Según un modelo teórico desarrollado por físicos de Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich, en las protuberancias celulares, las proteínas motoras de transporte de carga a menudo se interponen entre sí. El resultado es que las proteínas de difusión libre alcanzan el borde de ataque más rápido.
El verano, la escuela está fuera, y los turistas se amontonan en sus autos y se dirigen directamente a la carretera más cercana. El mayor volumen de tráfico en las autopistas en esos momentos regularmente resulta en una gran cantidad de atascos y condiciones de marcha lenta. Simulaciones matemáticasdel transporte de carga en protuberancias celulares localizadas por proteínas motoras sugiere que ocurre un fenómeno muy similar en las células vivas. En un nuevo artículo que aparece en la revista Cartas de revisión física , el profesor Erwin Frey de LMU e Isabella Graf describen el desarrollo de un modelo teórico, que indica que la forma más efectiva para que las proteínas lleguen a sus destinos en protuberancias estrechas es difundir la mayor parte del camino y "subirse al autobús" es deciradjuntar a una proteína motora a poca distancia de su objetivo.
Las células producen protuberancias finas en forma de espiga llamadas filopodia o microvellosidades reclutando subunidades para polimerizar filamentos de actina en regiones localizadas inmediatamente debajo de la membrana plasmática. Los filamentos en crecimiento interactúan con proteínas de reticulación para formar haces rígidos que empujan la membrana celular hacia afuera y se estabilizanla proyección extendida. Estas protuberancias están involucradas en la migración celular, la curación de heridas o los procesos de señalización intercelular, y forman "bordes de cepillo" característicos en las superficies apicales del epitelio intestinal. Dependiendo de las funciones de estas proyecciones, se deben transportar proteínas específicas a sus puntasEste proceso puede lograrse mediante difusión pasiva en el citoplasma que rodea los filamentos o mediante transporte activo mediado por proteínas motoras especializadas que se unen a la carga. Estos motores se unen y "caminan" a lo largo de las subunidades de los filamentos de actina polarizados direccionalmente, llevando su cargahacia las puntas de las protuberancias ". Uno ingenuamente asumiría que tDirigió que el sistema de transporte llevaría las proteínas allí mucho más rápido que la difusión libre ", dice Isabella Graf."Pero ahora hemos utilizado un modelo matemático para simular y analizar la interacción entre el transporte activo y difusivo en las protuberancias celulares, que representan un sistema semicerrado, abierto en la base, cerrado en la punta. Y para nuestra sorpresa,descubrió que el transporte difusivo es en realidad el modo de transporte más eficiente "
Las simulaciones basadas en el modelo, que incorpora un acoplamiento dinámico y un desprendimiento de proteínas motoras, y un movimiento direccional gradual a lo largo de los filamentos, revelan que las tasas de transporte activo dirigido dentro de las protuberancias se reducen significativamente por el impedimento estérico entre las proteínas motoras en los filamentosComo no pueden saltar sobre los que están delante de ellos ni ocupar el mismo espacio, surgen correlaciones entre ellos, de modo que ya no se comportan de manera independiente. El resultado de este comportamiento correlacionado es la congestión del tráfico, al igual que en una carretera concurrida.- y el progreso hacia la punta se ralentiza drásticamente.
El modelo matemático desarrollado por los autores tiene en cuenta tanto la densidad de las proteínas motoras como su interferencia mutua, y refleja con precisión la dinámica de transporte a lo largo de los filamentos de actina. Con base en los resultados de sus simulaciones, los autores concluyen que las proteínas que tomanla opción de difusión llega más rápido a la punta, pero en realidad puede hacer uso del sistema de filamentos para el último tramo del viaje: "Siempre que la cola no sea demasiado larga, en realidad puede tener un efecto positivo en la vecindad de la punta".dice Graf. "Debido a que la tasa de avance es lenta, las proteínas motoras pasan más tiempo en esta región de lo que lo harían de otra manera, y sus cargas, por lo tanto, tienen más tiempo para realizar su función". Además, el modelo sugiere que sería biológicamente beneficiososi la tasa de desprendimiento cerca de la punta del filamento fuera mayor que en cualquier otro lugar, ya que esto reduciría la longitud de la cola, al tiempo que favorecería la acumulación de las proteínas motoras at la punta.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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