Debe saberse que RNAP es un motor molecular procesivo que es capaz de generar fuerzas en el rango de 25-30 pN. Esta fuerza se deriva de la energía libre de hidrólisis de los nucleótidos a medida que se incorporan a la cadena de ARN en crecimiento. Las sutilezas del mecanismo molecular por el cual las energías de enlace químico se transducen en la fuerza que impulsa el RNAP a lo largo de la cadena de ADN aún no se conocen a fondo.
- Fuerzas entrópicas
Estas son las fuerzas que se observan como “presentes” a través de experimentos de molécula única. La entropía es el grado de desorden. Entonces, ¿cuándo estaría una molécula de ADN libre en un estado de alta entropía? Cuando está en solución, por ejemplo, a medida que avanza para adaptar una configuración de bobina aleatoria, que maximiza aún más su entropía conformacional. Sin embargo, la entropía molecular se puede reducir con el estiramiento. De esa forma obtenemos una configuración de un polímero recto que une ambos extremos. En el caso de un motor molecular, como RNAP en nuestro caso, tendría que realizar un trabajo contra esta fuerza. Las fuerzas entrópicas pueden, en teoría, calcularse utilizando la relación simple de la constante de Boltzmann dividida por la longitud del ADN (que generalmente se encuentran en rangos de nanómetros). - Fuerzas elásticas
Estas fuerzas generalmente están relacionadas con modificaciones de la estructura molecular. Estas fuerzas juegan un papel importante en la reconfiguración y destrucción de hidrógeno, enlaces iónicos o van der Waals. Piense en las fuerzas que gobiernan las estructuras superenrolladas y desenrolladas del ADN. El hecho de que RNAP incluye actividad helicasa, las fuerzas elásticas sin duda potenciarían durante el proceso de desenrollado del ADN junto con la fuerza de fricción. Además, por intuición, también se crea una diferencia potencial debido a la presencia de superenrollamientos positivos y negativos: las regiones de ADN frente a RNAP se desenrollan (superenrollamientos positivos) y las regiones detrás de RNAP se rebobinan (superenrollamientos negativos) [1 ] [2].
(Fuente de la imagen: bobina)
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- Fuerzas de fricción
Las fuerzas de fricción son fuerzas dominantes en el mundo macroscópico y microscópico. Entonces son muy importantes [3]. La ecuación de movimiento se puede dar de la siguiente manera:
m (∂ν / ∂t) = – γ ν
- donde m es la masa, v es la velocidad y gamma es el coeficiente de fricción. Reorganizar la ecuación anterior nos da:
(∂ν / ∂t) = – (γ / m) ν - gamma / m denota el tiempo característico tao m / γ = τ. Esta vez nos dice cuánta energía cinética está perdiendo el RNAP a medida que encuentra fricción al seguir adelante. (Se agradecen las aportaciones de otros).
La idea general de estas fuerzas (probablemente junto con otras fuerzas) es la estabilización del sistema. Este sistema es el epítome de la dinámica no lineal. También se podría usar la analogía de otros motores moleculares como la miosina.
Lectura adicional, si está interesado:
- Motores de ARN polimerasa interactivos en la pista de ADN: efectos de congestión de tráfico y ruido intrínseco en la síntesis de ARN
- Análisis teórico del proceso de transcripción con bloqueo de polimerasa.
- Física no lineal del ADN
- http://www.nature.com/nsmb/journ…
- Física de la transcripción génica observada por investigadores de CU
Notas al pie
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