Voy a responder esta pregunta desde una perspectiva biofísica.
La tensión superficial de las bicapas es / ha sido un tema controvertido en el campo. Un montón de desacuerdos entre los computacionalistas. Tanto que si consigues algunos artículos publicados en 70s / 80s / 90s, estarás entretenido.
¿Qué es la tensión superficial?
Aquí hay dos definiciones que lo ayudarán a pensar en ST con respecto a una bicapa:
Definición 1:
La tensión superficial en general es una cantidad macroscópica, ya que se mide por medios macroscópicos (en términos de fuerza que se ejerce sobre una placa o similar), se puede definir termodinámicamente mediante la siguiente ecuación: 
F se refiere a la energía libre de Helmholtz de la superficie, S a la entropía superficial, A es el área de la superficie, gamma a la tensión superficial; aquí la superficie se refiere a los lípidos y el agua.
¿Entonces, qué significa esto?
- A y la tensión superficial son variables conjugadas, es decir, si una se mantiene constante, la otra fluctuará
- Para que la bicapa alcance el equilibrio, debe minimizar su energía libre, en otras palabras, la tensión superficial de una bicapa es / debe ser cero.
De acuerdo, entonces esta expresión parece extraña, tu primera pregunta sería, ¿cómo cambia el área y el volumen permanecen constantes?
Bueno, tienes razón, el volumen sí cambia. Pero no es un cambio significativo. Es decir, si el área cambia en un 20-40%, el volumen cambia en un 2-3%, porque una molécula de lípidos puede expandirse lateralmente y contraerse verticalmente, conservando el volumen. Por lo tanto, el volumen puede descuidarse en la mayoría de los casos, dejando el área como la única variable.
Definición 2:
Otra forma útil de verlo es mediante la formulación de Bakker
Donde Z es el eje normal y Z1 y Z2 se refieren a los extremos de la superficie, y la tensión superficial surge debido a la anisotropía en la membrana. El tensor de presión dentro de la bicapa, en cualquier punto z, puede resolverse en un componente normal a la superficie y otro tangencial a la superficie. Todos los detalles moleculares de la tensión superficial descansan dentro de estos dos términos.
Entonces, ¿qué conclusiones se pueden extraer de las dos definiciones anteriores?
- ST es una propiedad macroscópica, y el ST de una bicapa en el sentido macroscópico debe ser cero, basado puramente en la termodinámica.
- Entonces, de la formulación de Bakker, el integrando entero debería ser cero. Es decir, una bicapa plana (sin curvatura) expuesta a la presión atmosférica, tendrá Pnz = Patm, pero Ptz puede ser diferente. Ahora bien, este es un punto importante ya que las vesículas son sistemas microscópicos, y no existe una manera directa de medir su propiedad macroscópica, aunque puede definirse formalmente.
Entonces, ¿qué significa la tensión superficial * cero *?
Considere una bicapa planar (sin curvatura) en exceso de agua, si hubiera un ST finito debido al efecto hidrofóbico en las colas, el sistema podría reducir su energía al disminuir su área. Dado que la membrana está expuesta al agua, es libre de expandirse y comprimirse, y por lo tanto habrá contracción de la membrana para contrarrestar ST. Esta contracción ocurrirá hasta el punto donde las interacciones del grupo cabeza equilibren los efectos hidrofóbicos, y este es el caso cuando la energía libre con respecto al área es cero, y la bicapa tiene un empaquetamiento óptimo.
¿Qué le sucede a la estructura de la membrana si la tensión superficial no es cero?
Hay muchas consecuencias de un cambio en ST, a continuación hay algunos ejemplos:
1. La bicapa pierde su integridad. Esto se ve cuando los péptidos antimicrobianos interactúan con las membranas, hay un aumento en la tensión superficial que conduce a la formación de poros.
2. Cambio en la temperatura de transición: hay estudios que muestran que cambiar el ST de la bicapa afecta la transición de fase, y esto también es una consecuencia directa de la ecuación de Gibbs Duhem, que relaciona cantidades intensivas y proporciona una relación directa entre el potencial químico y la superficie tensión.
Todavía hay un debate en curso sobre la relación entre el área de superficie y la tensión, el efecto del área de equilibrio por lípido, el efecto del tamaño finito y las ondulaciones en simulaciones, etc.
