Quando as moléculas reagem: um novo software visualiza os processos biológicos em movimento
O KIMMDY poderá ajudar-nos a compreender melhor os processos biológicos e químicos no futuro
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Da produção de energia às alterações genéticas: as moléculas estão constantemente em movimento nas células biológicas. No entanto, a investigação experimental destes processos, que ocorrem em escalas de tempo e comprimento muito pequenas, é extremamente difícil. Para ultrapassar estes desafios, uma equipa de investigação do Instituto Max Planck de Investigação de Polímeros, liderada pela Diretora Frauke Gräter, desenvolveu um novo método de simulação. Este método funciona de forma extremamente rápida e pode prever processos químicos nas células com elevada precisão.
As reacções químicas são o motor da vida. Asseguram que as células obtêm energia, que as proteínas desempenham as suas funções e que o ADN se altera em determinadas condições. No entanto, muitos destes processos ocorrem em escalas extremamente pequenas - tão pequenas e tão rápidas que são difíceis de observar diretamente através de experiências.
Por isso, há anos que os investigadores utilizam simulações em computador para estudar o comportamento das moléculas. No entanto, uma propriedade importante tem sido deixada de fora até agora, de modo a manter as simulações dentro dos limites do que é viável nos supercomputadores actuais: Enquanto as moléculas se movem de forma realista em muitas simulações, as ligações químicas não se podem quebrar ou formar de novo.
Uma equipa de investigação do Instituto Max Planck de Investigação de Polímeros (MPI-P) em Mainz desenvolveu agora um método para ultrapassar esta limitação. O novo software KIMMDY (abreviatura de KInetic Monte Carlo MolecularDYnamics) combina várias abordagens computacionais e utiliza métodos de aprendizagem automática para calcular quando e onde as reacções químicas podem ocorrer.
"Isto permite-nos não só seguir como as moléculas se movem, mas também como reagem umas com as outras", diz a Professora Frauke Gräter, diretora do departamento de "Mecânica Biomolecular" do MPI-P. "Isto, por sua vez, abre possibilidades inteiramente novas para a investigação de processos biológicos complexos num computador".
O método recentemente desenvolvido permite simular sistemas moleculares muito grandes - como as proteínas ou o ADN no seu ambiente natural - ao mesmo tempo que rastreia cadeias de reação em que um passo químico desencadeia o seguinte. Estes processos desempenham um papel em muitos contextos biológicos, tais como danos em biomoléculas ou modificações químicas em proteínas ou ADN.
Para demonstrar as capacidades do método, os investigadores examinaram vários exemplos da biologia. Em simulações de colagénio, uma proteína crucial para a estabilidade da pele, dos ossos e do tecido conjuntivo, os investigadores puderam seguir a forma como os fragmentos moleculares reactivos migram através da proteína e se acumulam em locais específicos. Os danos no ADN, como os causados pela radiação UV, podem agora também ser investigados.
O novo método destaca-se pelo facto de permitir calcular sistemas com milhões de átomos de forma mais eficiente do que as abordagens concorrentes. Isto significa que o KIMMDY poderá ajudar-nos a compreender melhor os processos biológicos e químicos no futuro. Ao mesmo tempo, o KIMMDY abre novas possibilidades de interpretação dos resultados experimentais e de planeamento de novas experiências.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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