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Los investigadores determinan las propiedades que permiten a las proteínas recordar y responder a la presión

Alargamientos los nuevos de una goma, pero por otra parte encajan a presión nuevamente dentro de su forma y talla originales. Estirado otra vez, hace lo mismo. ¿Pero qué si la goma fue hecha de un material que recordaba cómo había sido estirado? Apenas como nuestros huesos fortalezca en respuesta al impacto, implantes médicos o la odontología integrada por tal material podría ajustar a las presiones ambientales tales como ésos encontrados en ejercicio vigoroso.

Un equipo de investigación en la Universidad de Chicago ahora está explorando las propiedades de un material encontrado en células que permita que las células recuerden y que respondan a la presión ambiental. En un papel publicado el 14 de mayo de 2021 en materia suave, tomaron el pelo fuera los secretos para cómo trabaja--y cómo podría formar algún día la base para hacer los materiales útiles.

Los cabos de la proteína, llamados los filamentos de la actinia, actúan como huesos dentro de una célula, y una familia separada de proteínas convocó el asimiento de las cruz-máquinas para hacer chorizos estos huesos en un esqueleto celular. El estudio encontró que una concentración óptima de cruz-máquinas para hacer chorizos, que atan y desatan para permiso la actinia cambia bajo presión, permite que este andamio esquelético recuerde y responda a la experiencia anterior. Esta memoria material se llama histéresis.

“Nuestras conclusión muestran que las propiedades de las redes de la actinia se pueden cambiar por cómo se alinean los filamentos,” dijeron a Daniela Scheff, estudiante de tercer ciclo en el departamento de la física que conducto la investigación en el laboratorio de Margaret Gardel, Horacio B. Horton profesor de la física e ingeniería molecular, el instituto de James Franck, y el instituto de dinámica biofísica. “El material se adapta a la tensión llegando a ser más fuerte.”

Para entender cómo la composición de este andamio celular determina su histéresis, Scheff mezcló hacia arriba un almacenador intermedio que contenía la actinia, aislada del músculo del conejo, y las cruz-máquinas para hacer chorizos, aisladas de bacterias. Ella entonces aplicó la presión a la solución, usando un instrumento llamado un reómetro. Si estuvieron estiradas en una dirección, las cruz-máquinas para hacer chorizos permitieron que los filamentos de la actinia cambiaran, fortaleciendo contra la presión subsiguiente en la misma dirección.

Para ver cómo la histéresis dependió del estado coherente de la solución, ella mezcló diversas concentraciones de cruz-máquinas para hacer chorizos en el almacenador intermedio.

Asombrosamente, estos experimentos indicaron que la histéresis era la más pronunciada en una concentración óptima de la cruz-máquina para hacer chorizos; las soluciones exhibidas aumentaron histéresis mientras que ella agregó más cruz-máquinas para hacer chorizos, pero más allá de este punto óptimo, el efecto llegó a ser otra vez menos pronunciado.

Recuerdo estar en laboratorio la primera vez que tracé que el lazo y el pensamiento algo deben ser incorrectos, funcionamiento hacia abajo al reómetro hacer más experimentos para comprobar con minuciosidad.”

Daniela Scheff, estudiante de tercer ciclo

Para entender mejor los cambios estructurales, Steven Redford, un estudiante de tercer ciclo en ciencias biofísicas en los laboratorios de Gardel y de la cena de Aaron, el profesor de la química, el instituto de James Franck, y el instituto para la dinámica biofísica, crearon una simulación de cómputo de la mezcla Scheff de la proteína producido en el laboratorio. En esta interpretación de cómputo, Redford manejó un mando más sistemático sobre variables que posibles en el laboratorio. Variando la estabilidad de ligazones entre la actinia y sus cruz-máquinas para hacer chorizos, Redford mostró que la desatadura permite que los filamentos de la actinia cambien bajo presión, alineando con la deformación aplicada, mientras que el atar estabiliza la nueva alineación, ofreciendo el tejido una “memoria” de esta presión. Junto, estas simulaciones demostraron que las conexiones no permanentes entre las proteínas habilitan histéresis.

La “gente piensa en células como muy complicado, con mucha reacción química. Pero esto es un sistema desnudo donde usted puede entender realmente cuál es posible,” dijo a Gardel.

Las personas cuentan con estas conclusión, establecidas en un material aislado de sistemas biológicos, para generalizar a otros materiales. Por ejemplo, usando cruz-máquinas para hacer chorizos no permanentes atar filamentos del polímero podría permitir que cambien como lo hacen los filamentos de la actinia, y que produzcan así los materiales sintetizados capaces de histéresis.

“Si usted entiende cómo los materiales naturales se adaptan, usted puede transferirlo a los materiales sintetizados,” dijo la cena.

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Journal reference:

Scheff, D.R., et al. (2021) Actin filament alignment causes mechanical hysteresis in cross-linked networks. Soft Matter. doi.org/10.1039/d1sm00412c.