Todos los objetos microscópicos, de enzimas a partículas de pintura, están temblando constantemente, bombardeado por partículas de solvente:esto se llama movimiento browniano. ¿Cómo cambia este movimiento cuando el objeto es flexible en lugar de rígido? Ruben Verweij, Pepijn Moerman, y colegas publicaron las primeras mediciones en Investigación de revisión física .

El botánico Robert Brown dio su nombre a los movimientos nerviosos que vio hacer los granos de polen cuando los estudió en 1827 bajo su microscopio. Desde entonces, las propiedades del movimiento browniano se han estudiado intensamente:son causadas por moléculas de agua que se mueven rápidamente y chocan con las partículas que se mueven más lentamente, como explicaron Einstein y Perrin a principios del siglo XX.

El movimiento browniano también afecta a las partículas microscópicas biológicas, como las enzimas, ARN, y anticuerpos. La mayoría de estos no son rígidos sino flexibles:pueden cambiar su forma y, por lo tanto, su función.

¿Cómo afecta eso su movimiento browniano? Las predicciones hechas en la década de 1980 no pudieron probarse durante mucho tiempo, porque los sistemas de modelos experimentales con cambios de forma bien definidos, lo suficientemente grande para ser observado, aún no existía.

Cuentas micrométricas

Esto cambia con la publicación de Verweij y Moerman, una colaboración con Willem Kegel, Jan Groenewold y Alfons van Blaaderen de la Universidad de Utrecht. "Hemos construido el sistema de modelo más simple imaginable para objetos flexibles del tamaño de un micrómetro, que también puedes estudiar con un microscopio óptico, "dice Verweij.

El grupo de Daniela Kraft utiliza coloides:perlas del tamaño de un micrómetro que se mueven en el agua y se pueden observar con un microscopio. El grupo desarrolló un método para recubrir coloides en una bicapa lipídica con moléculas de ADN insertadas, que puede acoplarse selectivamente a moléculas de ADN alrededor de otra partícula coloide. Esto crea una bisagra que puede cambiar libremente su forma porque la bicapa lipídica alrededor de las partículas es fluida.

Una serie de tres coloides, acoplado de esta manera, es el sistema modelo. "Es fácil ver la flexibilidad bajo el microscopio, siguiendo el ángulo que forman los tres, ", dice Verweij. Filmó alrededor de 30 de estos trillizos mientras se difundían, Moviente, giratorio, y cerrarse y abrirse bajo el bombardeo de las moléculas de agua circundantes.

Modo cuasi-vieira

Los videos fueron analizados, produciendo la primera comparación experimental entre el movimiento browniano rígido y flexible. El primer resultado:las partículas flexibles se mueven un poco más rápido que las rígidas. "Es una diferencia pequeña pero medible, alrededor del tres por ciento. Más importante, encontramos ciertos acoplamientos entre cambios de forma y desplazamientos, "dice Verweij. El significado de esto es sutil, y Verweij intenta explicar. "Cuando una vieira cierra activamente su caparazón, se moverá hacia adelante en la dirección del punto de articulación. Encontramos una correlación similar para nuestras pequeñas bisagras, que se mueven solo pasivamente, y llámelo el modo cuasi-vieira browniano ".

Aunque sutil, los investigadores observan una correlación estadística definida entre la apertura y el cierre browniano, y el movimiento que hace el triplete. Estas correlaciones se habían predicho, y ahora finalmente han sido confirmados.

Rígido versus flexible

Finalmente, los autores estudiaron el efecto del tiempo. Los trimers flexibles en una configuración extendida se mueven más rápido a lo largo de su eje largo que a lo largo de su eje corto, como partículas rígidas. Para partículas rígidas, este efecto desaparece con el tiempo debido a sus movimientos de rotación. Para partículas flexibles, este proceso ocurre más rápido porque también cambian de forma, haciendo que esta dirección preferida se iguale.

La velocidad a la que esto sucede, por lo tanto, depende en gran medida de la flexibilidad. "Va de aproximadamente 30 segundos para partículas rígidas a 10 segundos para partículas flexibles, "dice Verweij.

"Medidas como esta son importantes, dado que muchas moléculas biológicas también son flexibles, y las interacciones entre ellos dependen de esto. Por ejemplo, el ajuste de candado y llave entre una proteína y un receptor puede verse influenciado por los cambios de forma browniana ".

Clústeres complejos

Es más, Las bisagras coloidales flexibles se pueden utilizar como modelos para moléculas simples, donde se acoplan los átomos. Pero si bien las moléculas no se pueden resolver con un microscopio, los coloides pueden.

Los resultados y los métodos pueden, en última instancia, ser útiles para la investigación de medicamentos y enfermedades. pero, subraya Verweij, esta es una investigación fundamental, dirigido principalmente a comprender los procesos físicos subyacentes.

"Ahora nos gustaría investigar clústeres más largos y complejos, por ejemplo de cuatro esferas. En ese caso, hay más grados de libertad, lo que, por supuesto, hace que el comportamiento sea aún más complejo e interesante ".