Por primera vez, Los científicos han medido con precisión la carga eléctrica efectiva de una sola molécula en solución. Esta visión fundamental de un profesor de SNSF también podría allanar el camino para futuros diagnósticos médicos.

La carga eléctrica es una de las propiedades clave que permite que las moléculas interactúen. La vida misma depende de este fenómeno:muchos procesos biológicos involucran interacciones entre moléculas como proteínas, donde su cargo juega un papel fundamental. Todavía, la carga de una proteína en un ambiente acuoso - su contexto natural en un organismo vivo - es difícil de determinar con precisión utilizando enfoques tradicionales.

Madhavi Krishnan, quien tiene una cátedra SNSF en la Universidad de Zurich, ha desarrollado un método para medir con precisión la carga de una sola molécula en solución. Su avance fue descrito en una serie de artículos en Nanotecnología de la naturaleza , Revisión física E y el Revista de física química . Este descubrimiento podría allanar el camino hacia nuevas herramientas de diagnóstico ya que, a nivel químico, muchas enfermedades están relacionadas con un cambio en la carga eléctrica de una proteína, lo que evita que la molécula actúe como debería.

La carga eléctrica de una molécula puede ser bastante diferente en la fase gaseosa y en la solución. La razón de esta diferencia radica en interacciones complejas entre el objeto y el líquido circundante. Por eso, Las mediciones estándar de la fase gaseosa no proporcionan directamente información sobre el comportamiento de la molécula en su contexto biológico.

"Como niños pateando una pelota"

Las moléculas en solución están en constante movimiento, pateándose al azar unos a otros. Krishnan y Ph.D. La estudiante Francesca Ruggeri aprovechó este conocido fenómeno, llamado movimiento browniano, para medir la carga efectiva de una molécula directamente en solución.

Primero, atraparon la molécula en un "pozo potencial". En lugar de un pozo real, esta es una situación en la que la energía potencial de la molécula es mínima. En tal situación, Las moléculas de agua que rebotan intentan continuamente expulsar la molécula del pozo.

"Es como si los niños jugaran con una pelota en el fondo de un pozo, "explica Krishnan." La pelota es la molécula que nos interesa, y los niños son las moléculas de agua. La pelota tendría que recibir una patada bastante fuerte para salir volando del hoyo ".

Cuanto mayor sea la carga efectiva de la molécula, cuanto mayor sea la profundidad del pozo potencial y, como consecuencia, menor es la probabilidad de que la molécula sea expulsada del pozo. En la práctica, esto significa que el tiempo necesario para que la molécula sea expulsada del pozo está directamente relacionado con su carga efectiva.

"En última instancia, se reduce a un principio estadístico, "explica Krishnan." Si sabemos cuánto tiempo permanece una molécula atrapada en el pozo, sabemos con precisión qué tan profundo es el pozo. Y dado que esta profundidad depende directamente de la carga efectiva de la molécula, también podemos deducir este valor con mucha precisión ".

Dos platos de vidrio

Para crear un pozo potencial, Los científicos comprimieron una solución que contenía las proteínas entre dos placas de vidrio, uno de ellos cubierto con agujeros microscópicos. Las moléculas atrapadas en pozos potenciales se marcaron con agentes fluorescentes, lo que permitió su seguimiento con un microscopio óptico.

Si bien el descubrimiento tiene importantes implicaciones fundamentales, También podría allanar el camino hacia nuevas herramientas de diagnóstico para muchas enfermedades causadas por proteínas deformadas, como el Alzheimer y los cánceres. "Sabemos que la conformación tridimensional de una proteína influye en su carga efectiva, y nuestro trabajo podría presentar una ruta novedosa para detectar proteínas defectuosas ".