fuerzas moleculares: El comportamiento de estiramiento sorprendente de ADN

Los experimentos con moléculas de ADN mostrar que sus propiedades mecánicas son completamente diferentes de lo que los de los objetos macroscópicos, y esto tiene consecuencias importantes para la biología y la medicina. Los científicos de TU Wien (Viena) ahora se ha logrado explicar en detalle estas propiedades mediante la combinación de las ideas de la ingeniería civil y la física.

El comportamiento inesperado a nivel molecular

A primera vista, se podría pensar en la doble hélice del ADN como un pequeño manantial poco que simplemente puede estirar y comprimir igual que lo haría un resorte ordinario. Pero no es tan sencillo: "Si se estira un trozo de ADN, usted realmente esperar que el número de vueltas para disminuir, pero en algunos casos es todo lo contrario:". Cuando la hélice se hace más largo, a veces se retuerce aún más, "dice el ingeniero civil Johannes Kalliauer del Instituto de Mecánica de materiales y Estructuras en la TU Wien." Aparte de eso, las moléculas de ADN son mucho más dúctil que los materiales que se ocupan generalmente en la ingeniería civil: Pueden llegar a ser un 70% más de tiempo bajo tensión de tracción ".

Estas propiedades mecánicas extrañas de ADN son de gran importancia para la biología y la medicina: "Cuando la información genética se lee de la molécula de ADN en una célula viva, los detalles de la geometría pueden determinar si se produce un error de lectura, que en el peor de los casos lata incluso causar cáncer ", dice Johannes Kalliauer. "Hasta ahora, la biología molecular ha tenido que ser satisfecho con métodos empíricos para explicar la relación entre las fuerzas y de la geometría de ADN".

En su disertación, Johannes Kalliauer llegó al fondo de este asunto, y lo hizo en forma de una combinación poco habitual de los sujetos: Su trabajo fue supervisado por un lado, por el ingeniero civil, profesor Christian Hellmich, y por el otro entregar por el Prof. Gerhard Kahl, del Instituto de Física teórica.

"Utilizamos métodos de dinámica molecular para reproducir la molécula de ADN en una escala atómica en el equipo", explica Kalliauer. "Usted determina cómo se comprimen las hélices de ADN, estirados o torcidos, y luego se calculan las fuerzas que se producen y la posición final de los átomos." Estos cálculos son muy complejos y sólo es posible con la ayuda de grandes superordenadores, Johannes Kalliauer utiliza el Cluster Científico de Viena (VSC) para este fin.

De esta manera, los resultados experimentales extrañas podrían explaned, tales como el resultado contrario a la intuición de que en ciertos casos los giros de ADN aún más cuando se estira. "Es difícil imaginar a gran escala, pero en el nivel atómico todo tiene sentido", dice Johannes Kalliauer.

mundo intermedio extraña

Dentro de los modelos atómicos de la física teórica, las fuerzas interatómicas y las distancias se pueden determinar. El uso de ciertas normas desarrolladas por el equipo basado en los principios de la ingeniería civil, las cantidades de fuerza pertinente necesaria para describir la cadena de ADN como un todo puede entonces ser determinado, similar a la forma en la estática de un haz en ingeniería civil pueden describirse utilizando algún importante propiedades de la sección transversal.

"Estamos trabajando en un mundo intermedio interesante aquí, entre lo microscópico y lo macroscópico", dice Johannes Kalliauer. "Lo especial de este proyecto de investigación es que realmente necesitan ambas perspectivas y hay que combinarlos."

Esta combinación de diferentes escalas de tamaño significativamente juega un papel central en el Instituto de Mecánica de Materiales y Estructuras una y otra vez. Después de todo, las propiedades del material que creemos que todos los días a gran escala siempre están determinadas por el comportamiento en el nivel micro. El trabajo actual, que ya ha sido publicado en el "Diario de la Mecánica y Física de los sólidos," pretende mostrar, por un lado cómo combinar la grande y la pequeña de una manera científicamente exacto, y por otra parte a ayuda a entender mejor el comportamiento de ADN, abajo a la derecha a la explicación de las enfermedades hereditarias.