Los poros minúsculos en la entrada de una célula actúan como protectores en miniatura, permitiendo la entrada de algunos átomos cargados eléctricamente - iones - pero bloqueando otros. Operando como filtros exquisitamente sensibles, estos "canales iónicos" juegan un papel crítico en funciones biológicas como la contracción musculary la activación de las células cerebrales. Para transportar rápidamente los iones correctos a través de la membrana celular, los pequeños canales dependen de una interacción compleja entre los iones y las moléculas circundantes, particularmente el agua, que tienen afinidad por los átomos cargados. Pero estos procesos moleculares tienenTradicionalmente ha sido difícil modelar, y por lo tanto comprender, usar computadoras o estructuras artificiales.
Ahora, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST y sus colegas han demostrado que los poros a escala nanométrica grabados en capas de grafeno, láminas de carbono atómicamente delgadas reconocidas por su resistencia y conductividad, pueden proporcionar un simplemodelo para la operación compleja de canales iónicos.
Este modelo permite a los científicos medir una serie de propiedades relacionadas con el transporte de iones. Además, los nanoporos de grafeno pueden proporcionar a los científicos filtros mecánicos eficientes adecuados para procesos tales como eliminar la sal del agua del océano e identificar ADN defectuoso en el material genético.
el científico del NIST Michael Zwolak, junto con Subin Sahu afiliado conjuntamente con el NIST, el NanoCenter de la Universidad de Maryland y la Universidad Estatal de Oregón, también descubrió una forma de simular aspectos del comportamiento del canal iónico a la vez que explica detalles tan intensivos en computación comovariaciones a escala molecular en el tamaño o la forma del canal.
Para exprimir a través del canal de iones de una célula, que es un conjunto de proteínas con un poro de unos pocos átomos de ancho, los iones deben perder algunas o todas las moléculas de agua unidas a ellos. Sin embargo, la cantidad de energía requerida para hacerlo esa menudo es prohibitivo, por lo que los iones necesitan ayuda adicional. Obtienen esa ayuda del propio canal de iones, que está revestido con moléculas que tienen cargas opuestas a ciertos iones y, por lo tanto, ayuda a atraerlos. Además, la disposición de estas moléculas cargadas proporciona unamejor para algunos iones en comparación con otros, creando un filtro altamente selectivo. Por ejemplo, ciertos canales de iones están revestidos con moléculas cargadas negativamente que se distribuyen de tal manera que puedan acomodar fácilmente iones de potasio pero no iones de sodio.
Es la selectividad de los canales iónicos lo que los científicos quieren entender mejor, tanto para aprender cómo funcionan los sistemas biológicos como porque la operación de estos canales puede sugerir una forma prometedora de diseñar filtros no biológicos para una gran cantidad de usos industriales.
Al recurrir a un sistema más simple, los nanoporos de grafeno, Zwolak, Sahu y Massimiliano Di Ventra de la Universidad de California, San Diego, simularon condiciones que se asemejan a la actividad de los canales iónicos reales. Por ejemplo, las simulaciones del equipo demostraronla primera vez que se podrían hacer nanoporos para permitir que solo algunos iones viajen a través de ellos cambiando el diámetro de los nanoporos grabados en una sola hoja de grafeno o agregando hojas adicionales. A diferencia de los canales de iones biológicos, esta selectividad proviene de la eliminaciónde moléculas de agua solamente, un proceso conocido como deshidratación.
Los nanoporos de grafeno permitirán que esta selectividad solo de deshidratación se mida en una variedad de condiciones, otra nueva hazaña. Los investigadores informaron sus hallazgos en números recientes de Nano letras y nanoescala .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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