Los físicos descubren la ley cuántica del plegamiento de proteínas

La famosa relación de Arrhenius afirma que las cosas suceden más rápido a medida que se ponen más calientes. En química, eso es generalmente cierto, pero hay una excepción importante: la velocidad a la que las proteínas se pliegan en su forma funcional.

Es fácil pensar que las proteínas deberían plegarse más rápidamente a medida que se enfrían y luego desplegarse más rápidamente a medida que se calientan. Pero la relación real es a la vez no lineal y asimétrica, lo que significa que desplegar no es lo contrario de plegar.

Los biólogos moleculares han propuesto varios mecanismos para explicar esto, como la interacción no lineal entre el agua y las partes hidrófobas de las proteínas. Pero ninguno de estos es muy convincente.

Eso parece estar listo para cambiar con el trabajo de Liaofu Luo en la Universidad de Mongolia Interior y Jun Lu en la Universidad de Tecnología de Mongolia Interior, ambas en China. Dicen que la forma en que el plegado depende de la temperatura se aclara tan pronto como se tiene en cuenta la mecánica cuántica.

Primero, algunos antecedentes sobre el plegamiento de proteínas. Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos que se vuelven biológicamente activos solo cuando se pliegan en formas específicas y altamente complejas. El enigma es cómo las proteínas hacen esto tan rápido cuando tienen tantas configuraciones posibles para elegir.

Para poner esto en perspectiva, una proteína relativamente pequeña de solo 100 aminoácidos puede tomar alrededor de 10 ^ 100 configuraciones diferentes. Si probara estas formas a una velocidad de 100 mil millones por segundo, se necesitaría más que la edad del universo para encontrar la correcta. Nadie sabe exactamente cómo funcionan estas moléculas en nanosegundos.

Sin embargo, lo que sí saben es que la velocidad a la que se pliegan es muy sensible a la temperatura y los biólogos tienen una cantidad significativa de datos que muestran exactamente cómo varían estas velocidades. Trazar estos datos conduce a varias curvas inesperadas.

Hoy, Luo y Lo dicen que estas curvas se pueden explicar fácilmente si el proceso de plegado es un asunto cuántico. Según el pensamiento convencional, una cadena de aminoácidos solo puede cambiar de una forma a otra pasando mecánicamente a través de varias formas intermedias.

Pero Luo y Lo dicen que si este proceso fuera cuántico, la forma podría cambiar por transición cuántica, lo que significa que la proteína podría 'saltar' de una forma a otra sin necesariamente formar las formas intermedias.

Luo y Lo exploran esta idea utilizando un modelo matemático de cómo funcionaría y luego derivan ecuaciones que describen cómo la tasa de plegamiento cuántico cambiaría con la temperatura. Finalmente, adaptaron las expectativas de su modelo a algunos experimentos del mundo real.

Su sorprendente resultado es que este modelo de transición cuántica se ajusta a las curvas de plegado de 15 proteínas diferentes e incluso explica la diferencia en las tasas de plegado y desplegado de las mismas proteínas.

Eso es un avance significativo. Las ecuaciones de Luo y Lo equivalen a las primeras leyes universales del plegamiento de proteínas. Eso es el equivalente en biología a algo parecido a las leyes termodinámicas en física.

Impresionante. Y no espere que termine aquí.

Varios grupos están encontrando evidencia de procesos cuánticos en funcionamiento en todo, desde la fotosíntesis hasta navegación de aves .

Si la mecánica cuántica juega un papel clave en el plegamiento de proteínas, no cabe duda de su importancia en el funcionamiento de otras máquinas celulares. Solo puede ser cuestión de tiempo antes de que se abran las compuertas para los biólogos cuánticos.

Ref: arxiv.org/abs/1102.3748 : Dependencia de la temperatura del plegamiento de proteínas deducida de la transición cuántica

esconder