A medida que las células crean proteínas, las proteínas modulan la velocidad de síntesis ejerciendo una fuerza mecánica sobre la máquina molecular que las produce, según un equipo de científicos que utilizó una combinación de técnicas experimentales y computacionales para comprender esta fuerza.

Las proteínas potencian muchas de las funciones vitales de una célula, desde proporcionar estructura hasta entregar información y combatir virus. La síntesis de proteínas defectuosa está relacionada con numerosas enfermedades, incluyendo subtipos de hemofilia, carcinoma de pulmón, y cánceres de cuello uterino y vulva.

"Lo que se ha observado en la última década es que si cambia la velocidad a la que se sintetiza una proteína, puedes alterar cómo se comporta la proteína, "dijo Edward O'Brien, profesor asistente de química y cocontratado del Instituto de Ciencias Cibernéticas, Penn State. "Intentamos identificar nuevos factores que influyen en la velocidad de síntesis de proteínas".

Ribosomas, diminutas fábricas en la celda, unir 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 separan naturalmente del ribosoma, 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 y estrechos, "dijo O'Brien.

La fuerza que extrae la proteína del ribosoma es una fuerza de tracción entrópica que ocurre naturalmente, según O'Brien. 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 volverse más desordenados 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 de proteínas no estructurados generan piconewtons de fuerza y ​​que esta fuerza se transmite a través de la máquina molecular ribosómica. y que afecta la velocidad a la que se unen los aminoácidos.

El equipo comenzó su estudio a partir de mediciones experimentales que detectaron cuántas proteínas se estiraban en el ribosoma. Los investigadores ingresaron esta información en simulaciones por computadora de alto rendimiento que se ejecutaron durante meses utilizando tanto la Infraestructura Cibernética Avanzada del Penn State Institute for CyberScience como el Extreme Science and Engineering Discovery Environment. una organización virtual financiada por NSF. Estas simulaciones les permitieron ver cómo se llevaba a cabo la síntesis de proteínas en numerosas condiciones.

"Al comprender los factores que gobiernan 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, incluyendo varias enfermedades, "dijo O'Brien.

Los investigadores publicaron sus hallazgos en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .