Termodinámica de la unión del calcio a la heparina: Implicaciones de la disolución y la estructuración del agua para...

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• La termodinámica
• La biomineralización

Sus antecedentes:

• Los sulfatos de heparán son biomacromoléculas ubicuas esenciales para varios procesos biológicos.
• Su papel en la modulación de la unión de iones de calcio (Ca2+) es crucial para la señalización celular y la biomineralización.
• La base termodinámica para la regulación de Ca2+ por los heparanos y los polisacáridos relacionados sigue sin estar clara.

Objetivo del estudio:

• Cuantificar cómo el contenido y la posición del sulfato influyen en la termodinámica de unión del Ca2+ en los heparanos.
• Para vincular la termodinámica de unión de Ca2+ con la energía interfacial de la cristalización de la calcita.
• Para dilucidar las firmas termodinámicas de las interacciones de Ca2+ y polisacáridos.

Principales métodos:

• Se utilizó calorimetría de titulación isotérmica (ITC) para medir la termodinámica de unión de Ca2+.
• Se analizaron heparosano y heparinas con diferentes modificaciones de sulfato.
• Se realizaron mediciones de energía interfacial para la nucleación de calcita en polisacáridos.

Principales resultados:

• La unión de Ca2+ a las heparinas es impulsada principalmente por contribuciones entrópicas favorables de la liberación de agua.
• La heparina con los grupos O-sulfato y N-sulfamida exhibió una unión a Ca2+ aproximadamente 3 veces más fuerte que el heparosano.
• Un enlace más fuerte de Ca2+ (término entrópico más grande) se correlacionó con una mayor energía interfacial para la nucleación de CaCO3, lo que indica una estructuración alterada del agua.

Conclusiones:

• La posición y el tipo de grupos sulfatados modulan significativamente la afinidad de unión de Ca2+ y la termodinámica en las heparinas.
• La reestructuración del agua durante las interacciones con los polisacáridos Ca2+ dicta las propiedades interfaciales relevantes para la biomineralización.
• Las interacciones con los polisacáridos Ca2+ comparten una firma termodinámica común dominada por la compensación entalpia-entropía, distinta de la unión con las proteínas Ca2+.