Contrairement aux modèles en plastique rigide de la classe de chimie, de vraies chaînes de molécules peuvent se plier et s'étirer, comme des perles sur un cordon élastique. Certains polymères, comme l'ADN, sont particulièrement extensibles, une caractéristique qui peut compliquer les tentatives de modélisation de leur comportement.

Depuis les travaux fondateurs de Paul Flory, les chercheurs ont développé une variété de formules pour calculer la distance entre les extrémités d'un polymère incurvé. Cependant, ces formules n'ont généralement pas pris en compte l'élasticité de la molécule. Dans une nouvelle étude, publié cette semaine dans Le Journal de Physique Chimique , les scientifiques ont dérivé une formule pour déterminer la distance de bout en bout d'un polymère semi-flexible, y compris l'ADN ou l'ARN, tout en tenant compte de l'étirement du polymère.

Les estimations précédentes sur la façon dont les polymères se plient ne tenaient pas compte de la façon dont la molécule se déplace en trois dimensions. "Cette méthode de calcul de la distribution des longueurs de contour est plus rigoureuse, " a déclaré Xi Zhang de l'Université de Wuhan et auteur principal de l'article. " Non seulement nous pouvons calculer la distance de bout en bout, nous pouvons également déterminer la forme du polymère.

En incluant l'extensibilité du polymère, la nouvelle formule peut aider les chercheurs à estimer la flexibilité des segments d'ADN, une propriété connue pour être essentielle à sa fonction biologique. La flexibilité de l'ADN a un impact sur la liaison des protéines régulatrices et la façon dont l'ADN s'enroule autour des histones, des protéines qui agissent comme des bobines pour garder l'ADN soigneusement emballé à l'intérieur d'un noyau. Les façons spécifiques dont l'ADN se plie et s'enroule autour des histones peuvent affecter l'expression des gènes en exposant certains gènes à l'extérieur, tandis que d'autres restent cachés.

Les chercheurs ont construit sur la base du modèle de chaîne en forme de ver, qui traite les polymères semi-flexibles comme l'ADN et l'ARN comme des maillons d'une chaîne. À l'aide de simulations de Monte Carlo étendues, ils ont validé leur formule sur une large gamme de valeurs d'élasticité et de flexibilité. Ils ont également utilisé des simulations de dynamique moléculaire, qui modélisent comment les molécules se déplacent et interagissent dans le temps, pour s'assurer qu'ils ont obtenu des résultats similaires de leur méthode pour les polymères courts d'ADN et d'ARN.

Ce type de formule est plus efficace du point de vue informatique que l'utilisation de simulations informatiques pour déterminer la distance de bout en bout de l'étirement, polymères de pliage, et, en secondes, peut calculer des résultats qui pourraient prendre des semaines de simulations.

La nouvelle formule est particulièrement utile pour estimer la distribution de longueur de bout en bout de petits polymères, soulignent les auteurs. "Cet étirement est vraiment important dans un biopolymère quand il est vraiment court, disons 40 paires de bases, " a déclaré Zhang. Ils calculent que l'effet de l'étirement devient négligeable pour les molécules d'ADN plus longues qu'environ 130 paires de bases, et pour les ARN plus longs qu'environ 240 paires de bases.