Mai sentito parlare di polaroni? Sono una specie di quasi-particella risultante dall'autointrappolamento degli elettroni in un reticolo cristallino vibrante. I polaroni possono essere sfruttati per trasportare energia in determinate condizioni legate alle vibrazioni relative degli elettroni e del reticolo stesso. La teoria che spiega come i polaroni trasportano l'energia nei cristalli può essere applicata a lunghe molecole chiamate polipeptidi, che possono ripiegarsi in proteine.

In un nuovo studio pubblicato su EPJ SI , Jingxi Luo e Bernard Piette della Durham University, UK, presentare un nuovo modello matematico che descrive come i polaroni possono essere spostati in modo diretto con una minima perdita di energia nelle catene peptidiche lineari, che sono state utilizzate come proxy per lo studio delle proteine. Il modello spiega quindi il meccanismo di trasporto dell'energia che spiega come l'energia generata all'interno di una cellula biologica si muova lungo le proteine ​​transmembrana verso l'esterno della cellula.

Quindi come vengono creati i polaroni? I reticoli cristallini regolari mostrano vibrazioni spontanee. La presenza di elettroni produce distorsioni localizzate di queste vibrazioni. Quando gli elettroni e il reticolo sperimentano un particolare tipo di interazione elettromagnetica, o accoppiamento, il potenziale energetico dell'elettrone si abbassa, intrappolandolo così all'interno del reticolo. Un accoppiamento simile avviene tra i polaroni e le unità peptidiche nei polipeptidi.

Utilizzando simulazioni, gli autori hanno scoperto che ciò che determina la capacità dei polaroni di trasportare energia è in parte legato al grado di simmetria dell'interazione dell'elettrone con il reticolo. Una previsione del loro modello è che un campo elettrico costante, utilizzato in concerto con forze casuali causate dal calore nell'ambiente cellulare, può avviare e sostenere il movimento di un polarone lungo una catena polipeptidica. E questo campo elettrico corrisponde alla differenza di potenziale energetico costante che si trova attraverso la membrana di una tipica cellula.