Gracias a un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y la Universidad de Massachusetts Amherst, los científicos pueden leer patrones en largas cadenas de moléculas para comprender y predecir el comportamiento de hebras desordenadas de proteínas y polímeros. Los resultadospodría, entre otras cosas, allanar el camino para desarrollar nuevos materiales a partir de polímeros sintéticos.
El laboratorio de Charles Sing, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en Illinois, proporcionó la teoría detrás del descubrimiento, que luego se verificó a través de experimentos realizados en el laboratorio de Sarah Perry, profesora asistente de ingeniería química en UMass Amherst e Illinoisalumna. Los colaboradores detallaron sus hallazgos en un artículo titulado "Diseño de interacciones electrostáticas a través de secuencia de monómero de polielectrolito" publicado en ACS American Chemical Society Central Science .
Los colegas se propusieron comprender la física detrás de la secuencia precisa de monómeros cargados a lo largo de la cadena y cómo afecta la capacidad del polímero para crear materiales líquidos autoensamblados llamados coacervados complejos.
"Lo que creo que es emocionante de este trabajo es que nos estamos inspirando en un sistema biológico", dijo Sing. "La imagen típica de una proteína muestra que se pliega en una estructura muy precisa. Sin embargo, este sistema, se basa en proteínas intrínsecamente desordenadas "
Este documento se basa en los hallazgos anteriores de Perry and Sing de 2017, cuyo objetivo final es ayudar a avanzar en el diseño inteligente de materiales.
"Nuestro artículo anterior mostró que estas secuencias son importantes, esta muestra por qué son importantes", explicó Sing. "La primera mostró que las diferentes secuencias dan propiedades diferentes en la coacervación compleja. Lo que podemos hacer ahora es utilizar una teoría paraen realidad predicen por qué se comportan de esta manera "
A diferencia de las proteínas estructuradas, que interactúan con socios de unión muy específicos, la mayoría de los polímeros sintéticos no lo hacen.
"Son más difusos porque reaccionarán con una amplia gama de moléculas en su entorno", explicó Sing.
Descubrieron que a pesar de este hecho, la secuencia precisa de los monómeros a lo largo de una proteína los aminoácidos realmente hace la diferencia.
"Ha sido obvio para los biofísicos que la secuencia hace una gran diferencia si están formando una estructura muy precisa", dijo Sing. "Como resultado, también hace una gran diferencia si están formando estructuras imprecisas".
Incluso las proteínas no estructuradas tienen una precisión asociada con ellas. Los monómeros, los bloques de construcción de moléculas complejas, son los enlaces a la cadena. Lo que el grupo de Sing teorizó es que al conocer la secuencia de polímeros y monómeros y la carga positiva, negativa oneutral asociado con ellos, uno puede predecir las propiedades físicas de las moléculas complejas.
"Si bien los investigadores han sabido que si ponen diferentes cargas en diferentes lugares en una de estas proteínas intrínsecamente desordenadas, las propiedades termodinámicas reales cambian", dijo Sing.
"Lo que podemos mostrar es que en realidad puedes cambiar la intensidad de esto al cambiarlo en la secuencia de manera muy específica. Aquí hay casos que al cambiar la secuencia por un solo monómero un solo enlace en esa cadena, puede cambiar drásticamente cómo se pueden formar estas cosas. También hemos demostrado que podemos predecir el resultado ".
Sing agrega que esta información es valiosa para biofísicos, bioingenieros y científicos de materiales por igual. Este descubrimiento ayudará a los ingenieros a comprender una amplia clase de proteínas y ajustar proteínas para modificar su comportamiento. Les brinda una nueva forma de poner información en moléculas para construirnuevos materiales y adivine mejor cómo se comportan estas propiedades.
Los científicos de materiales pueden, por ejemplo, usar esta información para tener un nivel de control sobre un material y hacer que se ensamble en estructuras muy complicadas o forme membranas que filtren con precisión los contaminantes en el agua. Su esperanza es que los científicos, inspirados por biopolímeros, puede aprovechar esta capacidad para predecir los comportamientos físicos simplemente leyendo la secuencia para finalmente diseñar nuevos materiales inteligentes de esta manera.
"Esto en cierto sentido está acercando la biología y los polímeros sintéticos", dijo Sing. "Por ejemplo, al final del día, no hay una diferencia importante en la química entre las proteínas y el nylon. La biología está utilizando esa información".para indicar cómo sucede la vida. Si puede identificar específicamente estos diversos enlaces, es información valiosa para otras aplicaciones ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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