Ya sea que se estén formando nubes o burbujas de champán, o el inicio temprano de la enfermedad de Alzheimer o la diabetes tipo 2, un mecanismo común está en funcionamiento: los procesos de nucleación.
Los procesos de nucleación son un primer paso en el reordenamiento estructural involucrado en la transición de fase de la materia: un líquido que se transforma en gas, un gas que se convierte en líquido, etc. Se caracterizan las nubes, el agua hirviendo, las burbujas y algunas etapas de la enfermedad.por la formación de una nueva fase termodinámica que requiere que se formen algunas de las unidades más pequeñas de la nueva estructura antes de que esta nueva fase pueda crecer. Comprender este proceso es fundamental para prevenir, detener o tratar los casos de procesos de nucleación que han fallado, como en las enfermedades humanasAhora, un equipo de investigadores del University College London y la Universidad de Cambridge en Gran Bretaña, en colaboración con la Universidad de Harvard, ha avanzado en la comprensión de este problema desde un punto de vista molecular en un nuevo estudio. Su hallazgo es significativo en una variedad defenómenos, desde las enfermedades humanas hasta la nanotecnología.
“Quizás un ejemplo intuitivo de nucleación sería la forma en que una cena tranquila se transforma repentinamente en una de baile; tal transición generalmente requiere que varias personas comiencen a bailar a la vez, actuando como un 'núcleo' alrededor del cual la fiesta de bailese reúne ”, explicó Anđela Šarić, coautora principal del University College London y la Universidad de Cambridge. Los resultados de este estudio aparecerán esta semana en Revista de física química , de AIP Publishing.
“Como se observa comúnmente, si este grupo de bailarines es demasiado pequeño, se tiende a ignorar; sin embargo, por encima de cierto tamaño, este núcleo de baile atrae cada vez a más personas, y eventualmente domina la sala”, agrega Thomas Michaels, el otrocoautor principal. Este número mínimo de bailarines necesarios para transformar la fiesta es lo que en términos termodinámicos se conoce comúnmente como el "núcleo crítico".
En su investigación, el equipo considera un ejemplo particularmente intrigante de un proceso nucleado: la formación de filamentos de proteínas. Muchas estructuras filamentosas de proteínas como la actina y la tubulina son clave para el crecimiento, la formación estructural, el movimiento y la división de las células. Ellosson una característica esencial de los sistemas vivos. Sin embargo, los filamentos de proteínas también pueden causar enfermedades: más de 50 trastornos comunes, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la diabetes tipo 2, están asociados con la formación y el depósito en el cerebro u otros órganos defilamentos de proteínas comúnmente conocidos como amiloides.
Utilizando una combinación de teoría y simulaciones por computadora, los autores exploraron la nucleación de filamentos de proteínas. Su objetivo era establecer los principios físicos fundamentales detrás de ella. Sus resultados mostraron que un proceso aparentemente complicado de nucleación de fibrillas en realidad se rige por un proceso físico relativamente simplemecanismo: Inicialmente se forman grupos desorganizados de proteínas llamados oligómeros.
Estas estructuras aún no se parecen a los filamentos de proteínas, pero deben someterse a una conversión estructural antes de que puedan convertirse en filamentos maduros, explicó Šarić. Descubrieron que entre muchos pasos diferentes en la nucleación de fibrillas, el cambio de forma dentro de los oligómeros es el factor determinante de la velocidad.Por lo tanto, los cambios conformacionales en la proteína dentro de los oligómeros que conducen a la formación de configuraciones de hoja β son cruciales para comprender la nucleación de las fibrillas. Anteriormente, el tamaño del núcleo crítico se consideraba el factor determinante de la velocidad.
El estudio representa un importante paso adelante en la comprensión mecanicista de la forma en que se forman los filamentos de proteínas. Esta comprensión es clave para estudiar las primeras etapas en la aparición de enfermedades asociadas con la agregación de proteínas, ya que se cree cada vez más que los oligómeros son loscausa principal de toxicidad celular.
“Comprender qué pasos a nivel microscópico son determinantes para la formación de fibrillas proteicas puede proporcionar información invaluable para diseñar terapias racionales destinadas a suprimir la generación de oligómeros patógenos”, explicó Šarić
Además, debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas, los filamentos de proteínas están encontrando amplias aplicaciones en la ciencia de los materiales como biomateriales para la nanotecnología ", dijo Michaels." Un mejor control del crecimiento filamentoso beneficiaría la producción de nuevos materiales funcionales que tienen amplias aplicaciones en la ciencia de los materiales.como biomateriales para la nanotecnología ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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