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Lo “stato assorbente” delle fibre muscolari: team di ricercatori tedeschi ne spiega il meccanismo

Un team di ricercatori tedeschi finanziati dall’UE ha studiato come si comportano le fibre fatte della proteina dei muscoli actina quando vengono trasportate e reticolate.

In un nuovo studio pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences, il team spiega di aver scoperto che a un certo punto, i sistemi improvvisamente entrano in un cosiddetto “stato assorbente”, senza però smettere di consumare energia. La loro ricerca è stata in parte finanziata dal progetto COMPNET (“Dynamics and Self-organisation in Complex Cytoskeletal Networks”) che ha ricevuto un contributo del Consiglio europeo della ricerca (CER) di 1,5 milioni di euro nell’ambito del Settimo programma quadro (7° PQ) dell’UE.

Le leggi degli stati assorbenti si possono descrivere come un treno merci che ha abbastanza energia per andare sulle rotaie fino a quando queste non finiscono. Uno stato assorbente è uno stato al quale un sistema non può sfuggire.

Il team tedesco è riuscito a dimostrare che queste leggi funzionano anche in natura. Il loro metodo consisteva nel costruire un semplice sistema modello formato solo da tre componenti per studiare le leggi dei cosiddetti stati assorbenti nelle proteine dei muscoli. I tre componenti sono la proteina dei muscoli actina, le proteine motrici responsabili del trasporto e del movimento nelle cellule e le molecole di fascina che reticolano le fibre dell’actina. Usando questo modello semplice da controllare, gli scienziati hanno potuto studiare i principi fondamentali degli stati assorbenti.

Gli scienziati hanno potuto analizzare in che modo l’actina fa parte di un sistema attivo, un sistema che consuma continuamente energia. Anche se i sistemi attivi sono dappertutto, sia nelle macchine più semplici che nelle creature più sviluppate, le nostre conoscenze su di essi rimangono limitate.

In un esperimento, milioni di proteine motrici biologiche ancorate su una superficie di vetro erano responsabili di trasportare le fibre di actina. Erano i componenti attivi nel sistema modello. Dopo aver aggiunto l’adenosina trifosfato (ATP), il “carburante” per le proteine motrici, le fibre hanno cominciato a muoversi a caso. Poi i ricercatori hanno aggiunto molecole di reticolazione per connettere le fibre. Questo ha portato alla formazione di strutture ancora più grandi che si muovevano sulla superficie di vetro.

Alla fine tutte le fibre sono incorporate in grandi strutture. Queste strutture però non erano più in grado di muoversi liberamente sulla superficie, si sono fissate in un posto e hanno cominciato a muoversi in cerchio, il sistema era intrappolato in uno stato assorbente, era infatti in uno stato dal quale non poteva scappare.

Con grande sorpresa degli scienziati, le strutture che si sono sviluppate erano piuttosto complesse. Il team ha spiegato di aver trovato una collezione di anelli perfettamente formati fatti di milioni di fibre individuali che ruotavano permanentemente sotto l’influenza delle proteine motrici.

“La cosa straordinaria non è solo la complessità delle strutture, ma il fatto che anche un sistema così semplice che comprende solo tre componenti (fibre, proteine motrici e molecole di reticolazione) può entrare in uno stato assorbente,” dice l’autore principale dello studio, Volker Schaller dell’Istituto di Biofisica molecolare e cellulare della Technische Universitaet Muenchen in Germania.

Secondo un altro autore dello studio, Andreas Bausch, l’elemento affascinante di queste scoperte è che anche se un sistema attivo può entrare in uno stato assorbente, continua a consumare energia. “La cosa affascinante del sistema modello, accanto al fascino di schemi quasi perfetti, è un’apparente contraddizione. Per il sistema, uno stato assorbente è come un vicolo cieco: una volta che una parte del sistema entra in un vicolo cieco, non c’è via d’uscita,” spiega il professor Bausch.

Per maggiori informazioni, visitare:

Technische Universitaet Muenchen:
http://portal.mytum.de/welcome/

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