Interactiuni intermoleculare pe distanta lunga in celula

Descoperirea unor forte complet noi si neprevazute care actioneaza intre biomolecule ar putea avea un impact considerabil asupra intelegerii noastre a dinamicii si functionarii interactiunilor intermoleculare care exista in organismele vii.

In fiecare secunda, in celulele corpului nostru, au loc miliarde de reactii biochimice, inclusiv cel putin 130.000 de interactiuni proteina-proteina si proteina-ADN, care sunt cheia functionalitatii celulare – regland homeostazia, metabolismul, biosinteza, replicarea si cresterea.

Cum este coordonat acest nivel uimitor de activitate intr-un mod atat de remarcabil in mediul celular? Acesta, asa cum este descris, este destul de aglomerat cu o multime de proteine, substante dizolvate, metaboliti si alte biomolecule.

In modelele actuale, nu exista explicatii pentru nivelul remarcabil de coordonare – se crede ca nenumaratele biomolecule se zgaltaie la intamplare sub miscarea browniana.

Ele se lovesc una de alta si, in cele din urma, are loc o coliziune intre partenerii inruditi, cu o orientare corecta, avand loc o reactie necesara si astfel desfasurandu-se calea de semnalizare celulara sau metabolica.

In conformitate cu acest model (evident cu lipsuri), reteaua de interactiuni din interiorul celulei este dominata de difuzia moleculara aleatorie si fortele atractive cu raza scurta (legaturi de hidrogen si fortele van der Waals London).

Astfel de forte cu raza scurta de actiune se incadreaza in categoriile a ceea ce sunt denumite in mod obisnuit interactiuni „lacat-cheie” si „fixare indusa”, dar nu pot explica recrutarea de molecule indepartate pentru interactiunile inrudite necesare, care sunt cu adevarat numeroase.

Noul model al fortelor intermoleculare electrodinamice

Astfel, constatam faptul ca modelul actual de forte cu raza scurta de actiune si difuzie moleculara aleatorie nu poate explica modul in care molecula potrivita ajunge la locul potrivit, la momentul potrivit, in cascada potrivita de evenimente ale oricarei actiuni biologice.

Pentru a oferi o elucidare acestui model conventional, dar incomplet si pentru a gasi mecanismul fortelor cu raza lunga de actiune care coordoneaza interactiunile intermoleculare, o echipa de cercetatori de la Universitatea din Montpellier si Université de Toulon din Franta a folosit spectroscopie de corelatie cu fluorescenta si spectroscopie cu teraherti.

Echipa de cercetare a demonstrat experimental activarea a ceea ce se numesc forte intermoleculare electrodinamice rezonante, care sunt forte cu raza lunga de actiune ce apar din interactiunile de rezonanta dipol-dipol foarte coerente intre moleculele inrudite.

Cercetarea a oferit o dovada fizica fara precedent a fortelor electrodinamice rezonante (si astfel selective) activate de vibratiile moleculare colective care pot orchestra intalniri moleculare cheie in spatiul celular aglomerat.

„La echilibru termic, macromoleculele arata o miscare difuziva browniana in solutie (imagine stanga). Prin pornirea unei surse de energie externa, moleculele se afla intr-o stare vibrationala colectiva in afara echilibrului termic, care poate genera forte electrodinamice prin oscilatii rezonante dipolare mari asociate” – Lechelon Mathias si colab., „Dovezi experimentale pentru fortele intermoleculare electrodinamice pe distante lungi”, Science Advances.

Rezonanta moleculara colectiva din spatiul celular

Dupa cum descriu cercetatorii in studiul lor: „Fiind dinamice si reversibile, fortele electrodinamice pot fi esentiale in structurarea organizarii moleculare la scala mezo prin formarea de condensate biomoleculare si, astfel, ofera o justificare pentru a explica viteza multor procese celulare”.

Aceasta intelegere a interactiunii selective pe distanta lunga prin rezonanta care decurge din vibratiile moleculare colective din spatiul celular aglomerat este extrem de necesara si ne va oferi perspective clare asupra biofizicii celulei care conduc sinergia organizationala si comunicarea functionala.

Intelegerea acestui fenomen fizic nou verificat va permite, de asemenea, noi modalitati terapeutice bazate pe cresterea coerentei intermoleculare si promovarea fazei de condensare prin rezonanta armonica.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!

Sursa: spacefed.com, sciencedirect.com, science.gov, researchgate.net.

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.