Biofísica

Figura 1

Fig.1: HOMO de la molécula de As(OH)3 mostrando un par libre sobre el arsénico que tiene al mismo tiempo una carga positiva, lo cual le da un sorprendente carácter hidrofóbico y explica que esta molécula atraviese la membrana por las acuagliceroporinas y posea un carácter altamente tóxico.

En el área Biofísica se trabaja en el estudio de bicapas lipídicas y su importancia en el transporte transmembranal, particularmente en el transporte relacionado a fármacos antifúngicos como por ejemplo anfotericina B, nistatina, filipina entre otros. Para realizar un estudio integral de las bicapas lipídicas se utilizan una gama muy variada de técnicas experimentales y computacionales entre las que destacan: simulaciones de dinámica molecular utilizando diferentes potenciales (GROMACS, CHARM etc..), electrofisiología y microscopia de fuerza atómica(AFM). Las imágenes 1 a 3 muestran una representación gráfica del orbital ocupado de más energía (HOMO) de arsénico obtenido mediante dinámica molecular, registros de electrofisiología de una bicapa con presencia de canales de anfotericina B y una imagen topográfica de una bicapa soportada con segregación de fases, respectivamente. La experiencia en las simulaciones de dinámica molecular ha permitido que se modifiquen los potenciales existentes a modo de refinarlos y adecuarlos a los sistemas que se requieren tratar en el caso de bicapas de mezclas binarias o ternarias.

Figura 2

Fig. 2: Registro de canal unitario que muestra la presencia de canales de anfotericina B. La línea basal indica el nivel de corriente 0 y se observan 3 eventos de corriente mayor, entre 1- 3pA correspondientes a aperturas del poro de distintos canales.

Figura 3

Fig. 3: Imagen topográfica de una bicapa de DOPC:SM:Chol que presenta segregación de fases. Se muestra la imagen en 2D y 3D así como un corte transversal en el cual se observan las diferentes alturas de las dos fases de la bicapa.

líneas de investigación

En la biofísica molecular experimental los investigadores trabajan con microscopía de fuerza atómica, canales iónicos, dinámica molecular, inteligencia artificial, estadística, y muchas más. En la biofísica computacional los investigadores utilizan una gama de plataformas de cómputo científico para simular diversos fenómenos biológicos a muchos niveles – desde el comportamiento de macromoléculas individuales y sistemas de muchas moléculas, hasta membranas y reconocimiento quiral, así como en la predicción de la estructura 3D de proteínas. Algunos de las líneas de investigación que se persiguen en nuestro grupo son:

1. Desarrollo de potenciales refinados a partir de primeros principios y sus aplicaciones en simulaciones numéricas.

2. Estudios experimentales de las bases moleculares del transporte iónico y las propiedades fisicoquímicas de las membranas celulares

3. Diseño de potenciales intermoleculares con calidad ab initio

4. Estudio del agua líquida bajo condiciones ambiente y supercríticas

5. Estudio del canal iónico de potasio KcsA

6. Estudio del efecto hidrofóbico mediante simulaciones numéricas

7. Cálculos de estructura de materiales superconductores

8. Estudio de materiales absorbentes

9. Predicción de estructura 3D de proteínas – Funciones de Evaluación basadas en el conocimiento – Inteligencia Artificial

10. Estudios de las Relaciones Estructura y Actividad (QSAR) para el diseño de nuevos fármacos

11. Estudios de Dinámica Molecular en complejos de inclusión Enantiodiferenciación Molecular.

12. Caracterización biofísica de las membranas biológicas que definen sus propiedades fisiológicas en la célula:

  • -Membranopatias
  • -Estudio de interacciones Lípido-Proteína
  • -Membrana celular como blanco terapéutico

INFRAESTRUCTURA

1. Paquete MONTECUERNA para simulaciones numéricas de sistemas moleculares con el método de Monte Carlo

2. Combinación de la técnica de medidas electrofisiológicas de canal unitario y microscopía de fuerza atómica.

3. MiniCluster de 12 procesadores con SO Centos v2.0; 3 PC con cuádruple núcleo con SO Mandriva 20; 2 PC con MS-Windows XP de 64 bits. Desarrollo de software ad hoc al análisis estructural y predicción de estructura de las proteínas.

PUBLICACIONES RECIENTES

Artículos en revistas con refereo indizadas en el ISI

Portugal L, Muñóz-Garay C, Martínez de Castro DL, Soberón M, Bravo A. Toxicity of Cry1A toxins from Bacillus thuringiensis to CF1 cells does not involve activation of adenylate cyclase/PKA signaling pathway. Insect Biochem Mol Biol.(2017) 80:21-31.
Portugal L, Muñóz-Garay C, Martínez de Castro DL, Soberón M, Bravo A. (2017). Toxicity of Cry1A toxins from Bacillus thuringiensis to CF1 cells does not involve activation of adenylate cyclase/PKA signaling pathway. Insect Biochem Mol Biol. 80:21-31.
C. I. León-Pimentel, J. I. Amaro-Estrada, H. Saint-Martin, A. Ramírez-Solís. Born-Oppenheimer molecular dynamics studies of Pb(II) micro hydrated gas phase clusters. J. Chem. Phys.
 
Vázquez RF, Maté SM, Bakás LS, Muñoz-Garay C, Herlax VS. (2016). Relationship between intracellular calcium and morphologic changes in rabbit erythrocytes: Effects of the acylated and unacylated forms of E. coli alpha-hemolysin. Biochim Biophys Acta. May 17;1858(8):1944-1953.  [Epub ahead of print] PMID:27206406
 José David Flores-Romero, Josué Rodríguez-Lozada, Manuel López-Ortiz, Ricardo Magaña, Iván Ortega-Blake, Ignacio Regla, and Mario Fernández-Zertuche.  Multigram Scale Synthesis of A21, A New Antibiotic Equally Effective and Less Toxic than Amphotericin B. Org. Process Res. Dev. 2016, 20, 1529−1532.
F. Favela-Rosales, J. Hernandez-Cobos, M.D. Carvajal-Tinoco, I. Ortega-Blake, "On the Coexistence of Phases of the POPC-Cholesterol System: A Molecular Dynamics Study", Biophysical Journal.
 
H. Manzanilla-Granados, H. Saint-Martin, R. Fuentes-Ázcatl, J. Alejandre, Direct coexistence methods to determine the solubility of salts in water from numerical simulations. Test case NaCl, J. Phys. Chem. 119: 8389−8396 (2015)  
 D, P. Luis, E. C. Herrera-Hernández, H. Saint-Martin, iA theoretical study of the dissociation of the sI methane hydrate induced by an external electric field, J. Chem. Phys. 143: 204503 (2015)
Canche-Tello, J.; Vargas, M. C.; Hérnandez-Cobos, J.; Ortega-Blake, I.; Leclercq, A.; Solari, P. L.; Lezama-Pacheco, J.; Den Auwer, C. & Mustre de Leon, J. X-ray Accelerated Photo-Oxidation of As (III) in Solution. The Journal of Physical Chemistry A, American Chemical Society, 2015, 119, 2829-2833  

Artículos in extenso de memorias de congresos y proceedings

Arturo Galván-Hernández, Carlos Muñoz-Garay, Iván Ortega-Blake (2016). Aggregates of Amphotericin B onto Supported Lipid Bilayers of DOPC:SM:Chol. 110:3, Supplement 1, 497a–498a

Divulgación o educación

 J. I. Amaro-Estrada, C. I. León-Pimentel, A. Ramírez-Solís, H. Saint-Martin; Enfoque molecular del envanenamiento por plomo; inventio, la génesis de la cultura universitaria en Morelos, noviembre 2016-febrero2017, 31, 2017