A medida que las células crean proteínas, las proteínas modulan la velocidad de síntesis al ejercer una fuerza mecánica sobre la máquina molecular que las hace, según un equipo de científicos que utilizaron una combinación de técnicas computacionales y experimentales para comprender esta fuerza.
Las proteínas potencian muchas de las funciones vitales de una célula, desde proporcionar estructura hasta brindar información para combatir los virus. La síntesis proteica defectuosa está vinculada a numerosas enfermedades, incluidos los subtipos de hemofilia, carcinoma de pulmón y cáncer de cuello uterino y vulvar.
"Lo que se ha observado en la última década es que si cambia la velocidad a la que se sintetiza una proteína, puede alterar el comportamiento de la proteína", dijo Edward O'Brien, profesor asistente de química y miembro del Instituto para la Ciencia Cibernética.-hire, Penn State. "Tratamos de identificar nuevos factores que influyen en la velocidad de síntesis de proteínas".
Los ribosomas, pequeñas fábricas en la célula, unen los aminoácidos en una cadena larga para crear proteínas. Durante este proceso, los segmentos de proteínas recién sintetizados pasan a través de un túnel estrecho del ribosoma. Cuando salen del túnel, las proteínas se alejan naturalmente delribosoma, dijo O'Brien.
"A estas moléculas de proteínas les gusta estar en regiones del espacio con mucho volumen libre donde pueden moverse, en lugar de en espacios reducidos", dijo O'Brien.
Según O'Brien, la fuerza que extrae la proteína del ribosoma es una fuerza de tracción entrópica que ocurre naturalmente.
La fuerza entrópica en un sistema es una fuerza resultante de la tendencia de todo el sistema a aumentar su entropía, en lugar de una fuerza microscópica subyacente particular. La entropía es la tendencia de los sistemas a desordenarse con el tiempo.
"Esa fuerza de tracción se propaga de regreso al lugar donde se produce la síntesis dentro del ribosoma y modula ese proceso", dijo O'Brien.
Los investigadores observaron que los segmentos proteicos no estructurados generan piconewtons de fuerza y que esta fuerza se transmite a través de la máquina molecular del ribosoma, y que afecta la velocidad a la que se unen los aminoácidos.
El equipo comenzó su estudio a partir de mediciones experimentales que detectaron la cantidad de proteínas que se estiraron en el ribosoma. Los investigadores ingresaron esta información en simulaciones por computadora de alto rendimiento que se ejecutaron durante meses utilizando tanto el Instituto de Estado de Penn para la Infraestructura Cibernética Avanzada de CyberScience como la Ciencia Extrema yEngineering Discovery Environment, una organización virtual financiada por NSF. Estas simulaciones les permitieron ver cómo se realizaba la síntesis de proteínas en numerosas condiciones.
"Al comprender los factores que rigen la velocidad de la síntesis de proteínas, ahora podemos comenzar a comprender cómo la síntesis de proteínas afecta los procesos posteriores que involucran la estructura y función de las proteínas, incluidas varias enfermedades", dijo O'Brien.
Los investigadores publicaron sus hallazgos en el Revista de la Sociedad Americana de Química .
Los colaboradores en este trabajo incluyen al recién graduado Benjamin Fritch y al estudiante graduado en química Daniel Nissley, Penn State; Andrey Kosolapov y Carol Deutsch, Universidad de Pennsylvania; y Phillip Hudson y H. Lee Woodcock, Universidad del Sur de Florida.
La National Science Foundation, Penn State y la Universidad del Sur de Florida apoyaron este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Liam Jackson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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