Los procesos biológicos complejos, como el metabolismo, a menudo involucran miles de compuestos acoplados por reacciones químicas. Los investigadores describen estas cadenas de procesos como redes de reacciones químicas. Investigadores de la Universidad de Luxemburgo han desarrollado nuevos métodos matemáticos para estudiar las propiedades energéticas de estas redes. Los científicos publicaron sus hallazgos en la revista científica. Revisión física X .

El artículo elaborado por el grupo de investigación del profesor Massimiliano Esposito investiga cómo funcionan los sistemas biológicos muy pequeños a nivel molecular. Estos sistemas están sujetos a grandes fluctuaciones de masa, lo que hace que su comportamiento sea difícil de predecir. Para describirlos, los investigadores utilizan un enfoque probabilístico que calcula la dinámica de estos sistemas en función de la probabilidad estadística de que se produzcan cambios. Usando estas descripciones probabilísticas, el grupo estudia cómo estos sistemas intercambian energía y materia con su entorno y cuánta energía disipan durante estos procesos, una disciplina conocida como termodinámica estocástica. Sin embargo, en el ámbito de las complejas redes de reacciones químicas, las descripciones probabilísticas se vuelven inviables ya que están involucradas miles de moléculas. Los autores mostraron cómo los métodos matemáticos desarrollados para sistemas pequeños se pueden utilizar para investigar estas redes.

"En la actualidad, Faltan modelos termodinámicos rigurosos para este tipo de redes. Nuestro trabajo allana el camino para las caracterizaciones termodinámicas de redes químicas reales, como el metabolismo, "explica Riccardo Rao, el autor principal del artículo. "Pensamos en estas redes como máquinas que transforman algunos compuestos en otros. Algunos compuestos se consumen a medida que 'alimentan' los procesos. Nuestra descripción responde preguntas como:¿Es este proceso eficiente? ¿Cuánta energía disipa? Si modificamos ligeramente el sistema, ¿Cómo reaccionará? "

En este momento, su investigación se centra en modelos de redes metabólicas, para lo cual se requieren algunas aproximaciones simplificadoras. "Ahora estamos utilizando este marco para investigar clases específicas de redes de reacción química, como las redes metabólicas, "Dijo Riccardo Rao. Además, el equipo de investigación trabajará con biólogos y químicos para probar y aplicar los resultados a sistemas biológicos concretos. La investigación en esta dirección con grupos del Centro de Biomedicina de Sistemas de Luxemburgo ya está en curso.