Fysiker forsvarer gyldigheden af ​​Stokes-Einstein-ligningen i levende systemer

En fysiker ved University of Arkansas har forsvaret gyldigheden af ​​Stokes-Einstein-ligningen, en af ​​Albert Einsteins mest berømte ligninger, når den vedrører biologi. Forskningen vil hjælpe forskere med bedre at forstå antibiotikaresistens og kræftcellers mekaniske egenskaber.

Yong Wang, assisterende professor ved Fulbright College of Arts and Sciences, arbejdede med proteiner i levende bakterier, og testede den 117 år gamle ligning, som gav bevis for virkeligheden af ​​atomer og molekyler. Han fandt ud af, at den berømte ligning forblev gyldig til at forklare, hvordan molekyler bevæger sig inde i bakterier.

"Bakteriel cytoplasma er ikke en simpel suppe," sagde Wang. "Vores undersøgelse viste, at det måske mere ligner spaghetti med tomatsauce og frikadeller."

Cytoplasma er det overfyldte og komplekse materiale inde i bakterier. Det har høje koncentrationer af store biologiske molekyler, herunder millioner af proteiner, kulhydrater og salte, og alle slags polymerer og filamenter, såsom DNA og RNA.

Wang fandt ud af, at selvom Einsteins ligning så ud til at være slukket for proteiners bevægelse i levende bakterier, forblev den gyldig ved at tage hensyn til de sammenfiltrede polymerer og filamenter inde i bakterier.

Den såkaldte Einstein-relation – også kaldet Stokes-Einstein-ligningen – er en af ​​Einsteins store forskningsresultater i hans "miraklernes år", 1905. For at forklare partiklernes mobilitet gennem væske, er ligningen blevet karakteriseret som en stokastisk model for Brownsk bevægelse, hvilket betyder, at partikler bevæger sig tilfældigt rundt på grund af kollisioner med omgivende molekyler. Det vigtigste er, at teorien gav tidlige empiriske beviser for virkeligheden af ​​atomer og molekyler.

Men i løbet af de sidste to årtier har forskere udfordret teoriens gyldighed, da den gælder for, hvad der er inde i levende celler og bakterier. Wangs undersøgelse tilføjer denne viden og hjælper med at løse den aktuelle kontrovers.

Endnu vigtigere, det giver et grundlag for at vurdere de mekaniske egenskaber af celler og bakterier baseret på Einstein-relationen. Dette skulle hjælpe videnskabsmænd med at forstå antibiotikaresistens hos visse mikroorganismer og de mekaniske egenskaber af kræftceller, som adskiller sig fra de mekaniske egenskaber af normale, sunde celler.

Om denne undersøgelse, som blev offentliggjort i Physical Review Letters , Wang arbejdede sammen med Lin Oliver, professor og formand for Institut for Fysik, og Asmaa Sadoon, doktorand i mikroelektronik-fotonik-programmet. + Udforsk yderligere

Ser nærmere på bakterier