El polimorfismo en biofísica es la capacidad de los lípidos para agregarse de diversas formas, dando lugar a estructuras de diferentes formas, conocidas como "fases". Esta puede ser en forma de esferas de moléculas lipídicas ( micelas ), pares de capas enfrentadas (fase laminar, observada en los sistemas biológicos como una bicapa lipídica ), una disposición tubular ( hexágono ), o varias fases cúbicas (Fd 3 m, Im 3 m, Ia 3 m, Pn 3 m y Pm 3 m siendo los descubiertos hasta el momento). También se han observado agregaciones más complicadas, como fases romboédricas , tetragonales y ortorrómbicas .
Forma una parte importante de la investigación académica actual en los campos de la biofísica de membranas (polimorfismo), la bioquímica (impacto biológico) y la química orgánica (síntesis).
La determinación de la topología de un sistema lipídico es posible mediante varios métodos, el más fiable de los cuales es la difracción de rayos X. Para ello se utiliza un haz de rayos X que son dispersados por la muestra, dando un patrón de difracción en forma de un conjunto de anillos. La relación de las distancias de estos anillos desde el punto central indica qué fase(s) están presentes.
La fase estructural de la agregación está influenciada por la proporción de lípidos presentes, la temperatura, la hidratación, la presión y la fuerza iónica (y tipo).
En el polimorfismo lipídico, si la proporción de empaquetamiento [ se necesita aclaración ] de los lípidos es mayor o menor que uno, las membranas lipídicas pueden formar dos fases hexagonales separadas, o fases no laminares, en las que se forman agregados tubulares largos según el entorno en el que se encuentra el lípido. introducido.
Esta fase se ve favorecida en soluciones de detergente en agua y tiene una proporción de empaquetamiento de menos de uno. La población micelar en una mezcla de detergente y agua no puede aumentar ilimitadamente a medida que aumenta la proporción de detergente a agua. En presencia de bajas cantidades de agua, los lípidos que normalmente formarían micelas formarán agregados más grandes en forma de túbulos micelares para satisfacer los requisitos del efecto hidrofóbico. Estos agregados pueden considerarse como micelas que están fusionadas. Estos tubos tienen los grupos de cabezas polares hacia afuera y las cadenas de hidrocarburos hidrófobos hacia el interior. Esta fase sólo se observa en condiciones únicas y especializadas y muy probablemente no sea relevante para las membranas biológicas.
Las moléculas de lípidos en la fase HII se empaquetan de manera inversa al empaquetado observado en la fase I hexagonal descrita anteriormente. Esta fase tiene los grupos de cabeza polar en el interior y las colas de hidrocarburos hidrófobos en el exterior en solución. La relación de empaquetamiento para esta fase es mayor que uno, [1] lo que es sinónimo de empaquetamiento de cono inverso.
Se formarán conjuntos extendidos de tubos largos (como en la fase I hexagonal), pero debido a la forma en que se empaquetan los grupos de cabezas polares, los tubos toman la forma de canales acuosos. Estos conjuntos se pueden apilar como tuberías. Esta forma de empaquetamiento puede dejar una superficie hidrofóbica finita en contacto con el agua en el exterior de la matriz. Sin embargo, el embalaje, por lo demás energéticamente favorable, aparentemente estabiliza esta fase en su conjunto. También es posible que una monocapa exterior de lípido cubra la superficie de la colección de tubos para proteger la superficie hidrófoba de la interacción con la fase acuosa.
Se sugiere que esta fase esté formada por lípidos en solución para compensar el efecto hidrofóbico. El apretado empaquetamiento de los grupos de cabeza de lípidos reduce su contacto con la fase acuosa. Esto, a su vez, reduce la cantidad de moléculas de agua ordenadas pero no unidas. Los lípidos más comunes que forman esta fase incluyen la fosfatidiletanolamina (PE), cuando tiene cadenas hidrocarbonadas insaturadas. El difosfatidilglicerol (DPG, también conocido como cardiolipina) en presencia de calcio también es capaz de formar esta fase.
Existen varias técnicas que se utilizan para determinar qué fase está presente durante las perturbaciones realizadas en el lípido. Estas perturbaciones incluyen cambios de pH, cambios de temperatura, cambios de presión, cambios de volumen, etc.
La técnica más común utilizada para estudiar la presencia de la fase fosfolípida es la resonancia magnética nuclear de fósforo (31P RMN). En esta técnica, se observan patrones de difracción de polvo diferentes y únicos para las fases laminar, hexagonal e isotrópica. Otras técnicas que se utilizan y ofrecen evidencia definitiva de la existencia de fases laminares y hexagonales incluyen la microscopía electrónica de fractura por congelación, la difracción de rayos X , la calorimetría diferencial de barrido (DSC) y la resonancia magnética nuclear de deuterio (RMN 2H).
Además, la microscopía electrónica de transmisión con tinción negativa se ha demostrado como una herramienta útil para estudiar el comportamiento de la fase bicapa lipídica y el polimorfismo en fase laminar , liposoma micelar, unilaminar y estructuras lipídicas acuosas hexagonales , en dispersiones acuosas de lípidos de membrana . [2] Como la tinción negativa soluble en agua se excluye de la parte hidrófoba (cadenas de acilo graso) de los agregados de lípidos, las porciones del grupo de cabeza hidrófilo de los agregados de lípidos se tiñen de oscuro y marcan claramente los contornos de los agregados de lípidos (ver figura).