Biofisicoqumica Anlisis Compartamental Dr Eduardo Prieto edprietoquimica unlp

Biofisicoquímica Análisis Compartamental Dr. Eduardo Prieto edprieto@quimica. unlp. edu. ar Dr. Ariel Alvarez aariel@iflysib. unlp. edu. ar INSTITUTO DE CIENCIAS DE LA SALUD UNIVERSIDAD NACIONAL ARTURO JAURETCHE Av. Lope de Vega 106, Florencio Varela – Buenos Aires – Argentina

Objeto de estudio: sustancia. Objetivo del Análisis Compartamental: Describir “dónde se encuentra” y “cómo pasa” de un lugar a otro una sustancia. ü Compartimento ü Marcadores ü Flujos üEc. Diferencial

Compartimento: cierta cantidad de sustancia cuyo comportamiento tiene una cinética de transporte o transformación. Sistema: Conjunto de compartimentos. • Abierto: la sustancia entra/sale del sistema al medio externo. • Cerrado: no sale del sistema.

Tipos de Compartimentos: Físico: una cierta región del espacio donde se encuentra una sustancia (cinética de transporte). Ejemplo: célula, órganos, baloncito vidrio (experimento de flujos), organelas etc. Químico: cantidad de una sustancia que reacciona (cinética de transformación). Ejemplo: Conversión de una sustancia química en otra. Tamaño del Compartimento Cantidad de la sustancia. Los compartimentos interactúan a través de intercambio de sustancia: flujos.

Ejemplos • Físico: difusión de cloruro entre el medio intracelular y extracelular. • Químico: una reacción química. A + B AB • Mixto (mezcla de físico y químico): difusión de glucosa a través de la membrana celular y su transformación en glucosa-6 -fosfato en la célula.

¿Cómo hacemos para estudiar los flujos? Utilizamos Marcadores o trazadores ¿Qué esperamos de un marcador? • El sistema debe ser incapaz de distinguir entre la sustancia normal y la marcada. • El marcador debe poder ser detectado en pequeñas cantidades para no perturbar el comportamiento del sistema. • Su vida media debe ser mucho mayor que el tiempo que dura el experimento. • Sólo debe tener afinidad con la sustancia a estudiar (especificidad). • Debe ser no destructivo. Los que los cumplen: se denominan marcadores ideales

Tipos de marcadores • Para seguir el flujo de la sustancia necesitamos utilizar marcadores. Tipos de marcadores: – Isótopos radioactivos: Número de cuentas por minuto por mol de sustancia. – Isótopos estables: Número de isótopos por minuto por mol de sustancia. – Marcadores fluorescentes o coloreados: Intensidad de coloración o fluorescencia. – Carga eléctrica: Conductividad (laboratorio de flujos).

Estudio sobre intercambio de colesterol entre vesículas lipídicas Modelo teórico k 12 Vesícula 1 marcada Vesícula 2 Sin colesterol k 21 Esquema cinético de un modelo con dos compartimentos: 1) reservorio 1 de colesterol y 2) reservorio 2 de colesterol. k 12 esta relacionado con el flujo total desde el reservorio 1 al 2 y k 21 esta relacionado con el retorno de colesterol a la vesícula 1. Modelo Matematico X= Xm *(1 - e-kt) “Functional independence of a peptide with the sequenceof human apolipoprotein A-I central region ”. Juan Domingo Toledo, Eduardo Daniel Prieto, Marina Cecilia Gonzalez, Jose Luis Soulages, and Horacio Alberto Garda, Archives of Biochemistry and Biophysics 428 (2004) 188– 197

Estudio sobre intercambio de colesterol entre vesículas lipídicas Influence of apo. AI and AI 77– 120 on the cholesterol transfer rate between lipid vesicles. The fraction of radiolabeled cholesterol in the acceptor vesicles was measured at different times as indicated in Materials and methods, in the absence (. ) or the presence of 50 n. M apo. AI (d) or AI 77– 120 (s). Lines are the best fits of Eq. (2) to the experimental data for control (dotted line), in the presence of apo. AI (solid line) or AI 77– 120 (dashed line) “Functional independence of a peptide with the sequenceof human apolipoprotein A-I central region ” J DToledo, E Prieto, Marina Cecilia Gonzalez, Jose Luis Soulages, and Horacio Alberto Garda. Archives of Biochemistry and Biophysics 428 (2004) 188– 197

Estudio sobre la regulación de los genes involucrados en la salida de colesterol de las células k 01 k 12 Célula Medio k 21 k 10 Esquema cinético de un modelo con dos compartimentos: 1) reservorio intracelular de colesterol y 2) reservorio extracelular de colesterol. k 01 está relacionado con el flujo endógeno que corresponde a la síntesis de colesterol. k 10 representa el consumo interno de colesterol. k 12 esta relacionado con el flujo total desde el medio extracelular hacia el medio intracelular y k 21 esta relacionado con el flujo total de colesterol desde la célula hacia el medio externo. Aravindhan K, Webb CL, Jaye M, Ghosh A, Willette RN, Di. Nardo NJ, Jucker BM: Assessing the effects of LXR agonists on cellular cholesterol handling: a stable isotope tracer study. Journal of Lipid Research 2006, 47: 1250 -1260.

Modelos Teórico: Diagrama Cinético. Matemático: Ecuaciones diferenciales.

Orden de los procesos cinéticos Proceso de orden cero Proceso de primer orden Proceso de segundo orden

Ejemplo Consideremos 3 tanques con 1 litro cada uno. El tanque A contiene una solución salina de 5 g/l, el tanque B de 1 g/l y el tanque C de 2 g/l. La solución fluje entrando y saliendo de los tanques a una tasa desconocida. Las concentraciones de sal en los tanques B y C son medidas en función del tiempo. A(t), B(t) y C(t) representan el total de sal en los tanques. El experimento puede ser descripto por un sistema de 3 ecuaciones diferenciales de primer orden (proceso de primer orden):

Solución numérica del sistema de ecuaciones

Captación Un compartimento en contacto con un reservorio (tamaño “infinito”) concentración de sustancia C 0. Un compartimento en contacto con un medio de tamaño finito, concentración inicial de sustancia C 0.

Lavado Com part ime nto io Med Un compartimento en contacto con un reservorio (tamaño “infinito”) concentración de sustancia nula. Un compartimento en contacto con un medio de tamaño finito, concentración inicial de sustancia nula.