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Nueva comprensión de cómo el lazo grande de las moléculas llevará para mejorar las drogas, materiales orgánicos sintetizados

La investigación biológica y médica es en el umbral de una nueva era basada en una mejor comprensión de cómo las moléculas orgánicas grandes vinculan y se reconocen.

Hay gran potencial para explotar los procesos moleculares del muelle que son corrientes en todos los organismos desarrollar las nuevas drogas que actúan más concretamente sin efectos secundarios adversos, y los materiales nuevos de la construcción imitando la naturaleza.

Un taller reciente sobre la química de Biosupramolecular ordenada por el asiento europeo de la ciencia (ESF) fortaleció la plataforma de Europa para el progreso hacia estas metas reuniendo a científicos en los campos relevantes y determinando los objetivos dominantes de la investigación. El taller también determinó algunos usos cerca de la fruición, incluyendo la ingeniería de bacterias para producir las sedas tan fuertes para su espesor como membranas de araña. Ha sido un prolongado reto para emular a las propiedades mecánicas de la seda de la araña, que combina rigidez y resistencia a la tensión con la capacidad de llegar a ser elástico bajo altas deformaciones para proteger contra la destrucción. Un proyecto reciente llevado por Thomas Scheibel en la universidad de Munich técnica está cercano a una solución que podría tener un ordenador principal de los usos prácticos que colocaban de línea biodegradable al blindaje de carrocería.

La producción de seda de la araña artificial ejemplificó la experiencia y las habilidades requeridas para los usos acertados en química biosupramolecular, en este caso combinando la ingeniería genética con técnicas sofisticadas de la micromanipulación para optimizar la producción del material deseado. En primer lugar los genes fueron insertados en las bacterias a las proteínas de la producción tan similares como sea posible a la seda de la araña. Entonces las aproximaciones microfluidic, tratando de los líquidos en mismo las pequeñas escalas, fueron utilizadas para fabricar la seda. Finalmente las propiedades mecánicas fueron optimizadas más lejos substituyendo algunos de los componentes del aminoácido de las proteínas.

Otros usos de la química biosupramolecular son más futuros lejos, pero entrando en el alcance, según el convenor del taller del ESF, profesor Anthony Davis de la universidad de Bristol en el Reino Unido. Pero el aspecto más importante del taller del ESF era la reunión de científicos en dos campos previamente distintos, dijo Davis. “Nuestro objetivo principal era conseguir a dos grupos de científicos que hablaban el uno al otro - los químicos supramoleculares, y un grupo de los biólogos que pudieron ser llamados “los ingenieros biomoleculares”,” dijo Davis. “Este objetivo fue satisfecho ciertamente.” Los químicos supramoleculares estudian y manipulan las acciones recíprocas entre las moléculas generalmente mientras que los ingenieros biomoleculares se especializan en explotar las moléculas orgánicas grandes encontradas en naturaleza.

Las macromoléculas biológicas incluyen las proteínas que comprenden los aminoácidos, hidratos de carbono complejos hechos de moléculas más simples del azúcar, así como ARN y DNA hecha de los ácidos nucléicos. A diferencia de las pequeñas moléculas, estas construcciones grandes exhiben propiedades químicas múltiples en diversas partes de su superficie, así que significa que las acciones recíprocas entre ellas dependen de características geométricas. Es la ordenación geométrica de las piezas, tanto como su identidad química, que determina cómo una macromolécula se comportará y obrará recíprocamente con otras moléculas grandes y pequeñas. Algunas moléculas reaccionarán o atarán solamente con ciertos otras, a menudo temporalmente, sobre una base del “cierre y de la llave” determinada por las formas relativas de la superficie. Tales asociaciones transitorias entre las moléculas grandes (supramoléculas) son muy importantes en biología, por ejemplo en el atascamiento entre los anticuerpos y los antígenos en la inmunorespuesta, y también entre una enzima y su substrato, es decir la composición que está actuando sobre.

Estas acciones recíprocas más flojas entre las moléculas grandes se llaman no-covalentes porque no implican la distribución de electrones, sino que por el contrario explotan variaciones en la distribución de la carga eléctrica en su vecindad. Puesto que cada ligazón individual es débil, la vinculación no-covalente confía en la fuerza colectiva de ligazones múltiples y es por lo tanto solamente un mecanismo viable para las moléculas más grandes que ensamblan junta.

Así como ser importantes para el atascamiento temporal, las fuerzas no-covalentes de la vinculación son también esenciales para mantener la estructura de proteínas grandes, y para el doble hélice de la DNA, sobre una base más a largo plazo, llevando a cabo los componentes juntos. Esto es un tema muy complejo dado el gran número de combinaciones de los componentes implicados, y así que un avance importante denunciado en la conferencia del ESF Biosupramolecular por Andrei Lupas del Max Planck Institute para la biología de desarrollo en Alemania estaba de un diccionario que representaba las proteínas por los adornos, que es ordenaciones coherentes más pequeñas de sus aminoácidos constitutivos, derivado de estudiar su historia evolutiva. Lupas mostró cómo tal diccionario se podría utilizar para derivar lazos evolutivos entre las proteínas. Esto podría tener gran uso en biología evolutiva y también para determinar el papel de las proteínas cuya función es hasta ahora en gran parte desconocida, así como entender las enfermedades donde salen mal las acciones recíprocas de la proteína.

Determinando muchas avenidas prometedoras de la investigación, el taller del ESF es probable ser seguido por otras reuniones, según Davis. ” Esperamos ordenar otro encuentro en 2009, y guardamos quizá el ir a crear una serie regular de simposios.”