Tesis doctoral de Mohammad Rahimi Lenji
La membranas biológicas son desplazadas del equilibrio continuamente, cuando forman organelos, empaquetan y transportan cargamentos, o responden frente a acciones externas. La dinámica de membranas lipídicas es muy compleja debido la estrecha interacción entre la arquitectura bicapa, la morfodinámica, el reordenamiento de los lípidos, y las interacciones con estructuras colindantes. El objetivo principal de este trabajo es comprender la dinámica de cambios de forma y reorganización de los lípidos, incluyendo la hidrodinámica de éstos, y la conformación mecánica y estabilización de estructuras membranosas altamente curvadas. Con este fin, desarrollamos teoría, métodos de simulación, y realizamos experimentos. formulamos y implementamos numéricamente un modelo continuo para la morfodinámica e hidrodinámica de los lípidos, que describe la bicapa por su superficie media y por un campo de densidad de lípidos para cada monocapa. En este modelo, la respuesta visco-elástica de las bicapas viene determinada por la elasticidad de estiramiento y curvatura, y por el rozamiento entre las monocapas y la viscosidad de corte interficial de la membrana. A diferencia de trabajos anteriores, nuestro enfoque numérico incorpora los aspectos físicos fundamentales, es plenamente no-lineal, no presupone las formas admisibles, y puede acceder un amplio rango de escalas temporales y espaciales. Aplicamos nuestro modelo a la dinámica de observaciones experimentales de relevancia biológica, insuficientemente explicados con modelos habituales, que introducen simplificaciones físicas y geométricas. Estudiamos la formación dinámica de tubos de membrana, seguidos por inestabilidades de perlado, como consecuencia de una perturbación asimétrica y localizada de la densidad . Estudiamos también el transporte de lípidos a través de tubos entre células, la dinámica de la absorción de vesículas, y las recientemente observadas protrusiones en bicapas confinadas. La formación pasiva de protrusiones estables y altamente curvadas sugiere que la mecánica juega un papel importante en la morfogénesis y homeostasis de organelos complejos (el retículo endoplásmico, o las mitocondrias), complementario al ampliamente aceptado papel de proteínas o la regulación de la composición lipídica. Estudiamos también, experimentalmente y teóricamente, las transformaciones de forma y reorganizaciones de membranas modelo frente a la adsorción de colesterol, un constituyente esencial de la biomembranas que regula sus propiedades estructurales y mecánicas. Nuestras observaciones aportan nuevas claves para entender las reorganizacions de los macrófagos o la formación de células espumosas, como consecuencia de la elevación de los niveles e colesterol en las paredes arteriales. en esta tesis, hemos prestado especial atención a la fluidez de la membrana y a la influencia de la viscosidad interficial en la dinámica de las bicapas. El papel de la viscosidad interficial de la membrana es ignorado a menudo, debido a su efecto menor en las ecuaciones linealizadas alrededor de un estado plano. Desafiamos esta presunción, demostramos teóricamente que la viscosidad interficial juega un papel importante el presencia de alta curvatura, y mostramos su efecto en las fluctuaciones de membranas quasi-esféricas y tubulares.
Datos académicos de la tesis doctoral «Shape dynamics and lipid hydrodynamics of bilayer membranes: modeling, simulation and experiments«
- Título de la tesis: Shape dynamics and lipid hydrodynamics of bilayer membranes: modeling, simulation and experiments
- Autor: Mohammad Rahimi Lenji
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 09/04/2013
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Marino Arroyo Balaguer
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Antonio Rodríguez ferran
- ignacio Pagonabarraga mora (vocal)
- jean-baptiste Fournier (vocal)
- felix Campelo aubarell (vocal)