water sorption thermodynamics in …
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3500 3000 2500 2000 1500 1000
0
DPPC 100% HR
DPPC 98% HR
DPPC 90% HR
DPPC 85% HR
DPPC 75% HR
DPPC 55% HR
DPPC 33% HR
DPPC 11% HR
DPPC 5% HR
wavenumber
(cm-1
)
ab
so
rba
nce
(a.u
.)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
2916
2921
2922
2923
25º DPPC
25º D9PC
vas
CH
2 (
cm
-1)
aw0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
1085
1086
1087
1088
1089
1090
1091
1092
1093
1094
25º DPPC
25º D9PC
vs
PO
2 (
cm
-1)
aw
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
25º DPPC
25º D9PC
R C
O b
/ub
(a
.u.)
aw
Figura 2. Isotermas de adsorción de agua para los distintos lípidos obtenidas mediante la
relación del área entre la banda de agua (3100-3700 cm-1)y las bandas correspondientes al
estiramiento CH2 y CH3 de los lípidos (2700-3000 cm-1).
Introducción: Las características de sorción de agua reflejan la composición química y estructural de las membranas lipídicas a la temperatura a la que
tiene lugar la hidratación. Los cambios en las características de sorción con la temperatura y el nivel de hidratación podrían dar indicios que el agua induce
cambios estructurales que pueden confirmarse mediante técnicas FTIR-ATR1. Diferentes fosfolípidos asocian agua en modos particulares de acuerdo con sus
estructuras; esto puede producir una modulación del empaquetamiento e hidratación adecuada para la incorporación de aminoácidos, péptidos y enzimas.
La absorción de agua en lípidos puede tener lugar en diferentes sitios caracterizados por diferentes afinidades: unión fuerte relacionada con los grupos
fosfato y carbonilo y más débil relacionada con el agua confinada entre las cadenas acilicas. Se determinaron las isotermas de sorción de agua para DPPC y
16:1 (∆9-cis)PC, en estado gel y líquido cristalino, respectivamente. El análisis espectroscópico muestra distintas respuestas de los diferentes sitios de
sorción a lo largo del proceso según el estado de la membrana. Los datos se ajustaron utilizando el modelo de sorción de D'Arcy Watt para cada uno de los
sitios de hidratación, como PO2-, CH2 y CO y se compararon los parámetros de los sitios de unión.
Conclusión: Los parámetros de ajuste termodinámicos para el modelo empleado
indican que la respuesta de la estructura de los distintos grupos funcionales y del agua
es particularmente específica para cada lípido en diferente estados de fase.
Figura1. Espectros de vesículas de DPPC A 25º tomados a diferentes humedades relativas. A medida que el
sistema disminuye su contenido de agua, la intensidad de la banda de agua disminuye y aumenta la
intensidad de las bandas correspondientes al lípido, lográndose una buena definición de las mismas.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
2
4
6
8
10
nH
2O
/nD
PP
C
aw
sorcion total
sorcion fuerte
sorcion debil
sorcion multimolecular
A B C D E
DPPC 15 0.96 1.3 0.91 0.08
D9PC 13 1.2 2.6 0.96 0.19
Figura 3,. Variación de la frecuencia asimétrica del grupo metileno
(-CH2 ) vs el contenido de agua (aw) Figura 4.- Las bandas de estiramiento de los grupos CO asociadas
a los esteres de los grupos carbonilo de los fosfolípidos vs
actividad de agua. Los insertos en esta figura muestran las
poblaciones obtenidas mediante deconvolución, obteniéndose las
poblaciones P1 (H-Bounded) y P2 (Un-bounded) del grupo
carbonilo .
Figura 5.- Variacion de la frecuencia para la banda del fosfato
simétrico en función de la actividad de agua (vs PO2-).Se observa
que la frecuencia simétrica de grupo -PO2- disminuye con el
aumento de aw por la formacion de puentes hidrogeno con el agua
Tabla1. De acuerdo a la ecuación generalizada del modelo propuesto por DW, la variable A representa el numero de sitos de adsorción
fuertes y B la afinidad del agua por esos sitios. En los ajustes obtenidos de las isotermas para los diferentes lipidos al modelo
propuesto, se observan mayores afinidades sitios de adsorcion fuertes para d9pc en relacion a DPPC. El parametro c, representa
adsorciones debiles posiblemente relacionada con el agua entre cadenas.
Figura 4.- nH2O/nDPPC vs actividad de agua. La curva completa se ha
calculado a partir de la ecuación de DW. Las curvas de color
representan componentes de la isoterma. La curva roja se describe
con el primer término y corresponde a una adsorción de Langmuir en
sitios de sorción altamente reactivos. La curva azul corresponde a la
aproximación lineal de sorción en sitions débilmente reactivos. La
curva fucsia se describe por el tercer término y corresponde a la
formación de múltiples capas sobre las monocapas principalmente
adsorbidas.
1 A. S. Rosa, A. C. Cutro, M. A.Frías, & E. A. Disalvo. The Journal of Physical Chemistry B, 119(52), 15844-15847. (2015)2 Rosa, A. S., Cejas, J. P., Disalvo, E. A., & Frías, M. A. (2019). https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2019.03.018
1760 1740 1720 1700
Ab
so
rba
nce
(a.u
.)
wavenumber
(cm-1)
1760 1740 1720 1700
Ab
so
rba
nce
(a.u
.)
wavenumber
(cm-1)