(PhysOrg.com) - Las hebras de polímero se abren paso a través de poros de tamaño nanométrico en una membrana para ir de aquí para allá y hacer su trabajo. Una nueva investigación teórica realizada por científicos de la Universidad de Rice cuantifica con precisión la duración del viaje.

Es bueno saberlo para los científicos que estudian el transporte de ARN, ADN y proteínas, todos los cuales cuentan como polímeros, o aquellos que están desarrollando membranas para usar en biosensores o como dispositivos de administración de fármacos.

Investigadores dirigidos por Anatoly Kolomeisky, profesor asociado de química y de ingeniería química y biomolecular, han ideado un método teórico para calcular el tiempo que tardan los polímeros de cadena larga en translocarse a través de canales de tamaño nanométrico en las membranas, como el que separa el núcleo de una célula del citoplasma circundante. Las moléculas de ARN tienen que hacer este viaje intracelular, al igual que las proteínas que atraviesan la membrana exterior de una célula para realizar tareas en el cuerpo.

El autor principal, Kolomeisky, informó los hallazgos este mes en el Revista de física química . Los coautores del estudio incluyen a Aruna Mohan, ex investigador asociado postdoctoral en Rice y ahora investigador en Exxon-Mobil, y Matteo Pasquali, profesor de ingeniería y química química y biomolecular.

El equipo estudió la translocación de una molécula de polímero larga, que se asemeja más o menos a cuentas en una cuerda, a través de dos tipos de geometrías de nanoporos:un cilindro y un compuesto de dos cilindros que se asemeja a un tubo grande conectado a un tubo pequeño. No es sorprendente, encontraron que un polímero pasaba más rápidamente al entrar en el material compuesto a través del extremo ancho.

"Suponemos que el polímero es relativamente grande en comparación con el tamaño del poro, que es realista, "Kolomeisky dijo sobre el proceso, que es similar a pasar una cuerda por una mirilla. "Una hebra típica de ADN podría tener mil nanómetros de largo, y el poro podría tener una longitud de unos pocos nanómetros ".

Se sabe desde hace algún tiempo que los polímeros no solo vuelan a través de un poro, incluso cuando encuentran la apertura. Ellos empiezan. Ellos paran. Empiezan de nuevo. Y una vez que el extremo delantero ha entrado en un poro, puede retroceder. Los polímeros a menudo se mueven hacia atrás y hacia adelante a medida que avanzan a través de un poro, reconfigurarse constantemente.

"Los teóricos anteriores pensaban que tan pronto como el extremo principal llegaba al canal, todo el polímero pasaría, ", dijo." Estamos diciendo que va y viene muchas veces antes de que finalmente pase ".

La clave para una descripción precisa de la translocación de polímeros con precisión de una sola molécula es medir las corrientes eléctricas que atraviesan el poro. "Cuando la corriente es alta, no hay polímero en el canal. Cuando la corriente está baja, está en el poro y bloquea el flujo, " él dijo.

Los experimentos indican que las moléculas típicas de ADN y ARN podrían atravesar una membrana en unos pocos milisegundos, dependiendo de la fuerza del campo eléctrico que los impulsa. Pero incluso eso él dijo, es mucho más largo de lo que los investigadores pensaban anteriormente.

Kolomeisky dijo que el nuevo método funciona para poros de cualquier geometría, si son heterosexuales cónicos o de cilindros unidos de diferentes tamaños, como el canal biológico de hemolisina que simularon en su investigación.

Los cálculos se aplican igualmente a los poros naturales o artificiales, que dijo que sería importante para los científicos que fabrican membranas para la administración de fármacos, biosensores o procesos de purificación de agua, o investigando nuevos métodos para secuenciar el ADN.