Membranas desempenham um papel vital em todos os sistemas biológicos, servindo como barreiras que agem na proteção e seletividade de substâncias que irão permeá-la. Lipídios são elementos fundamentais para as membranas pois desempenham um papel importante na estrutura e na função das membranas celulares. Neste trabalho, investigamos membranas miméticas de lisossomos e endossomos, compostas pelo lipídio (Bis(monoaclyglycero)phosphate) BMP em dois estados de protonação: desprotonado, que corresponde ao pH 7,4 do citosol, e protonado, com pH 4,5 correspondente ao pH lisossomal. Para isso, estudamos lipossomos miméticos de membrana, as vesículas unilamelares gigantes (GUVs), através da metodologia de microscopia de contraste de fase. Foram exploradas composições 1:0, 1:3, 1:1, 3:1 e 0:1 das misturas lipídicas POPC:BMP (sendo POPC 1-palmitoil-2-oleoil-sn-glicero-3-fosfatidilcolina), onde os pHs 7,4 e 4,5 foram reproduzidos ambos com o tampão Britton-Robinson. Além disso, foram exploradas simulações de dinâmica molecular (MD) de membranas modelo de BMP nos dois estados de protonação, com o objetivo de investigar possíveis mudanças conformacionais dos mesmos na estrutura da bicamada lipidica, além de comparar os resultados com os obtidos com simulação de membrana de DOPG (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho-(1'-rac-glycerol)), pois este possui diversas similaridades estruturais com o BMP. Das medidas de microscopia ótica, os resultados evidenciaram que, com o aumento da concentração de BMP na composição da membrana, aparecem outras formas de agregados lipidicos distintos às GUVs esféricas normalmente observadas para POPC e com contraste ótico bem definido. Esses grupos de estruturas novas podem apresentar multivesiculas, separações lipídicas, surgimento de calotas na superfície das vesículas, perda de contraste parcial ou total da vesícula e agregados vesiculares, sendo esses efeitos mais expressivos quando o pH da solução é ácido. Os dados de simulação de dinâmica molecular apresentaram um menor grau de hidratação da cabeça polar do lipídio BMP protonado em relação ao desprotonado e um aumento no grau de ordenamento das caudas de hidrocarbonetos dentro da bicamada lipídica. A variação da hidratação também pode ser observada através dos perfis de densidade eletrônica das três bicamadas simuladas. O maior empacotamento das caudas de hidrocarbonetos vem acompanhado da diminuição de área superficial média ocupada por BMP protonado em relação ao desprotonado e ao DOPG. Por fim, foram detectadas ligações de hidrogênio do tipo intramoleculares entre o lipídio BMP protonado e o grupamento glicerol da própria cauda, dando origem a uma hipótese de possível flipping da cabeça polar lipídica na direção das caudas para cerca de 10 % dos lipídios durante a simulação de 300 ns.

Membranes play a vital role in all biological systems, serving as barriers that act in the protection and selectivity of substances that will permeate them. Lipids are fundamental elements for membranes as they play an important role in the structure and function of cellular membranes. In this work, we investigated mimetic membranes of lysosomes and endosomes, composed of the lipid (Bis(monoacylglycerol)phosphate) BMP in two proto- nation states: deprotonated, corresponding to pH 7.4 of the cytosol, and protonated, with pH 4.5, corresponding to lysosomal pH. We studied mimetic membrane liposomes, giant unilamellar vesicles (GUVs) using Phase-contrast microscopy. To do this, we explored lipid mixtures of 1:0, 1:3, 1:1, 3:1, and 0:1 compositions of POPC:BMP (where POPC is 1- palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine), with both pH 7.4 and 4.5 reproduced using the Britton-Robinson buffer. Additionally, molecular dynamics (MD) simulations of BMP model membranes in both protonation states were performed in an attempt to ob- serve possible conformational changes in the lipid bilayer structure and more than this, we compared the results with those obtained from DOPG (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho- (1-rac-glycerol)) membrane simulations, as it possesses several structural similarities to BMP. The optical microscopy measurements, showed that with increased in BMP con- centration in the membrane composition, other forms of lipid aggregates distinct from the spherical GUVs typically observed for POPC, with well-defined optical contrast, appeared. These new structures could include multivesicles, lipid separations, the appearance of caps on the vesicle surface, partial or total loss of vesicle contrast, and vesicular aggregates, with these effects being more pronounced when the solution pH is acidic. Molecular dynamics simulation data resulted in a lower degree of hydration of the polar head of protonated BMP compared to deprotonated BMP, with an increase in the ordering of hydrocarbon tails within the lipid bilayer. The variation in hydration is also observable through the elec- tron density profiles of the three simulated bilayers. The increased packing of hydrocarbon tails is accompanied by a decrease in the average surface area occupied by protonated BMP compared to deprotonated BMP and DOPG. Finally, intramolecular hydrogen bonds were detected between protonated BMP lipid and the glycerol group of its own tail, leading to a hypothesis of possible flipping of the lipid polar head towards the tails for approximately 10% of the lipids during the 300 ns simulation.