Simuleringer dokumenterer selvsamling af proteiner og DNA

Hvad får partikler til at samle sig selv til komplekse biologiske strukturer? Tit, dette fænomen skyldes konkurrencen mellem tiltrækningskræfter og frastødningskræfter, produceret af elektriske ladninger i forskellige sektioner af partiklerne. I naturen, disse fænomener forekommer ofte i partikler, der er suspenderet i et medium - kaldet kolloidale partikler - såsom proteiner, DNA og RNA. For at lette selvmontering, det er muligt at "dekorere" forskellige steder på overfladen af ​​sådanne partikler med forskellige ladninger, kaldes patches.

I en ny undersøgelse offentliggjort i EPJE , fysikere har udviklet en algoritme til at simulere molekylær dynamik i disse ujævne partikler. Resultaterne offentliggjort af Silvano Ferrari og kolleger fra TU Wien og Center for Computational Materials Science (CMS), Østrig, vil forbedre vores forståelse af, hvad der muliggør selvsamling i biologiske systemer.

I dette studie, forfatterne modellerer ladede uklare partikler, som består af en stiv krop med kun to ladede pletter, placeret på modsatte poler. De udvikler derefter ligningerne, der styrer dynamikken i et ensemble af sådanne kolloidale uklare partikler.

Baseret på en eksisterende tilgang, der oprindeligt blev udviklet til molekylære partikler, deres simulering inkluderer yderligere begrænsninger for at garantere, at de elektriske ladnings "dekorationer" bevares over tid. I denne henseende de udvikler ligninger til beskrivelse af partiklernes bevægelse; løsningerne til disse ligninger beskriver banerne for disse kolloidale partikler. Sådanne molekylære dynamiksimuleringer egner sig til at blive kørt parallelt på et stort antal partikler.

Med disse fund, forfatterne supplerer lektionerne fra eksperimentelle observationer af lignende partikler, der for nylig blev syntetiseret i laboratoriet. Nylige eksperimenter har vist, at kolloidale partikler dekoreret på to interaktionssteder viser en bemærkelsesværdig tilbøjelighed til selvorganisering i meget usædvanlige strukturer, der forbliver stabile over et bredt temperaturområde.