Quando le cellule creano proteine, le proteine ​​modulano la velocità di sintesi esercitando una forza meccanica sulla macchina molecolare che le produce, secondo un team di scienziati che ha utilizzato una combinazione di tecniche computazionali e sperimentali per comprendere questa forza.

Le proteine ​​alimentano molte delle funzioni vitali di una cellula, dalla struttura alla fornitura di informazioni alla lotta contro i virus. La sintesi proteica difettosa è collegata a numerose malattie, compresi i sottotipi di emofilia, carcinoma polmonare, e tumori del collo dell'utero e della vulva.

"Ciò che è stato osservato negli ultimi dieci anni è che se si cambia la velocità con cui una proteina viene sintetizzata, puoi modificare il comportamento della proteina, " disse Edward O'Brien, assistente professore di chimica e co-assunzione di un Istituto per la scienza informatica, Penn State. "Abbiamo cercato di identificare nuovi fattori che influenzano la velocità di sintesi proteica".

ribosomi, minuscole fabbriche nella cella, cucire amminoacidi in una lunga catena per creare proteine. Durante questo processo, i segmenti proteici di nuova sintesi passano attraverso uno stretto tunnel del ribosoma. Quando escono dal tunnel, le proteine ​​si allontanano naturalmente dal ribosoma, ha detto O'Brien.

"A queste molecole proteiche piace trovarsi in regioni dello spazio con molto volume libero dove possono muoversi, piuttosto che in spazi ristretti e ristretti, ", ha detto O'Brien.

La forza che tira la proteina dal ribosoma è una forza di trazione entropica che avviene naturalmente, secondo O'Brien. La forza entropica in un sistema è una forza risultante dalla tendenza dell'intero sistema ad aumentare la sua entropia, piuttosto che da una particolare forza microscopica sottostante. L'entropia è la tendenza dei sistemi a diventare più disordinati nel tempo.

"Quella forza di trazione viene propagata al punto in cui avviene la sintesi all'interno del ribosoma, e modula quel processo, ", ha detto O'Brien.

I ricercatori hanno osservato che i segmenti proteici non strutturati generano piconewton di forza e che questa forza viene trasmessa attraverso la macchina molecolare ribosomiale, e che influenza la velocità con cui gli amminoacidi sono cuciti insieme.

Il team ha iniziato lo studio da misurazioni sperimentali che hanno rilevato quante proteine ​​si sono allungate sul ribosoma. I ricercatori hanno inserito queste informazioni in simulazioni al computer ad alte prestazioni che sono state eseguite per mesi utilizzando sia la Advanced CyberInfrastructure del Penn State Institute for CyberScience che l'Extreme Science and Engineering Discovery Environment, un'organizzazione virtuale finanziata dalla NSF. Queste simulazioni hanno permesso loro di vedere come la sintesi proteica è stata effettuata in numerose condizioni.

"Capendo i fattori che regolano la velocità della sintesi proteica, possiamo ora iniziare a capire come la sintesi proteica influenzi i processi a valle che coinvolgono la struttura e la funzione delle proteine, comprese varie malattie, ", ha detto O'Brien.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati nel Giornale della Società Chimica Americana .