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El químico y el kinesiologist de UMass Amherst sintetizan el combustible artificial para el músculo

Un químico y un kinesiologist consiguieron en un ómnibus, pero éste no es el montaje a una broma. En lugar, kinesiologist y autor importante Ned Debold y químico Dhandapani Venkataraman, “DV,” comenzó a hablar en su ómnibus conmutan a la universidad de Massachusetts Amherst y descubrió su interés mutuo en cómo la energía se convierte a partir de una forma a otra - para Debold, en tejido del músculo y para DV, en células solares.

Debold informó al químico cómo los investigadores han estado intentando una fuente energética alterna para reemplazar el usual de la carrocería, una molécula llamada trifosfato de adenosina (ATP). Tal fuente podría controlar actividad de músculo, y pudo llevar a los tratamientos espasmo-que calmaban del nuevo músculo en parálisis cerebral, por ejemplo, o active o aumente la función de músculo esquelético en el ms, el ALS y el paro cardíaco crónico.

Todos son altamente debilitantes porque la carrocería no tiene ninguna manera de repararlos, dicen al fisiólogo Debold del músculo. No tiene buenos mecanismos para controlar - inhiba o refuerce - la función de la miosina, el motor molecular que impulsa el movimiento.

Como notas de DV, la aproximación usual a buscar una nueva composición es probar sistemáticamente cada uno entre millones hasta que uno parezca digno de la continuación - “aguja en la aproximación clásica de un pajar”. ¿Él dice, “en un punto sugerí a Ned, “por qué no construimos la aguja nosotros mismos en lugar de otro? “Que nos comenzó en este proyecto interesante que juntó a la gente que de otra manera nunca trabajaría junta.”

Los dos pronto vieron que necesitarían alguien modelar acciones recíprocas entre las moléculas que DV hacía y las moléculas Debold de la miosina utilizaban para probarlas. Invitaron al químico de cómputo Jianhan Chen.

Hicimos la computador que modelaba porque es experimental difícil saber la miosina pudo utilizar las moléculas que DV sintetizaba. Podemos utilizar la simulación por ordenador para ofrecer un retrato detallado en el nivel molecular para entender porqué estas composiciones pudieron tener ciertos efectos. Esto puede ofrecer discernimiento en no sólo cómo la miosina obra recíprocamente con el equipo actual de composiciones, pero también puede ofrecer un mapa itinerario para DV al uso de diseñar las nuevas composiciones que son aún más efectivas en la alteración de la función de la miosina.”

Jianhan Chen, químico de cómputo, UMass Amherst

Este mes, los investigadores denuncian en el gorrón biofísico que han hecho una serie de composiciones sintetizadas para servir como fuentes de energía alternativas para la miosina de la proteína de músculo, y que la miosina puede utilizar esta nueva fuente de energía para generar la fuerza y la velocidad. Mike Woodward del laboratorio de Debold es el primer autor de su papel y Xiaorong Liu del laboratorio de Chen realizó la simulación por ordenador.

Usando diversos isómeros - moléculas con los átomos en diversas ordenaciones - podían “modulan efectivo, e incluso inhiben, la actividad de la miosina,” sugerir eso que cambia el isómero puede ofrecer una aproximación simple con todo potente controlar la función de motor molecular. Con tres isómeros del nuevo reemplazo del ATP, muestran que la capacidad de la fuerza y el movimiento-generar de la miosina puede ser alterada dramáticamente. “Correlacionando nuestros resultados experimentales con el cómputo, mostramos que cada isómero ejerce mando intrínseco afectando a pasos distintos en el ciclo de la mechano-substancia química de la miosina.”

Las llamadas de DV, “mi laboratorio nunca habían hecho tales tipos de composiciones antes, nosotros tuvieron que aprender una nueva química; mi estudiante Eric Ostrander trabajó en la síntesis.” La nueva química implica el adherir de tres grupos del fosfato sobre una molécula sensible a la luz, el azobenzene, haciendo lo que llaman los investigadores ahora trifosfato de Azobenzene, él agrega.

El escenario siguiente para el trío será correlacionar el proceso en los diversos puntos en el ciclo bioquímico de la miosina, Debold dice. “En el campo de la investigación del músculo, todavía no entendemos completo cómo la miosina convierte avance de la energía de la comida que comemos en trabajo mecánico. Es una pregunta que miente en el corazón de entender cómo los músculos contratan. Introduciendo fuentes de energía alternativas cuidadosamente diseñadas de la miosina, podemos entender cómo este motor molecular complejo funciona. Y a lo largo del camino somos probables revelar objetivos y aproximaciones nuevos para dirigir un ordenador principal de enfermedades relacionadas músculo.”

Source:
Journal reference:

Woodward, M., et al. (2020) Positional Isomers of a Non-Nucleoside Substrate Differentially Affect Myosin Function. Biophysical Journal. doi.org/10.1016/j.bpj.2020.06.024.