Las interacciones no recíprocas permiten el diseño de sistemas moleculares más eficientes. En su nuevo artículo, científicos del departamento de “Física de la Materia Viva” del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (MPI-DS) proponen un mecanismo para superar las barreras energéticas en sistemas complejos. Estos hallazgos pueden ayudar a diseñar máquinas moleculares y comprender el autoensamblaje de materiales activos.
Tanto en física como en biología, el sistema pretende alcanzar un estado de energía mínima: cuando una bola rueda por una rampa y sobre una superficie arenosa irregular, finalmente se detiene en un hueco. Sin agregar más energía desde el exterior, no comenzará a moverse nuevamente, incluso si hay una pendiente o un hueco profundo cerca para bajar aún más el nivel de energía. En biología, este fenómeno también se conoce en el caso del plegamiento de proteínas. En sistemas particularmente complejos, las proteínas pueden caer en mínimos de energía locales antes de completar su ensamblaje. Esto obstaculiza su funcionamiento y los encierra en un estado de equilibrio estable del que no pueden escapar.
Los investigadores del MPI-DS han investigado ahora cómo las interacciones no recíprocas pueden ayudar a superar estas condiciones. Estas interacciones suelen ocurrir dentro de estructuras moleculares y se asemejan a un comportamiento depredador-presa. Una molécula puede ser atraída por otra molécula, mientras que la otra es repelida por la primera. Esto conduce a una interacción dinámica que puede conducir a la formación de estructuras y patrones, como se informó anteriormente.
“Descubrimos que las interacciones no recíprocas entre materiales activos pueden ayudar a superar las barreras energéticas en estos sistemas”, informa Jacob Metson, coautor del estudio con Saeed Osat. En su artículo, los científicos propusieron un enfoque genérico que utiliza interacciones dinámicas no recíprocas para contrarrestar una trampa de equilibrio estático. Sus conocimientos pueden ayudar a diseñar sistemas moleculares más eficientes. “A nivel conceptual, nuestro mecanismo propuesto, después de 3.500 millones de años de evolución, puede lograr lo que pueden hacer las enzimas biológicas”, dijo Ramin Golestanyan, director del departamento de “Física de la Materia Viva” del MPI-DS.
El trabajo del grupo se relaciona con investigaciones anteriores sobre cambios de forma molecular y reordenamientos estructurales. En conjunto, los estudios proporcionan información valiosa sobre los principios del autoensamblaje de materiales activos.