Regulación de la carga superficial mediante osmolitos biológicos

Área de la Ciencia:

• La biofísica
• Química de las superficies
• Interacciones moleculares

Sus antecedentes:

• Los osmolitos son vitales para la estabilidad y función de las proteínas, que interactúan con las sales celulares y los protones a través de mecanismos incompletamente comprendidos.
• La comprensión de las interacciones entre la superficie de la osmolita es clave para explicar las respuestas celulares a los cambios ambientales.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el impacto de los osmolitos biológicos (urea y glicerol) en la carga superficial de sílice, un modelo de superficie protosa.
• Elucidar el mecanismo por el cual los osmolitos neutros influyen en la carga superficial y las propiedades interfaciales.

Principales métodos:

• Se utilizó la microscopía de fuerza atómica de modulación de frecuencia de ultraalta resolución (FM-AFM) para medir la carga superficial de sílice.
• Se mide la viscosidad del líquido interfacial para evaluar la acumulación o el agotamiento de osmolitos cerca de la superficie.
• Se aplicó el modelo de Gouy-Chapman-Stern para el análisis cuantitativo.

Principales resultados:

• La urea (desestabilizador de proteínas) aumentó la carga superficial de sílice en más del 50% (equivalente de pH +4), con una acumulación superficial significativa.
• El glicerol (estabilizador de proteínas) casi neutralizó la carga superficial de sílice (pH equivalente a -2), con agotamiento de la superficie.
• Las modificaciones de carga superficial observadas fueron cuatro veces más grandes que las predichas por los cambios de constante dieléctrica solos.

Conclusiones:

• Los efectos de los osmolitos en las constantes de reacción superficiales (deprotonación de silanol, unión catiónica) rigen principalmente la carga superficial.
• Los osmolitos neutros ejercen una influencia sustancial en la carga superficial y las interacciones de Coulomb.
• Los hallazgos desafían los modelos existentes y destacan el papel significativo de los osmolitos en los fenómenos interfaciales biológicos.