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8.5: Problemas de aplicación de biomoléculas

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    Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

    El laboratorio de Samuel Stupp en Northwestern diseña moléculas con aplicaciones biomédicas potenciales. La molécula de abajo ayuda a reclutar factor de crecimiento a la célula (Christina J. Newcomb, Shantanu Sur, Sungsoo S. Lee, Jeong Min Yu, Yan Zhou, Malcolm L. Snead, y Samuel I. Stupp, Nano. A lett. 2016, 16, 3042-3050. Copyright 2016 American Chemical Society).

    Péptido compuesto por alanina y glicina con una cadena larga de hidrocarburos con un grupo amida en el aminoácido N-terminal.

    1. Esta molécula es un anfífilo sintético. Poner un rectángulo alrededor de la parte polar de esta molécula. Circula la parte no polar de la molécula.
    2. El anfífilo se inserta en la membrana celular. Dibuja una caricatura de una porción de una membrana celular. Agrega una caricatura del anfífilo sintético a la membrana. ¿Qué es el FMI a través del cual interactúa con la membrana?
    3. ¿Cómo atraería el anfífilo/uniría al factor de crecimiento y otras proteínas?
    4. Este efecto podría amplificarse si varios de los anfífilos se unen a la membrana y se agrupan. Use un dibujo abreviado (no la molécula completa) para mostrar cómo dos anfífilos sintéticos interactuarían entre sí.
    5. Este dibujo es una reminiscencia de un tipo estructural específico que se observa en las proteínas. ¿Cuál?
    6. El primer anfífilo no es muy bueno para interactuar con otros porque tiende a formar una espiral en forma de sacacorchos. El anfífilo de abajo es mejor para interactuar con los demás porque mantiene una forma más plana. Proponer una razón por la cual.

    Péptido con cadena larga de hidrocarburos con un grupo amida en el aminoácido N-terminal. Algunas valinas reemplazan a las alaninas en la molécula original.

    Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

    Aquí hay un segundo tipo de anfífilo del laboratorio Stupp. Esta molécula fue diseñada para unirse a una cadena de ADN (Adaptado con permiso de Mustafo Guler, Jonathan K. Pokorski, Daniel H. Appella, y Samuel I. Stupp, Bioconjugated Chem. . 2005, 16, 501-503. Copyright 2018 American Chemical Society).

    Péptido de cadena larga con un grupo sustituyente grande en el carbono C2 que contiene varios monómeros con anillos dicetónicos.

    1. Encierra en círculo la parte de la molécula que se uniría a una base de ADN.
    2. La base en el anfífilo se une a otra base de ADN. Dibuja las otras tres opciones.
    3. ¿A qué base de ADN se uniría mejor el anfífilo? Muestra cómo con un dibujo.
    4. El punto de fusión del ADN aumenta 2°C por cada par AT; 4°C por cada par CG. Suponiendo que todas las bases en el anfífilo se unen al ADN, predecir el punto de fusión del aducto.
    5. El ADN en realidad se une más fuertemente a este anfífilo que a otra cadena de ADN. Proponer una razón por la cual.

    Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

    Problema IB5.3.

    Los liposomas son vesículas preparadas artificialmente hechas de bicapas lipídicas. A continuación se muestra un dibujo de un liposomas junto con su pariente estructural, una micela.

    Diagrama de un liposomas y una micela. El liposomas tiene un interior polar. La micela no.

    1. Comparar y contrastar un liposomas con una micela.
    2. ¿Qué tipo de moléculas estarían contenidas en el centro de un liposomas?
    3. ¿Qué tipo de moléculas estarían contenidas en el centro de una micela?
      1. Los liposomas se utilizan para la administración de fármacos debido a sus propiedades únicas. Un liposomas encapsula un fármaco que no puede pasar fácilmente a través de la bicapa lipídica.
      2. Un liposomas puede portar tanto moléculas hidrófobas como moléculas hidrófilas:
    4. Los productos químicos [hidrofóbicos/hidrofílicos] pueden disolverse en la membrana. (Elija uno.)
    5. Los productos químicos [hidrofóbicos/hidrofílicos] pueden disolverse en el centro del liposomas. (Elija uno.)

    Otra propiedad interesante de los liposomas es su capacidad para dirigirse al cáncer. Los tumores no tienen uniones estrechas entre las células y tienen fugas. Los liposomas de ciertos tamaños, típicamente menores de 200 nm, pueden ingresar rápidamente a los sitios tumorales desde la sangre, pero se mantienen fuera del tejido sano por la pared endotelial. Los fármacos anticancerígenos como la doxorrubicina y la camptotecina (que se muestran a continuación) se comercializan actualmente en sistemas de administración de liposomas.

    Estructuras de líneas de enlace de doxorrubicina, con grupos amina y cetona rodeados, y camptotecina, con grupos hidroxi y éster rodeados.

    f) Identificar cada uno de los grupos funcionales encerrados en un círculo.

    g) Para encapsular estos fármacos en liposomas, será necesario predecir si son solubles en agua o no. Elige el mejor atributo para cada compuesto.

    Doxorubicina [soluble en agua/insoluble en agua]
    Camptotecina [soluble en agua/insoluble en agua]

    Para entregar las moléculas a sitios de acción, la bicapa lipídica puede fusionarse con otras bicapas como una membrana celular, entregando así el contenido de los liposomas.

    Dado que el colesterol puede mejorar la estabilidad de las bicapas lipídicas, algunos investigadores diseñaron y sintetizaron una categoría de fosfolípidos que incorporan colesterol unido covalentemente a la cadena principal de glicerol de la fosfatidilcolina (se muestra a continuación).

    Fosfatidilcolina con un colesterol en el C2 de glicerol. A la derecha hay una caricatura, con un círculo para el grupo principal de fosfato, un garabato para el ácido graso de cadena larga y un bloque para el grupo del colesterol.

    h) Sobre la estructura de la fosfatidilcolina, poner un círculo alrededor de la cabeza polar, un rectángulo alrededor del grupo de colesterol y una elipse discontinua alrededor del grupo de ácidos grasos.

    i) Dibuja una imagen de la bicapa lipídica formada con este fosfolípido (usa la caricatura de la derecha) vs un fosfolípido regular con colesterol agregado.

    Los datos sobre modelos animales sugieren que los liposomas formados con el fosfolípido modificado con esterol son muy efectivos para la administración de agentes anticancerosos.

    j) Sugerir al menos dos ventajas a los liposomas modificados con esterol.

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