Tutti gli oggetti microscopici, dagli enzimi alle particelle di vernice, tremano costantemente, bombardato da particelle di solvente:questo è chiamato moto browniano. Come cambia questo movimento quando l'oggetto è flessibile anziché rigido? Ruben Verweij, Pepijn Moerman, e colleghi hanno pubblicato le prime misurazioni in Ricerca sulla revisione fisica .

Il botanico Robert Brown diede il suo nome ai movimenti nervosi che vide fare i grani di polline quando li studiò nel 1827 al microscopio. Da allora, le proprietà del moto browniano sono state studiate approfonditamente:sono causate da molecole d'acqua in rapido movimento che urtano contro le particelle che si muovono più lentamente, come è stato spiegato da Einstein e Perrin nei primi anni del 1900.

Il moto browniano colpisce anche le particelle microscopiche biologiche, come enzimi, RNA, e anticorpi. La maggior parte di questi non sono rigidi ma flessibili:possono cambiare forma e quindi, la loro funzione.

In che modo questo influenza il loro moto browniano? Le previsioni fatte negli anni '80 non potevano essere verificate per molto tempo, perché sistemi modello sperimentali con cambiamenti di forma ben definiti, abbastanza grande da essere osservato, non esisteva ancora.

Perline di dimensioni micrometriche

Questo cambia con la pubblicazione di Verweij e Moerman, una collaborazione con Willem Kegel, Jan Groenewold e Alfons van Blaaderen dell'Università di Utrecht. "Abbiamo costruito il sistema modello più semplice immaginabile per oggetti flessibili di dimensioni micrometriche, che puoi studiare anche al microscopio ottico, "dice Verweij.

Il gruppo di Daniela Kraft utilizza i colloidi:perline di dimensioni micrometriche che si muovono nell'acqua e possono essere osservate al microscopio. Il gruppo ha sviluppato un metodo per rivestire i colloidi in un doppio strato lipidico con molecole di DNA inserite, che può accoppiarsi selettivamente a molecole di DNA attorno a un'altra particella colloidale. Questo crea una cerniera che può cambiare liberamente forma perché il doppio strato lipidico attorno alle particelle è fluido.

Una serie di tre colloidi, accoppiato in questo modo, è il sistema modello. "È facile vedere la flessibilità al microscopio, tracciando l'angolo che i tre fanno, " dice Verweij. Ha filmato circa 30 di queste triplette mentre si stavano diffondendo, in movimento, rotante, e chiudersi e aprirsi sotto il bombardamento delle molecole d'acqua circostanti.

Modalità quasi capesante

I video sono stati analizzati, ottenendo il primo confronto sperimentale tra moto Browniano rigido e flessibile. Il primo risultato:le particelle flessibili si muovono leggermente più velocemente di quelle rigide. "È una differenza piccola ma misurabile, circa il tre per cento. Ma ancora più importante, abbiamo trovato alcuni accoppiamenti tra cambiamenti di forma e spostamenti, " dice Verweij. Il significato di questo è sottile, e Verweij cerca di spiegare. "Quando una capesante chiude attivamente il suo guscio, si sposterà in avanti nella direzione del punto di cerniera. Abbiamo trovato una correlazione simile per i nostri piccoli cardini, che si muovono solo passivamente, e lo chiamiamo il modo quasi-capesante browniano."

Sebbene sottile, i ricercatori osservano una precisa correlazione statistica tra l'apertura e la chiusura browniana, e il movimento che fa la terzina. Queste correlazioni erano state previste, e ora sono stati finalmente confermati.

Rigido contro Flessibile

Finalmente, gli autori hanno studiato l'effetto del tempo. I trimeri flessibili in una configurazione estesa si muovono più velocemente lungo il loro asse lungo che lungo il loro asse corto, proprio come particelle rigide. Per particelle rigide, questo effetto svanisce nel tempo a causa dei loro moti rotatori. Per particelle flessibili, questo processo avviene più velocemente perché cambiano anche forma, facendo sì che questa direzione preferita si uniformi.

La velocità con cui ciò accade, perciò, dipende fortemente dalla flessibilità. "Si passa da circa 30 secondi per le particelle rigide a 10 secondi per quelle flessibili, "dice Verweij.

"Misure come questa sono importanti, poiché molte molecole biologiche sono anche flessibili, e le interazioni tra loro dipendono da questo. Ad esempio, il raccordo tra una proteina e un recettore può essere influenzato dai cambiamenti di forma browniani".

Cluster complessi

Inoltre, le cerniere colloidali flessibili possono essere utilizzate come modelli per molecole semplici, dove gli atomi sono accoppiati. Ma mentre le molecole non possono essere risolte usando un microscopio, i colloidi possono.

I risultati e i metodi possono infine essere utili per la ricerca su farmaci e malattie, ma, sottolinea Verweij, questa è una ricerca fondamentale, principalmente finalizzato alla comprensione dei processi fisici sottostanti.

"Ora vorremmo ricercare cluster più lunghi e complessi, per esempio di quattro sfere. In quel caso, ci sono più gradi di libertà, il che ovviamente rende il comportamento ancora più complesso e interessante."