A differenza dei modelli in plastica rigida della classe di chimica, vere catene di molecole possono piegarsi e allungarsi, come perline su un cordino elastico. Alcuni polimeri, come il DNA, sono particolarmente elastici, una caratteristica che può complicare i tentativi di modellare il loro comportamento.

Dal lavoro seminale di Paul Flory, i ricercatori hanno sviluppato una varietà di formule per calcolare la distanza tra le estremità di un polimero curvo. Però, queste formule in genere non hanno considerato l'elasticità della molecola. In un nuovo studio, pubblicato questa settimana in Il Giornale di Fisica Chimica , gli scienziati hanno derivato una formula per determinare la distanza da un capo all'altro di un polimero semiflessibile, compreso DNA o RNA, tenendo conto di quanto si allunga il polimero.

Stime precedenti di come i polimeri si piegano non hanno tenuto conto di come la molecola si muove in tre dimensioni. "Questo metodo per calcolare la distribuzione della lunghezza del contorno è più rigoroso, ", ha affermato Xi Zhang dell'Università di Wuhan e autore principale del documento. "Non solo possiamo calcolare la distanza da un capo all'altro, ma possiamo anche capire la forma del polimero."

Includendo l'elasticità del polimero, la nuova formula può aiutare i ricercatori a stimare la flessibilità dei segmenti di DNA, una proprietà nota per essere essenziale per la sua funzione biologica. La flessibilità del DNA influisce sul legame delle proteine ​​regolatorie e sul modo in cui il DNA si avvolge intorno agli istoni, proteine ​​che agiscono come bobine per mantenere il DNA ben confezionato all'interno di un nucleo. I modi specifici in cui il DNA si piega e avvolge gli istoni possono influenzare l'espressione genica esponendo determinati geni all'esterno, mentre altri restano nascosti.

I ricercatori hanno costruito sulla base del modello della catena simile a un verme, che tratta i polimeri semiflessibili come il DNA e l'RNA come anelli di una catena. Utilizzando ampie simulazioni Monte Carlo, hanno convalidato la loro formula su un'ampia gamma di valori di elasticità e flessibilità. Hanno anche usato simulazioni di dinamica molecolare, che modellano come le molecole si muovono e interagiscono nel tempo, per garantire che ottenessero risultati simili dal loro metodo per brevi polimeri di DNA e RNA.

Questo tipo di formula è più efficiente dal punto di vista computazionale rispetto all'utilizzo di simulazioni al computer per determinare la distanza da un capo all'altro di elastici, polimeri di piegatura, e, in secondi, può calcolare risultati che potrebbero richiedere settimane di simulazioni.

La nuova formula è particolarmente utile per stimare la distribuzione della lunghezza end-to-end di piccoli polimeri, sottolineano gli autori. "Questo allungamento è molto importante in un biopolimero quando è davvero breve, diciamo 40 coppie di basi, " ha detto Zhang. Calcolano che l'effetto dello stiramento diventa trascurabile per le molecole di DNA più lunghe di circa 130 paia di basi, e per RNA più lunghi di circa 240 paia di basi.