mai 23, 2022

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Comment les mélanges de biomolécules communiquent, interagissent et s’adaptent à leur environnement – ScienceDaily

Un chercheur postdoctoral du Center for Advanced Science Research du City University of New York Graduate Center (CUNY ASRC) a franchi une étape importante pour comprendre comment des mélanges complexes de blocs de construction biomoléculaires forment des modèles auto-organisés.

La découverte – détaillée dans un nouvel article publié dans la revue Science et rédigé par Ankit Jain, membre du laboratoire CUNY ASRC de nanosciences Rayne Olin – fournit de nouvelles connaissances sur les fonctions biologiques adaptatives, qui pourraient être essentielles à la conception de nouveaux matériaux et technologies dotés de capacités et d’attributs similaires..

« Toute vie commence avec les mêmes ensembles de blocs de construction conservés, qui comprennent les 20 acides aminés qui composent les protéines », a déclaré Jane. « Explorer comment des mélanges de ces molécules communiquent, interagissent et forment des modèles d’autorégulation fera progresser notre compréhension de la façon dont la biologie crée des fonctions. Cette compréhension pourrait également conduire à des façons entièrement nouvelles de créer des matériaux et des technologies qui intègrent des processus vitaux tels que l’adaptation, la culture , guérison et développement de nouvelles propriétés en cas de besoin. « .

Jain a adopté une nouvelle approche industrielle pour commencer à révéler comment des mélanges complexes de biomolécules interagissent et s’adaptent collectivement aux changements de leur environnement. Au lieu d’essayer de séparer l’organisation moléculaire dans les systèmes actuels, tels que ceux des cellules biologiques, il a abordé le problème dans un tube à essai en créant des mélanges avec des composants conçus pour interagir et interagir. Puis il a suivi Jain et a observé l’émergence de modèles de plus en plus complexes qui formaient spontanément des biomolécules en réponse aux changements de leur environnement.

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« Les mélanges complexes de molécules en interaction sont fondamentaux pour les processus vitaux, mais ils ne sont pas couramment étudiés dans les laboratoires de chimie, car ils sont trop chaotiques et complexes et difficiles à étudier et à comprendre », a déclaré Olin. « La conception systématique des mélanges et le suivi de leur comportement nous permettent de faire des observations fondamentales sur la façon dont les mélanges de molécules se transforment en groupes fonctionnels. Nous avons pu détailler comment ces systèmes chimiques absorbent les changements des conditions externes pour former des schémas spécifiques d’accumulation et de dégradation. Nous a également découvert que les systèmes avec de nombreuses variables montrent un comportement aléatoire, donc bien que la formation globale du modèle semble similaire lors de l’exécution de plusieurs essais, les détails les plus fins de deux expériences indépendantes sont différents.

L’expérience de Jain a commencé par mélanger un certain nombre de peptides sélectionnés, qui sont des composés minimalistes de type protéine composés de deux acides aminés. Ces groupes de peptides (conçus en fonction de leur capacité à s’agréger et à interagir) contenaient également un catalyseur qui permettait aux dipeptides de se recombiner dynamiquement et de former des peptides avec des schémas de réaction plus complexes. Le système le plus complexe étudié dans cet article a commencé avec 15 dipeptides différents, qui se combinent de manière réversible pour former 225 tétrapeptides uniques. Il était alors possible pour Jain de retracer la formation et la décomposition de peptides de séquence différente au sein des mélanges. Il a remarqué que leurs schémas d’interaction étaient fortement dictés par les conditions environnementales.

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L’éclairage de l’autorégulation moléculaire à travers des modèles hiérarchiques d’interactions covalentes et non covalentes est essentiel pour comprendre comment les fonctions biologiques liées à la vie émergent. La nouvelle approche ascendante permet aux chercheurs de comprendre les propriétés des groupes pour la première fois tout en fournissant simultanément une précision moléculaire à l’information. Les travaux démontrent que des mélanges de molécules simples démontrent une sélection de séquence spontanée, ce qui peut donner un aperçu des origines chimiques de la fonction biologique. Dans l’ensemble, la conception de systèmes adaptatifs basés sur des mélanges à plusieurs composants est susceptible de conduire à la découverte de la façon dont les modèles dictent la formation de matériaux fonctionnels reconfigurables qui annoncent les futures technologies inspirées de la biologie.

Origine de l’histoire :

Matériaux Introduction de Centre de recherche scientifique avancée, GC / CUNY. Remarque : Le contenu peut être modifié en fonction du style et de la longueur.