¿Qué es la partición de membrana en bioquímica?

El reparto de membrana es una medida de donde un determinado compuesto es más abundante, es decir, cómo se divide entre las dos fases (en el caso de la partición de la membrana, las dos fases son la solución acuosa y la membrana). Es una versión especializada del coeficiente de partición más general en química. Gran parte de la teoría se conserva, solo difieren las fases, por lo que puede leer acerca del coeficiente de partición y obtener la mayor parte de la teoría matemática y general cubierta allí (para un sistema altamente simplificado).

Sin embargo, una membrana de bicapa lipídica biológica es algo más compleja que la mayoría de los ejemplos en la partición general. Uno de los sistemas de partición más utilizados es el que consiste en agua y octanol. Se prueban muchos compuestos en el sistema para obtener un valor aproximado correspondiente a su hidrofilicidad / hidrofobicidad, donde se encontrarán predominantemente compuestos más hidrófilos en la solución acuosa, y más hidrófobos tenderán a disolverse más en la solución hidrófoba.

Dado que una membrana biológica es una cosa muy heterogénea, la partición no solo depende de la hidrofilicidad del compuesto que necesita partirse, hay numerosas interacciones que deben tenerse en cuenta. La membrana está llena de proteínas y diferentes tipos de lípidos y otras moléculas pequeñas, que pueden interactuar con su compuesto de interés. También está la cuestión de definir qué está realmente particionado en la membrana. Si un compuesto se une a la parte transmembrana de una proteína en la membrana, pero no interactúa en absoluto con la parte lipídica de la membrana, ¿cómo definirías esto? (Supongo que la mayoría de las personas definiría esto como membrana particionada, ya que la proteína es parte de la membrana, pero es algo que tendrá que definir antes de comenzar cualquier experimento. O tal vez algo que se definirá en función de las limitaciones de las técnicas experimentales disponibles). Si un compuesto está fuertemente asociado con los grupos hidrofílicos de la cabeza de la bicapa lipídica, y está muy concentrado allí, pero no está realmente dentro de la membrana, esto también es algo que tendrá que decidir cómo definirlo (si cree que hay una diferencia). entre membrana particionada y membrana asociada).

Más a menudo que no, los compuestos más hidrófobos tenderán a estar más asociados con la membrana que los compuestos menos hidrófobos, pero puede haber excepciones, debido a la complejidad de la composición de la membrana.

Espero que esto sea lo que estabas buscando.

Además de la excelente respuesta de Walden Bjørn-Yoshimoto, algunos pequeños puntos.

El coeficiente de partición de fase es solo una constante de equilibrio (como la de cualquier otro esquema de reacción). En este caso, la reacción es la asociación de alguna molécula A con la fase hidrófoba (aceite) o acuosa. El esquema de reacción es

A_aq <-> A_oil

Y el coeficiente de partición P es solo la constante de equilibrio de esa reacción:

P = Keq = [A_oil] / [A_aq]

Que los coeficientes de partición aceite-agua son buenas medidas de la hidrofobicidad / hidrofilicidad de las moléculas biológicas se evidencia por varios descubrimientos empíricos.

1. El coeficiente de partición se correlaciona muy bien con las mediciones in vitro de la permeabilidad de la membrana de moléculas pequeñas (en una escala logarítmica). La idea aquí es que una molécula debe ser capaz de asociarse con la fase lipídica para cruzar la membrana. La frecuencia a la que se cruza (en una escala de tiempo larga) debe ser proporcional a la división de equilibrio entre las fases acuosa y lipídica. Ver la siguiente figura de Walter, A. y Gutknecht, J. (1986). Permeabilidad de los pequeños no electrolitos a través de las membranas bicapa lipídica. J. Membr. Biol. 90 , 207-217.


2. El coeficiente de partición se correlaciona con concentraciones intracelulares de moléculas pequeñas en E. coli y levadura. La idea aquí es que la célula invertirá más átomos (principalmente carbono, nitrógeno, azufre) en moléculas que son menos permeables a las células porque no se perderán por la difusión pasiva a través de la membrana celular. Ver la figura a continuación de Bar-Even, A., Noor, E., Flamholz, A., Buescher, JM y Milo, R. (2011). La hidrofobicidad y la carga dan forma a las concentraciones de metabolitos celulares. PLoS Comput. Biol. 7 , e1002166.


3. Si realiza mutaciones de aminoácidos únicas en la superficie o en el núcleo o proteínas hidrofóbicas, el efecto de estabilidad de esas mutaciones se puede racionalizar en función del coeficiente de partición del aminoácido libre. Lamentablemente, no puedo encontrar una buena figura para esto en este momento, pero tal vez alguien más pueda responder.