Físico defende a validade da equação de Stokes-Einstein em sistemas vivos

Dependência da temperatura da difusão de HNS em E. coli viva e morta. (a), (b) MSD de HNS em (a) viva e (b) E. coli morta em diferentes temperaturas. As linhas tracejadas são curvas ajustadas usando MSD=4Dτ^α . As barras de erro representam os erros padrão das médias (SEM). (c) Dependência do coeficiente de difusão generalizada de proteínas HNS em E. coli viva (círculos verdes) e morta (quadrados vermelhos). As barras de erro representam erros de ajuste. As linhas pontilhadas vermelhas são ajustes com equações lineares, enquanto as linhas tracejadas pretas são ajustes com a equação de Arrhenius. Crédito:Cartas de Revisão Física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.018101

Um físico da Universidade do Arkansas defendeu a validade da equação de Stokes-Einstein, uma das equações mais famosas de Albert Einstein, no que se refere à biologia. A pesquisa ajudará os cientistas a entender melhor a resistência aos antibióticos e as propriedades mecânicas das células cancerígenas.
Trabalhando com proteínas em bactérias vivas, Yong Wang, professor assistente da Fulbright College of Arts and Sciences, testou a equação de 117 anos, que forneceu evidências da realidade de átomos e moléculas. Ele descobriu que a famosa equação permaneceu válida para explicar como as moléculas se movem dentro das bactérias.

"O citoplasma bacteriano não é uma sopa simples", disse Wang. “Nosso estudo mostrou que pode ser mais parecido com espaguete com molho de tomate e almôndegas”.

O citoplasma é o material aglomerado e complexo dentro das bactérias. Possui altas concentrações de grandes moléculas biológicas, incluindo milhões de proteínas, carboidratos e sais, e todos os tipos de polímeros e filamentos, como DNA e RNA.

Wang descobriu que, embora a equação de Einstein parecesse estar errada para o movimento das proteínas dentro das bactérias vivas, ela permanecia válida levando em consideração os polímeros e filamentos emaranhados dentro das bactérias.

A chamada relação de Einstein - também chamada de equação de Stokes-Einstein - é uma das principais realizações de pesquisa de Einstein em seu "ano dos milagres", 1905. Explicando a mobilidade das partículas através do líquido, a equação foi caracterizada como um modelo estocástico para Movimento browniano, o que significa que as partículas se movem aleatoriamente por causa de colisões com as moléculas circundantes. Mais importante ainda, a teoria forneceu evidências empíricas iniciais para a realidade de átomos e moléculas.

No entanto, nas últimas duas décadas, os cientistas desafiaram a validade da teoria no que se refere ao que está dentro de células e bactérias vivas. O estudo de Wang acrescenta a esse corpo de conhecimento, ajudando a resolver a controvérsia atual.

Mais importante, fornece uma base para avaliar as propriedades mecânicas de células e bactérias com base na relação de Einstein. Isso deve ajudar os cientistas a entender a resistência a antibióticos de certos microrganismos e as propriedades mecânicas das células cancerígenas, que diferem das propriedades mecânicas das células normais e saudáveis.

Sobre este estudo, que foi publicado em Physical Review Letters , Wang trabalhou com Lin Oliver, professor e presidente do Departamento de Física, e Asmaa Sadoon, estudante de doutorado no programa de microeletrônica-fotônica. + Explorar mais