.

(*) Fernández, M. S. (2004) Conferencia Magistral, XXV Congreso Nacional de Bioquímica, Ixtapa, Gro. México.