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, los sistemas pretenden alcanzar un estado de energía mínima: cuando una bola rueda por una rampa y cae sobre una superficie arenosa irregular, finalmente se detiene en un hueco. Sin más energía añadida desde el exterior, no comenzará a moverse nuevamente, incluso si hay una pendiente o un hueco profundo cerca para reducir aún más el nivel de energía. En biología, este fenómeno también se conoce como plegamiento de proteínas. En sistemas particularmente complejos, las proteínas pueden caer en un mínimo de energía local antes de completar su ensamblaje. Esto inhibe su función y hace que se queden atrapados en un estado de equilibrio estable del que no pueden escapar.
Los investigadores de MPI-DS han investigado ahora cómo las interacciones no recíprocas pueden ayudar a gestionar este tipo de situaciones. Estas interacciones suelen ser entre estructuras moleculares y se asemejan al comportamiento depredador-presa. Una molécula puede ser atraída por otra, mientras que esta última es repelida por la primera. Esto conduce a una interacción dinámica que puede provocar la formación de estructuras y patrones, como se mencionó anteriormente.
“Hemos descubierto que las interacciones no covalentes en el material activo pueden ayudar a superar las barreras energéticas en estos sistemas”, informa Jacob Matson, coautor del estudio junto con Saeed Ousat. En su artículo, los científicos propusieron un mecanismo general que utiliza interacciones dinámicas no recíprocas para combatir las trampas del equilibrio estático. Sus conocimientos también pueden ayudar a diseñar sistemas moleculares más eficientes. “A nivel conceptual, nuestro método propuesto puede lograr lo que las enzimas biológicas pueden hacer después de 3.500 millones de años de evolución”, afirma Ramin Golestanyan, director del Departamento de “Física de la Materia Viva” del MPI-DS.
El trabajo del grupo se relaciona con estudios previos sobre reordenamientos estructurales y conformacionales moleculares. En conjunto, los estudios proporcionan información valiosa sobre los principios del autoensamblaje de materiales activos.
