ArtigoAtoms to Phenotypes: Princípios de Desenho Molecular do Metabolismo da Energia Celular

Relatamos um modelo à escala de 100 milhões de átomos de uma organela celular inteira, uma vesícula cromatófora fotossintética de uma bactéria roxa, que revela a cascata de etapas de conversão de energia culminando na geração de ATP a partir da luz solar. As simulações de dinâmica molecular desta vesícula elucidam como os complexos de membrana integral influenciam a curvatura local para afinar a fotoexcitação dos pigmentos. A dinâmica browniana de pequenas moléculas dentro do cromatóforo sonda os mecanismos de transporte de carga direcional sob várias condições de pH e salinidade. Reproduzindo propriedades fenotípicas a partir de detalhes atomísticos, um modelo cinético evidencia que adaptações de baixa luminosidade da bactéria emergem como resultado espontâneo da otimização do equilíbrio entre a integridade estrutural do cromatóforo e a conversão energética robusta. Os paralelos são desenhados com a maquinaria bioenergética mitocondrial mais universal, de onde se inferem os conhecimentos à escala molecular sobre o mecanismo do envelhecimento celular. Juntos, nosso método integrativo e experimentos espectroscópicos abrem o caminho para a modelagem de células vivas inteiras em primeiro lugar.