À medida que as células criam proteínas, as proteínas modulam a velocidade de síntese, exercendo uma força mecânica na máquina molecular que as torna, de acordo com uma equipe de cientistas que usou uma combinação de técnicas computacionais e experimentais para entender essa força.

As proteínas impulsionam muitas das funções vitais de uma célula, desde o fornecimento de estrutura até a entrega de informações e o combate a vírus. A síntese de proteínas defeituosa está ligada a várias doenças, incluindo subtipos de hemofilia, carcinoma pulmonar, e câncer cervical e vulvar.

"O que foi observado na última década é que se você mudar a velocidade com que uma proteína é sintetizada, você pode alterar como a proteína se comporta, "disse Edward O'Brien, professor assistente de química e co-contratado pelo Institute for CyberScience, Estado de Penn. "Tentamos identificar novos fatores que influenciam a velocidade de síntese de proteínas."

Ribossomos, pequenas fábricas na célula, costure os aminoácidos em uma longa cadeia para criar proteínas. Durante este processo, segmentos de proteína recém-sintetizados passam por um túnel estreito do ribossomo. Quando eles saem do túnel, proteínas se afastam naturalmente do ribossomo, O'Brien disse.

"Essas moléculas de proteína gostam de estar em regiões do espaço com muito volume livre, onde podem se mover, em vez de em espaços estreitos confinados, "disse O'Brien.

A força que puxa a proteína do ribossomo é uma força entrópica de tração que acontece naturalmente, de acordo com O'Brien. A força entrópica em um sistema é uma força resultante da tendência de todo o sistema de aumentar sua entropia, em vez de uma força microscópica subjacente específica. Entropia é a tendência de os sistemas se tornarem mais desordenados com o tempo.

"Essa força de tração é propagada de volta para onde a síntese está ocorrendo dentro do ribossomo, e modula esse processo, "disse O'Brien.

Os pesquisadores observaram que segmentos de proteínas não estruturadas geram piconewtons de força e que essa força é transmitida através da máquina molecular do ribossomo, e que isso afeta a velocidade com que os aminoácidos são costurados.

A equipe começou seu estudo a partir de medições experimentais que detectaram quantas proteínas se estenderam no ribossomo. Os pesquisadores inserem essas informações em simulações de computador de alto desempenho que foram executadas por meses usando a infraestrutura avançada de CyberScience do Penn State Institute for CyberScience e o ambiente de descoberta de ciência e engenharia extremas, uma organização virtual financiada pela NSF. Essas simulações permitiram que eles vissem como a síntese de proteínas era realizada sob inúmeras condições.

"Ao compreender os fatores que governam a velocidade da síntese de proteínas, agora podemos começar a entender como a síntese de proteínas afeta os processos a jusante que envolvem a estrutura e função das proteínas, incluindo várias doenças, "disse O'Brien.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas no Jornal da American Chemical Society .