Un nuevo estudio ha modelado un primer paso crucial en el autoensamblaje de estructuras celulares como receptores de fármacos y otros complejos de proteínas, y encontró que la flexibilidad de las estructuras tiene un impacto dramático en la rapidez con la que dos de estas estructuras se unen.
El estudio, publicado esta semana en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias , exploró lo que sucede cuando dos superficies repelentes al agua se conectan para construir estructuras más complejas. Usando simulaciones moleculares, los investigadores ilustraron el mecanismo por el cual ocurre el proceso y exploraron los factores que favorecen el autoensamblaje.
Un hallazgo sorprendente fue la sensibilidad con la que la flexibilidad de las superficies determinó la velocidad a la que las superficies finalmente se unieron, con superficies más flexibles que favorecen la unión. "La flexibilidad es como un botón que la naturaleza puede ajustar para controlar el autoensamblaje de moléculas", dijo Pablo Debenedetti, autor principal del estudio y decano de investigación de Princeton. Debenedetti es profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la promoción de 1950 y profesor de ingeniería química y biológica.
Los investigadores han estado interesados durante mucho tiempo en cómo las estructuras biológicas pueden autoensamblarse de acuerdo con las leyes físicas. Aprovechar los secretos del autoensamblaje podría, por ejemplo, conducir a nuevos métodos para construir nanomateriales para futuros dispositivos electrónicos. Los complejos de proteínas autoensamblados sonla base no solo de los receptores de fármacos sino también de muchas otras estructuras celulares, incluidos los canales iónicos que facilitan la transmisión de señales en el cerebro.
El estudio ilustró el proceso mediante el cual dos estructuras hidrófobas o repelentes al agua se unen. Al comienzo de la simulación, las dos superficies estaban separadas por un ambiente acuoso. Los investigadores sabían por estudios anteriores que estas superficies, debido a sunaturaleza hidrofóbica, empujará las moléculas de agua hasta que solo queden unas pocas moléculas de agua en el espacio. La evaporación de estas últimas moléculas permite que las dos superficies se unan.
La nueva simulación molecular realizada en Princeton arrojó una mirada más detallada al mecanismo detrás de este proceso. En la simulación, cuando las superficies están lo suficientemente cerca unas de otras, su naturaleza hidrófoba desencadenó fluctuaciones en el número de moléculas de agua en el espacio.causando que el agua líquida se evapore y forme burbujas en las superficies. Las burbujas crecieron a medida que se evaporaban más moléculas de agua. Finalmente, dos burbujas en cada superficie se conectaron para formar un tubo que se expandía y empujaba el agua restante hasta que las dos superficies chocaban.
Las superficies biológicas, como las membranas celulares, son flexibles, por lo que los investigadores exploraron cómo la flexibilidad de las superficies afectaba el proceso. Los investigadores ajustaron la flexibilidad de las superficies variando la fuerza del acoplamiento entre los átomos de la superficie. Cuanto más fuerte es el acoplamiento, menos cada átomo puede moverse en relación con sus vecinos.
Los investigadores encontraron que la velocidad a la que las dos superficies se unen dependía en gran medida de la flexibilidad. Pequeños cambios en la flexibilidad llevaron a grandes cambios en la velocidad a la que las superficies se unieron. Por ejemplo, dos superficies muy flexibles se adhirieron en solo nanosegundos,mientras que dos superficies inflexibles se fusionaron increíblemente lentamente, del orden de segundos.
Otro hallazgo fue que el último paso del proceso, donde el tubo de vapor se expande, era fundamental para asegurar que las superficies se unieran. En las simulaciones donde el tubo no se expandió, las superficies nunca se unieron. La flexibilidad fue clave para asegurar que elEl tubo se expandió, encontraron los investigadores. Al hacer que el material fuera más flexible, se redujeron las barreras a la evaporación y se estabilizó el tubo de vapor, aumentando las posibilidades de que el tubo se expandiera.
La simulación molecular proporciona una base para comprender cómo se ensamblan y funcionan las estructuras biológicas, según Elia Altabet, una estudiante graduada del grupo de Debenedetti y primera autora del estudio. "Una comprensión más profunda de la formación y función de ensamblajes de proteínas comolos receptores de fármacos y los canales iónicos podrían informar el diseño de nuevos fármacos para tratar enfermedades ", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Princeton . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :