Dipendenza dalla temperatura della diffusione di HNS in E. coli vivi e morti. (a), (b) MSD di HNS in (a) vivo e (b) morto E. coli a temperature diverse. Le linee tratteggiate sono curve adattate utilizzando MSD=4Dτ α . Le barre di errore rappresentano gli errori standard dei mezzi (SEM). (c) Dipendenza del coefficiente di diffusione generalizzato delle proteine HNS in vivo (cerchi verdi) e morto (quadrati rossi) E. coli. Le barre di errore indicano errori di adattamento. Le linee tratteggiate rosse corrispondono alle equazioni lineari, mentre le linee tratteggiate nere corrispondono all'equazione di Arrhenius. Credito:Lettere di revisione fisica (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.018101
Un fisico dell'Università dell'Arkansas ha difeso la validità dell'equazione di Stokes-Einstein, una delle equazioni più famose di Albert Einstein, in relazione alla biologia. La ricerca aiuterà gli scienziati a comprendere meglio la resistenza agli antibiotici e le proprietà meccaniche delle cellule tumorali.
Lavorando con le proteine nei batteri vivi, Yong Wang, assistente professore al Fulbright College of Arts and Sciences, ha testato l'equazione vecchia di 117 anni, che ha fornito prove della realtà di atomi e molecole. Ha scoperto che la famosa equazione è rimasta valida per spiegare come le molecole si muovono all'interno dei batteri.
"Il citoplasma batterico non è una zuppa semplice", ha detto Wang. "Il nostro studio ha mostrato che potrebbe essere più simile a spaghetti con salsa di pomodoro e polpette".
Il citoplasma è il materiale affollato e complesso all'interno dei batteri. Ha alte concentrazioni di grandi molecole biologiche, inclusi milioni di proteine, carboidrati e sali, e tutti i tipi di polimeri e filamenti, come DNA e RNA.
Wang ha scoperto che sebbene l'equazione di Einstein sembrasse essere disattivata per il movimento delle proteine all'interno dei batteri vivi, rimaneva valida tenendo conto dei polimeri e dei filamenti aggrovigliati all'interno dei batteri.
La cosiddetta relazione di Einstein, chiamata anche equazione di Stokes-Einstein, è uno dei maggiori risultati della ricerca di Einstein nel suo "anno dei miracoli", il 1905. Spiegando la mobilità delle particelle attraverso il liquido, l'equazione è stata caratterizzata come un modello stocastico per Moto browniano, il che significa che le particelle si muovono casualmente a causa delle collisioni con le molecole circostanti. Ancora più importante, la teoria ha fornito prove empiriche iniziali per la realtà di atomi e molecole.
Tuttavia, negli ultimi due decenni, gli scienziati hanno messo in dubbio la validità della teoria in quanto si applica a ciò che si trova all'interno di cellule vive e batteri. Lo studio di Wang si aggiunge a questo corpus di conoscenze, aiutando a risolvere l'attuale controversia.
Ancora più importante, fornisce una base per valutare le proprietà meccaniche di cellule e batteri sulla base della relazione di Einstein. Ciò dovrebbe aiutare gli scienziati a comprendere la resistenza agli antibiotici di alcuni microrganismi e le proprietà meccaniche delle cellule tumorali, che differiscono dalle proprietà meccaniche delle cellule normali e sane.
Su questo studio, che è stato pubblicato in Physical Review Letters , Wang ha lavorato con Lin Oliver, professore e presidente del Dipartimento di Fisica, e Asmaa Sadoon, studente di dottorato nel programma di microelettronica-fotonica. + Esplora ulteriormente
