Compuesto químico
La surfactina es un lipopéptido cíclico , comúnmente utilizado como antibiótico por su capacidad como surfactante . [2] Es un anfifílico capaz de soportar ambientes hidrófilos e hidrófobos . La especie bacteriana grampositiva Bacillus subtilis produce surfactina por sus efectos antibióticos contra competidores. [3] La surfactina muestra efectos antibacterianos , antivirales , antifúngicos y hemolíticos . [4]
Estructura y síntesis
La estructura consiste en un bucle peptídico de siete aminoácidos ( ácido L-glutámico , L-leucina , D-leucina, L -valina , ácido L-aspártico , D-leucina y L-leucina) y un ácido graso β-hidroxi de longitud variable, de trece a quince átomos de carbono de longitud. [5] Los residuos de ácido glutámico y ácido aspártico le dan al anillo su carácter hidrófilo, así como su carga negativa. Por el contrario, el residuo de valina se extiende hacia abajo, de cara a la cadena de ácidos grasos, para formar un dominio hidrófobo principal. Por debajo de las concentraciones micelares críticas (CMC), la cola de ácido graso puede extenderse libremente en solución , participando en interacciones hidrófobas dentro de las micelas . [6] Este antibiótico es sintetizado por una sintetasa de péptidos no ribosómico lineal , la surfactina sintetasa ( Q04747 ). En solución, tiene una conformación característica de "silla de caballo" (PDB: 2NPV ) que explica su amplio espectro de actividad biológica. [7] [8]
Propiedades físicas
Tensión superficial
La surfactina, al igual que otros surfactantes, afecta la tensión superficial de los líquidos en los que se disuelve. Puede reducir la tensión superficial del agua de 72 mN/m a 27 mN/m en concentraciones tan bajas como 20 μM. [9] La surfactina logra este efecto al ocupar el espacio intermolecular entre las moléculas de agua , disminuyendo las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua adyacentes, principalmente los enlaces de hidrógeno , para aumentar la fluidez de la solución. Esta propiedad hace que la surfactina y otros surfactantes sean útiles como detergentes y jabones . [10]
Mecanismos moleculares
Existen tres hipótesis predominantes sobre cómo funciona la surfactina. [11]
Efecto portador de cationes
El efecto transportador de cationes se caracteriza por la capacidad de la surfactina de conducir cationes monovalentes y divalentes a través de una barrera orgánica . Los dos residuos ácidos aspartato y glutamato forman una "garra" para estabilizar los cationes divalentes , como los iones Ca 2+ utilizados como plantilla de ensamblaje para la formación de micelas . Cuando la surfactina penetra la lámina externa, su cadena de ácidos grasos interactúa con las cadenas de acilo de los fosfolípidos , orientando su grupo de cabeza hacia las cabezas polares de los fosfolípidos. La unión de un catión hace que el complejo cruce la capa bilipídica utilizando enzimas flipasas . El grupo de cabeza se alinea con los fosfolípidos de la lámina interna y la cadena de ácidos grasos interactúa con las cadenas de acilo de los fosfolípidos. Luego, el catión se entrega al medio intracelular. [12]
El efecto de formación de poros ( canales iónicos ) se caracteriza por la formación de canales catiónicos. Requiere que la surfactina se autoasocie dentro de la membrana, ya que no puede atravesar la membrana celular. Bajo una hipótesis centrada en membranas sin carga con energía de activación mínima requerida para cruzar entre las láminas internas y externas, el autoensamblaje molecular formaría una estructura de canal. [11]
Efecto detergente
El efecto detergente se basa en la capacidad de la surfactina de insertar su cadena de ácidos grasos en la capa de fosfolípidos, desorganizando la membrana celular para aumentar su permeabilidad. [13] La inserción de varias moléculas de surfactina en la membrana puede conducir a la formación de micelas mixtas por autoasociación y bicapa influenciada por la hidrofobicidad de la cadena grasa, lo que finalmente conduce a la solubilización de la bicapa. [14]
Propiedades biológicas
Propiedades antibacterianas y antivirales.
La surfactina es un antibiótico de amplio espectro con actividad similar a la de los detergentes que aumenta la permeabilidad de las membranas celulares en todas las bacterias, independientemente de su clasificación en la tinción de Gram . [15] La concentración inhibitoria mínima (CIM) de la surfactina está entre 12 y 50 μg/ml. [16]
La surfactina también es capaz de degradar los lípidos de la envoltura viral y formar canales iónicos en la cápside interna , con evidencia experimental que muestra inhibición del VIH y el VHS . Sin embargo, la surfactina solo puede degradar los virus cuando están fuera de las células huésped. Además, cuando el entorno está repleto de proteínas y lípidos, la surfactina se enfrenta a un efecto amortiguador que reduce su actividad antiviral. [17]
Toxicidad
La surfactina tiene una citotoxicidad no específica, ya que provoca lisis a través de la alteración de la bicapa de fosfolípidos presente en todas las células. Cuando se inyecta en humanos como antibiótico intravascular en concentraciones iguales o superiores a la DL50 de 40-80 μM, la surfactina tiene efectos hemolíticos. [18]
Véase también
Referencias
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