9: Mecánica Macromolecular

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Un enfoque alternativo para describir la conformación macromolecular aplicada tanto a fenómenos de equilibrio como de no equilibrio utiliza una descripción mecánica de las fuerzas que actúan sobre la cadena. Por supuesto, las fuerzas están presentes en todas partes en biología. Cerca del equilibrio, existen como fuerzas fluctuantes locales que inducen excursiones impulsadas térmicamente desde el mínimo de energía libre, y los sistemas biológicos utilizan procesos de generación de fuerza de no equilibrio derivados de fuentes de energía externas (como ATP) en numerosos procesos como los del transporte y la señalización. Por ejemplo, el movimiento dirigido de motores moleculares a lo largo de actina y microtúbulos, o la comunicación transmembrana alostérica de un evento de unión a ligando en GPCR.

Nuestro enfoque en esta sección es cómo las fuerzas aplicadas externamente influyen en la conformación macromolecular, y los experimentos que permiten una cuidadosa aplicación y medición de fuerzas en macromoléculas individuales. Estos se están realizando para comprender las propiedades mecánicas y las relaciones tensión/deformación. También pueden ser indicadores únicos de la función biológica que involucra a las moléculas deformadas.

Experimentos de aplicación de fuerza de molécula única
	Rango de Fuerza (pN)	Desplazamiento (nm)	Velocidad de carga (PN/seg)
Pinzas ópticas:	0.1-100 pN	0.1-10 ⁵	5-10	Cerca de Equilibruim
AFM:	10-10 ⁴	0.5-10 ⁴	100-1000	¡No equilibrio!
Estiramiento bajo flujo:	0.1-1000 pN	10-10 ⁵	1-100	Fuerza de estado estacionario
Simulaciones MD:	Arb.	<10 nm	10 ⁵ -10 ⁷!

Recuerda

9.1: Fuerza y Trabajo
Aquí nos centraremos en el comportamiento de estiramiento y extensión de macromoléculas.
9.2: Cadena parecida a gusano
La cadena tipo gusano es quizás los modelos más comúnmente encontrados de una cadena polimérica al describir la mecánica y la termodinámica de macromoléculas. Este modelo describe el comportamiento de una varilla delgada y flexible, y es particularmente útil para describir cadenas rígidas con curvatura débil, como el ADN bicatenario. Su comportamiento solo depende de dos parámetros que describen la varilla: (1) su rigidez a la flexión y (2) su longitud de contorno.
9.3: Elasticidad del polímero y comportamiento de fuerza-extensión