El primer fractal molecular regular de la naturaleza. investigación

Se ha informado que una proteína natural se autoensambla en uno de los fractales regulares matemáticamente complejos más famosos: el triángulo de Sierpinski. Esta es la primera vez que se realiza un descubrimiento de este tipo a nivel molecular en la naturaleza.

Los fractales son formas geométricas formadas por estructuras repetidas más pequeñas que se asemejan a un todo. Estas formas se crean utilizando reglas matemáticas simples (los patrones son autosemejantes en múltiples escalas de longitud), lo que da como resultado formas geométricas que son complejas y hermosas. Los fractales macroscópicos son comunes en la naturaleza (como los copos de nieve, las redes de ríos y las cadenas montañosas), pero se limitan a sistemas artificiales en moléculas. La mayoría de los fractales naturales son irregulares porque sus estructuras en diferentes niveles no coinciden exactamente. Los triángulos de Sierpiński artificiales ya se han creado anteriormente a nivel molecular, pero requieren un control experimental preciso.

Investigadores del Instituto Max Planck de Marburg han descubierto una enzima metabólica natural que se encuentra en las cianobacterias y que es capaz de formar el triángulo de Sierpinski en solución a temperatura ambiente. Autor principal George Hochberg Los investigadores querían saber qué podían hacer las enzimas citrato que se encuentran en diferentes organismos, «así que elegimos lo que pensamos que era una enzima muy aburrida», dicen los investigadores.

Sin embargo, la medición óptica de la masa de la enzima sorprendió a los investigadores. Se reveló que la enzima provenía de cianobacterias. S. elongatuaFormó un complejo inusualmente grande para esta familia de bacterias. «Decidimos tomarles fotografías con un microscopio electrónico y sacar estos fractales», dice Hochberg. Lo que siguió fue un minucioso trabajo analítico para determinar el origen de estas estructuras y lo que podrían hacer.

«Teníamos algunas teorías que parecían bastante plausibles basadas en lo que hacen enzimas similares en otros organismos, y ninguna de ellas resultó ser cierta», dice Hochberg. Entonces modificaron el microbio para que no se formaran fractales y descubrieron que las bacterias aún podían producir citrato sin problemas. Luego probaron la teoría de que se trataba simplemente de un accidente evolutivo, que podía evolucionar fácilmente y, por lo tanto, no necesitaba cumplir un propósito específico. «Esto puede ser simplemente un extraño accidente evolutivo», añade Hochberg, «y tales accidentes podrían ocurrir si la estructura en cuestión no fuera demasiado difícil de construir… siempre y cuando sea inofensiva. Descubrieron que la estructura fractal apareció rápidamente». , fue muy fácil de producir y requirió una única mutación. Just «Creemos que esta enzima acaba de tropezar con una simetría inusual».

Los resultados indican que las transiciones evolutivas en el autoensamblaje son más comunes de lo que sugieren las bases de datos estructurales. «Esto significa que incluso las estructuras engañosas y estéticamente agradables son tan fáciles de evolucionar que a veces deberíamos esperar que existan sin ninguna buena razón», dice Hochberg.

«Creo firmemente que fomentará una mayor exploración de moléculas fractales más naturales en el futuro», afirma. Kai Wu, el investigador que construyó los triángulos moleculares sintéticos de Sierpiński. «Está claro que debemos permanecer humildes para aprender de la naturaleza el equilibrio estético entre complejidad y simplicidad».