Ooit gehoord van polaronen? Ze zijn een soort quasi-deeltje dat het resultaat is van elektronen die zichzelf opsluiten in een trillend kristalrooster. Polaronen kunnen worden gebruikt om energie te transporteren onder bepaalde omstandigheden die verband houden met de relatieve trillingen van de elektronen en het rooster zelf. De theorie die uitlegt hoe polaronen energie in kristallen dragen, kan worden toegepast op lange moleculen die polypeptiden worden genoemd - die zich tot eiwitten kunnen vouwen.

In een nieuwe studie gepubliceerd in EPJ B , Jingxi Luo en Bernard Piette van de Universiteit van Durham, VK, presenteren een nieuw wiskundig model dat beschrijft hoe polaronen op een gerichte manier kunnen worden verplaatst met minimaal energieverlies in lineaire peptideketens - die werden gebruikt als een proxy voor de studie van eiwitten. Het model houdt daarom rekening met het energietransportmechanisme dat verklaart hoe energie die in een biologische cel wordt gegenereerd, langs transmembraaneiwitten naar de buitenkant van de cel beweegt.

Dus hoe worden polarons gemaakt? Regelmatige kristalroosters vertonen spontane trillingen. De aanwezigheid van elektronen veroorzaakt plaatselijke vervormingen van deze trillingen. Wanneer de elektronen en het rooster een bepaald soort elektromagnetische interactie ervaren, of koppeling, het energiepotentieel voor het elektron wordt verlaagd, dus het opsluiten in het rooster. Een soortgelijke koppeling vindt plaats tussen polarons en de peptide-eenheden in polypeptiden.

Met behulp van simulaties, de auteurs ontdekten dat wat het vermogen van polaronen om energie te transporteren bepaalt, deels verband houdt met de mate van symmetrie van de elektroneninteractie met het rooster. Een voorspelling van hun model is dat een constant elektrisch veld, gebruikt in combinatie met willekeurige krachten veroorzaakt door warmte in de celomgeving, kan de beweging van een polaron langs een polypeptideketen initiëren en ondersteunen. En dit elektrische veld komt overeen met het constante energiepotentiaalverschil dat over het membraan van een typische cel te vinden is.