Todos os objetos microscópicos, de enzimas a partículas de tinta, estão tremendo constantemente, bombardeado por partículas de solvente:isso é chamado de movimento browniano. Como esse movimento muda quando o objeto é flexível em vez de rígido? Ruben Verweij, Pepijn Moerman, e colegas publicaram as primeiras medições em Pesquisa de revisão física .

O botânico Robert Brown deu seu nome aos movimentos agitados que viu os grãos de pólen fazer quando os estudou em 1827 sob seu microscópio. Desde então, as propriedades do movimento browniano foram intensamente estudadas:são causadas por moléculas de água que se movem rapidamente colidindo com as partículas que se movem mais lentamente, como foi explicado por Einstein e Perrin no início do século XX.

O movimento browniano também afeta as partículas microscópicas biológicas, como enzimas, RNA, e anticorpos. A maioria deles não é rígida, mas flexível:eles podem mudar sua forma e, portanto, sua função.

Como isso afeta seu movimento browniano? As previsões feitas na década de 1980 não puderam ser testadas por muito tempo, porque sistemas de modelos experimentais com mudanças de forma bem definidas, grande o suficiente para ser observado, ainda não existia.

Contas do tamanho de um micrômetro

Isso muda com a publicação de Verweij e Moerman, uma colaboração com Willem Kegel, Jan Groenewold e Alfons van Blaaderen, da Universidade de Utrecht. "Construímos o sistema de modelo mais simples imaginável para objetos flexíveis do tamanho de um micrômetro, que você também pode estudar em um microscópio de luz, "diz Verweij.

O grupo de Daniela Kraft usa coloides:contas do tamanho de um micrômetro que se movem na água e podem ser observadas ao microscópio. O grupo desenvolveu um método para revestir coloides em uma bicamada lipídica com moléculas de DNA inseridas, que pode se acoplar seletivamente a moléculas de DNA em torno de outra partícula colóide. Isso cria uma dobradiça que pode mudar livremente de forma porque a bicamada lipídica ao redor das partículas é fluida.

Uma série de três colóides, acoplado desta forma, é o sistema modelo. "É fácil ver a flexibilidade sob o microscópio, rastreando o ângulo que os três fazem, "diz Verweij. Ele filmou cerca de 30 desses trigêmeos enquanto eles estavam se difundindo, em movimento, girando, e fechando e abrindo sob o bombardeio das moléculas de água circundantes.

Modo quase vieira

Os vídeos foram analisados, rendendo a primeira comparação experimental entre movimento browniano rígido e flexível. O primeiro resultado:as partículas flexíveis se movem um pouco mais rápido do que as rígidas. "É uma diferença pequena, mas mensurável, cerca de três por cento. Mais importante, encontramos certos acoplamentos entre mudanças de forma e deslocamentos, "diz Verweij. O significado disso é sutil, e Verweij tenta explicar. "Quando uma vieira fecha ativamente sua concha, ele se moverá para frente na direção do ponto de articulação. Encontramos uma correlação semelhante para nossas pequenas dobradiças, que se movem apenas passivamente, e chamá-lo de modo quase vieira browniano. "

Embora sutil, os pesquisadores observam uma correlação estatística definitiva entre a abertura e o fechamento browniano, e o movimento que o trigêmeo faz. Essas correlações foram previstas, e agora finalmente foram confirmados.

Rígido versus Flexível

Finalmente, os autores estudaram o efeito do tempo. Trímeros flexíveis em uma configuração estendida movem-se mais rápido ao longo de seu eixo longo do que ao longo de seu eixo curto, assim como partículas rígidas. Para partículas rígidas, este efeito desaparece com o tempo por causa de seus movimentos rotacionais. Para partículas flexíveis, esse processo acontece mais rápido porque eles também mudam de forma, fazendo com que esta direção preferida se equilibre.

A taxa em que isso acontece, Portanto, depende fortemente da flexibilidade. "Vai de cerca de 30 segundos para partículas rígidas a 10 segundos para as flexíveis, "diz Verweij.

"Medidas como esta são importantes, uma vez que muitas moléculas biológicas também são flexíveis, e as interações entre eles dependem disso. Por exemplo, o encaixe de chave e fechadura entre uma proteína e um receptor pode ser influenciado por mudanças de forma browniana. "

Aglomerados complexos

Além disso, dobradiças coloidais flexíveis podem ser usadas como modelos para moléculas simples, onde os átomos estão acoplados. Mas, embora as moléculas não possam ser resolvidas usando um microscópio, os colóides podem.

Os resultados e os métodos podem ser úteis para a pesquisa de drogas e doenças, mas, enfatiza Verweij, esta é uma pesquisa fundamental, visa principalmente a compreensão dos processos físicos subjacentes.

"Agora, gostaríamos de pesquisar clusters mais longos e complexos, por exemplo de quatro esferas. Nesse caso, existem mais graus de liberdade, o que, é claro, torna o comportamento ainda mais complexo e interessante. "