Figura 1:El codisolvente de etanol (representado aquí por cuatro moléculas) promueve la formación de nanotubos polipeptídicos (estructuras helicoidales de oro). A diferencia de, el acetonitrilo produce nanocintas retorcidas (no mostradas). Crédito:Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente
Se forman nanoestructuras muy diferentes a través del autoensamblaje de un polipéptido dependiendo de cuál de los dos codisolventes se agregue a la mezcla de reacción, lo han demostrado tres químicos de RIKEN. Este descubrimiento es de interés fundamental, ya que ofrece nuevos conocimientos sobre las formas en que la naturaleza guía el autoensamblaje de estructuras complejas como las proteínas. También podría tener aplicaciones prácticas, lo que sugiere nuevas posibilidades para controlar las estructuras y propiedades de los sistemas sintéticos de autoensamblaje.
En biología, Los codisolventes naturales de moléculas pequeñas llamados osmolitos juegan un papel clave en muchas reacciones. Específicamente, ayudan a dirigir el autoensamblaje de muchas estructuras, como el plegamiento de proteínas en sus formas funcionales tridimensionales. Se cree que los osmolitos alteran la estabilidad relativa de ciertos estados plegados o desplegados, pero los mecanismos moleculares exactos por los que funcionan a menudo no están claros.
Para aclarar algunos mecanismos potenciales, Motoki Ueda y dos colegas del Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente han examinado la forma en que los codisolventes influyen en el autoensamblaje de un polipéptido. S 30 L 12 , que tiene partes que atraen el agua (hidrófilas) y repelen el agua (hidrófobas).
"Los ensamblajes moleculares de péptidos pueden considerarse como una especie de modelo de proteína, "Dice Ueda. El autoensamblaje de S 30 L 12 en una estructura de nanotubos es impulsado solo por la interacción hidrofóbica entre péptidos vecinos. "Anticipamos que este polipéptido permitiría una discusión simple sobre la relación entre el efecto codisolvente y el comportamiento de autoensamblaje, "Dice Ueda.
El trío comparó la influencia de dos codisolventes, etanol y acetonitrilo, sobre el comportamiento de formación de nanotubos de S30L12 en agua.
"El etanol fortalece la red de enlaces de hidrógeno de las moléculas de agua, que potencia la interacción hidrofóbica, ", Dice Ueda. La adición de etanol promovió la formación de la estructura de nanotubos. Por el contrario, acetonitrilo ralentizó la formación de nanotubos, promoviendo una estructura intermedia de 'nanocintas retorcidas' en su lugar. "El acetonitrilo debilita la red de enlaces de hidrógeno de las moléculas de agua, que atrapa una estructura intermedia metaestable, "Dice Ueda.
El equipo tuvo que observar el sistema de autoensamblaje durante varios meses para comprender las fuerzas sutiles en juego. "Dado que estas fuerzas son pequeñas, tuvimos que detectar los más mínimos cambios morfológicos observando pacientemente el crecimiento o disociación del conjunto, "Ueda señala. Por ejemplo, el equipo tuvo que esperar un mes para demostrar que la adición de etanol al 10% producía nanotubos más largos que la adición de etanol al 1%.
"Nuestros resultados ayudarán a correlacionar el comportamiento mecanicista de los osmolitos en las proteínas, "Ueda explica. También pueden abrir nuevas posibilidades para el uso de pequeñas moléculas orgánicas como codisolventes para influir en el ensamblaje de polipéptidos biomiméticos." Podríamos desarrollar una amplia gama de moléculas codisolventes para ajustar el tamaño, longitud y propiedades físicas de los conjuntos de polipéptidos, "dice Ueda.
El equipo continúa examinando codisolventes para probar otros aspectos de las funciones biológicas de los osmolitos.
