Ya sea que se estén formando nubes o burbujas de champán, o la aparición temprana de la enfermedad de Alzheimer o diabetes tipo 2, un mecanismo común está en funcionamiento:los procesos de nucleación.
Los procesos de nucleación son un primer paso en la reordenación estructural involucrada en la transición de fase de la materia:un líquido que se transforma en un gas, un gas que se convierte en líquido y así sucesivamente. Nubes agua hirviendo, burbujas y algunas etapas de la enfermedad se caracterizan por la formación de una nueva fase termodinámica que requiere que se formen algunas de las unidades más pequeñas de la nueva estructura antes de que esta nueva fase pueda crecer. Comprender este proceso es fundamental para prevenir, detener o tratar casos de procesos de nucleación que salieron mal, como en las enfermedades humanas. Ahora, Un equipo de investigadores del University College London y la Universidad de Cambridge en Gran Bretaña en colaboración con la Universidad de Harvard han avanzado hacia la comprensión de este problema desde un punto de vista molecular en un nuevo estudio. Su hallazgo es significativo en una variedad de fenómenos, de las enfermedades humanas a la nanotecnología.
"Quizás un ejemplo intuitivo de nucleación sería la forma en que una cena tranquila se transforma repentinamente en una de baile; tal transición generalmente requiere que varias personas comiencen a bailar a la vez, actuando como un 'núcleo' alrededor del cual se reúne la fiesta de baile, "explicó Anđela Šarić, coautor principal en el University College London y la Universidad de Cambridge. Los resultados de este estudio aparecerán esta semana en The Revista de física química .
"Como se observa comúnmente, si este grupo de bailarines es demasiado pequeño, tiende a ignorarse; sin embargo, por encima de un cierto tamaño, este núcleo danzante atrae cada vez a más gente, eventualmente dominando la habitación, "añade Thomas Michaels, el otro coautor principal. Este número mínimo de bailadores necesarios para transformar la fiesta es lo que en términos termodinámicos se conoce comúnmente como el "núcleo crítico".
En su investigación, el equipo considera un ejemplo particularmente intrigante de un proceso nucleado:la formación de filamentos de proteínas. Muchas estructuras filamentosas de proteínas como la actina y la tubulina son clave para el crecimiento, formación estructural, movimiento y división de células. Son una característica esencial de los sistemas vivos. Sin embargo, Los filamentos de proteínas también pueden causar enfermedades:más de 50 trastornos comunes, incluida la enfermedad de Alzheimer, Enfermedad de Parkinson, y diabetes tipo 2, están asociados con la formación y deposición en el cerebro u otros órganos de filamentos de proteínas comúnmente conocidos como amiloides.
Usando una combinación de teoría y simulaciones por computadora, los autores exploraron la nucleación de filamentos de proteínas. Su objetivo era establecer los principios físicos fundamentales detrás de él. Sus resultados mostraron que un proceso aparentemente complicado de nucleación de fibrillas en realidad está gobernado por un mecanismo físico relativamente simple:inicialmente se forman grupos desorganizados de proteínas, los llamados oligómeros.
Estas estructuras aún no se parecen a los filamentos de proteínas, pero tienen que someterse a una conversión estructural antes de que puedan convertirse en filamentos maduros, Šarić explicó. Descubrieron que entre muchos pasos diferentes en la nucleación de fibrillas, el cambio de forma dentro de los oligómeros es el paso que determina la velocidad. Por lo tanto, Los cambios conformacionales en la proteína dentro de los oligómeros (que conducen a la formación de configuraciones de hoja β) son cruciales para comprender la nucleación de fibrillas. Previamente, el tamaño del núcleo crítico se consideró el factor determinante de la tasa.
El estudio representa un importante paso adelante en la comprensión mecanicista de la forma en que se forman los filamentos de proteínas. Esta comprensión es clave para estudiar las primeras etapas en la aparición de enfermedades asociadas con la agregación de proteínas, ya que se cree cada vez más que los oligómeros son la principal causa de toxicidad celular.
"Comprender qué pasos a nivel microscópico son determinantes para la formación de fibrillas proteicas puede proporcionar información invaluable para diseñar terapias racionales destinadas a suprimir la generación de oligómeros patógenos, "Šarić explicó
Es más, debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas, Los filamentos de proteínas están encontrando amplias aplicaciones en la ciencia de los materiales como biomateriales para la nanotecnología. "Dijo Michaels." Un mejor control del crecimiento filamentoso beneficiaría la producción de nuevos materiales funcionales que tienen amplias aplicaciones en la ciencia de los materiales como biomateriales para la nanotecnología ".
