Gruparea polimerilor încărcați schimbă separarea în apă și contrazice ipotezele vechi de decenii
Un studiu publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences arată că separarea fazelor lichid-lichid a polimerilor polielectroliți încărcați în apă este influențată de un factor trecut cu vederea până acum: gruparea moleculelor încărcate în clustere de dimensiuni și concentrații diferite. Cercetarea, semnată de Matthew Tirrell, profesor la Școala de Inginerie Moleculară Pritzker a Universității din Chicago, și de Matthias Ballauff, profesor la Universitatea Liberă din Berlin, contestă ipoteze care domină domeniul încă din anii 1950.
De ce contează condensatele biomoleculare
Interesul pentru acest proces a crescut în ultimii ani, după ce cercetări succesive au arătat că separarea fazelor lichid-lichid contribuie la formarea condensatelor biomoleculare, structuri celulare fără membrană care îndeplinesc funcții esențiale pentru viață. Potrivit lui Tirrell, aceste condensate joacă roluri importante în răspunsul la stres, transducția semnalelor, metabolism, reglarea genelor și în numeroase boli umane. „Înțelegerea mecanismelor care ajută la formarea lor face ca înțelegerea separării fazelor să fie la fel de importantă pentru biologie pe cât este pentru fizică sau chimie”, a declarat el.
Ballauff a explicat că deși importanța biologică a condensatelor este bine documentată, cunoștințele despre bazele procesului, respectiv diagramele de fază de echilibru, au rămas mult în urmă.
Modelul din 1957 și limita lui
Separarea fazelor lichid-lichid este procesul prin care un amestec omogen de lichide se desparte în două faze distincte, similar cu despărțirea unui dressing de salată în ulei și oțet. În 1929, oamenii de știință au observat un fenomen similar la amestecarea în apă a polimerilor polielectroliți cu sarcini opuse. Modelul Voorn-Overbeek, dezvoltat în 1957, i-a învățat pe cercetători să trateze reacția ca pe o singură variabilă și să presupună că cele două componente se separă întotdeauna revenind la starea inițială, indiferent de compoziția amestecului.
Noul studiu arată că acest model, util în anumite cazuri, ignoră un factor major. Poliionii se grupează în clustere de dimensiuni și concentrații diferite în timpul procesului, ceea ce face ca separarea să fie mult mai complexă decât se presupunea. „Domeniul a ignorat faptul că această grupare face ca compoziția componentelor separate să depindă de compoziția inițială a amestecului de la care pornim”, a spus Tirrell. „Fără grupare, acest lucru nu s-ar întâmpla.”
Date vechi, interpretate din nou
Pentru studiu, cei doi cercetători au reanalizat un set de date experimentale publicat de laboratorul lui Tirrell în 2018. Datele, cândva derutante, au devenit relevante în lumina noilor descoperiri din domeniu. Frank Bates, profesor la Departamentul de Inginerie Chimică și Știința Materialelor al Universității din Minnesota, care nu a fost implicat în cercetare, a comentat că autorii oferă o perspectivă nouă asupra comportamentului de fază al amestecurilor apoase de macromolecule încărcate negativ și pozitiv, revenind la rezultate publicate anterior, dar neclare, privind separarea poliionilor, atribuibile grupării moleculare în soluție diluată.
Un domeniu care se va schimba lent
Deși studiul a reanalizat date anterioare despre polipeptide, lanțuri lungi de aminoacizi, Tirrell și Ballauff investighează în continuare modul în care procesul funcționează în alte sisteme de polielectroliți. Ambii anticipează însă că schimbarea unor ipoteze științifice fixate de șapte decenii va fi un proces îndelungat.
„Va dura ceva timp până când oamenii din domeniu vor realiza că diagramele de fază ale condensatelor biomoleculare arată diferit față de cum se presupune în general”, a spus Ballauff. „Credem că rezultatul nostru va avea în cele din urmă un impact considerabil în domeniu.”
