Credito:Shibananda Das
In una scoperta con implicazioni ad ampio raggio, i ricercatori dell'Università del Massachusetts Amherst hanno recentemente annunciato negli Proceedings of the National Academy of Sciences che macromolecole a carica uniforme - o molecole, come proteine o DNA, che contengono un gran numero di atomi tutti con la stessa carica elettrica - possono autoassemblarsi in strutture molto grandi. Questa scoperta sconvolge la nostra comprensione di come sono costruite alcune delle strutture di base della vita.
Tradizionalmente, gli scienziati hanno capito che le catene polimeriche cariche sono composte da unità più piccole e caricate uniformemente. Tali catene, chiamate polielettroliti, mostrano comportamenti prevedibili di auto-organizzazione in acqua:si respingono a vicenda perché a oggetti con carica simile non piace essere vicini l'uno all'altro. Se aggiungi sale all'acqua contenente polielettroliti, le molecole si avvolgono, perché la repulsione elettrica delle catene è schermata dal sale.
Tuttavia, "il gioco è molto diverso quando si hanno dipoli", afferma Murugappan Muthukumar, Wilmer D. Barrett Professor in Polymer Science and Engineering presso UMass Amherst, autore senior dello studio.
Mentre molte molecole hanno una carica positiva o negativa, i dipoli hanno entrambe. Ciò significa che i polimeri composti da dipoli si comportano in modo molto diverso dai più familiari polielettroliti, che hanno carica elettrica sia positiva che negativa:si espandono in soluzione salina e possono formare legami crociati con altre catene polimeriche dipoli, che poi portano alla formazione di complesse strutture polimeriche.
Di Jia, che ha completato questa ricerca come parte della sua formazione post-dottorato presso UMass Amherst ed è l'autore principale dello studio, afferma che "i dipoli possono far sì che i polielettroliti si comportino più come i polizwitterioni, che mostrano un 'effetto anti-polielettrolita'. Questo effetto è anche una caratteristica dei polizwitterioni chimici tradizionali, i cui dipoli sono costituiti da legami chimici Pertanto, per i polizwitterioni fisici in soluzioni diluite, la dimensione del polimero aumenta con l'aumentare della forza ionica, esibendo una transizione da globulo a bobina dovuta alle interazioni dipolo intra-catena."
I polimeri dipolari sono in grado di formare strutture complesse e autoregolanti che potrebbero essere impiegate in qualsiasi cosa, dai sistemi di somministrazione di farmaci ai polimeri di prossima generazione. "Noi teorizziamo che queste forze dipolari nelle macromolecole cariche svolgano un ruolo significativo in quasi tutti i processi di assemblaggio biologico, come la nascita spontanea di organelli privi di membrana", afferma Muthukumar.
Inoltre, questi polimeri composti da dipoli mostrano uno stato "intermedio", chiamato "mesomorfismo". Nello stato mesomorfo, i polimeri non sono né ampiamente dispersi né strettamente avvolti, ma riuniti in strutture grandi, stabili e uniformi che hanno la capacità di "auto-avvelenarsi" o dissolversi.
"Il significato della scoperta che i dipoli guidano l'assemblaggio dei polimeri è immenso", dice Muthukumar, "perché getta nuova luce su uno dei misteri fondamentali dei processi della vita", o su come i materiali biologici sappiano come autoassemblarsi in modo coerente, strutture stabili. "La teoria cambia il paradigma di come pensiamo a questi sistemi e mette in evidenza il ruolo non riconosciuto che i dipoli svolgono nell'autoassemblaggio dei materiali biologici". + Esplora ulteriormente
