ArticleAtoms to Phenotypes: Molecular Design Principles of Cellular Energy Metabolism

Segnaliamo un modello su scala di 100 milioni di atomi di un intero organello cellulare, una vescicola cromatoforica fotosintetica di un batterio viola, che rivela la cascata di fasi di conversione energetica che culmina nella generazione di ATP dalla luce solare. Le simulazioni di dinamica molecolare di questa vescicola chiariscono come i complessi integrali di membrana influenzano la curvatura locale per regolare la fotoeccitazione dei pigmenti. Le dinamiche browniane di piccole molecole all’interno del cromatoforo sondano i meccanismi di trasporto direzionale della carica in varie condizioni di pH e salinità. Riproducendo le proprietà fenotipiche dai dettagli atomistici, un modello cinetico evince che gli adattamenti a bassa luce del batterio emergono come risultato spontaneo dell’ottimizzazione dell’equilibrio tra l’integrità strutturale del cromatoforo e la robusta conversione di energia. I paralleli sono tracciati con il macchinario bioenergetico mitocondriale più universale, da cui si deducono intuizioni su scala molecolare nel meccanismo dell’invecchiamento cellulare. Insieme, il nostro metodo integrativo e gli esperimenti spettroscopici aprono la strada alla modellazione di principi primi di intere cellule viventi.