Alguns açúcares, uma pitada de enzimas, uma pitada de sal, um respingo de polietilenoglicol, cuidadosamente dispostos em banhos de água. E os pesquisadores fizeram uma organela sintética, que eles usaram em um novo estudo para explorar alguma bioquímica celular estranha.

Os pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia fizeram a mistura química no laboratório para imitar organelas sem membranas, miniorgãos em células que não estão contidos em uma membrana, mas existem como reservatórios de soluções aquosas. E seu modelo demonstrou como, com apenas alguns ingredientes, as organelas podem realizar processos biológicos bem ajustados.

Os pesquisadores publicaram os resultados de seu estudo na revista Materiais e interfaces aplicados ACS para o dia 26 de setembro, Edição de 2018. A pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais dos Institutos Nacionais de Saúde e pela Fundação Nacional de Ciências.

Uma rápida olhada nas organelas sem membranas deve ajudar a entender o significado da pesquisa.

O que são organelas sem membranas?

A descoberta de organelas que são piscinas de soluções aquosas e não objetos com membranas é bastante recente. Um excelente exemplo é o nucléolo. Ele reside dentro do núcleo da célula, que é uma organela que tem uma membrana.

No passado, os pesquisadores pensaram que o nucléolo desapareceu durante a divisão celular e reapareceu mais tarde. Enquanto isso, os pesquisadores perceberam que o nucléolo não tem membrana e que, durante a divisão celular, ele se difunde da mesma forma que as bolhas de água em um molho vinagrete que foi sacudido.

"Após a divisão celular, o nucléolo volta a se reunir como um único compartimento de fluido, "disse Shuichi Takayama, o principal investigador do estudo e professor do Departamento de Engenharia Biomédica Wallace E. Coulter da Georgia Tech e da Emory University.

Organelas sem membrana podem ser feitas de algumas soluções aquosas diferentes, cada um com diferentes solutos como proteínas ou açúcar ou RNA ou sal. Diferenças na termodinâmica das soluções, isso é, como suas moléculas saltam, evite que eles se fundam em uma única solução.

Em vez de, eles se separam em fases da mesma forma que o óleo e a água, mesmo depois de se misturar. Mas não há óleo neste caso.

"Eles são todos águas, "Takayama disse." Eles simplesmente não se misturam porque têm solutos diferentes. "

Que processos semelhantes à vida o experimento sintético demonstrou?

Durante a mistura, coisas importantes acontecem. O nucléolo, por exemplo, é vital para a transcrição do DNA. Mas a configuração sintética, uma coleção de soluções aquosas feita pelo primeiro autor do estudo, Taisuke Kojima, realizaram uma série mais simples de reações que demonstraram como as organelas sem membranas podem conduzir o processamento do açúcar.

"Tínhamos três fases de soluções, cada uma contendo diferentes reagentes, "Kojima disse." Era como uma bola com três camadas:uma solução externa, uma solução intermediária, e uma solução central. A glicose estava na camada externa; uma enzima, glicose oxidase, estava na segunda camada, e a peroxidase de raiz forte estava no núcleo junto com um substrato colorimétrico que nos deu um sinal visível quando a última reação que estávamos procurando ocorreu. "

A glicose na camada externa tem interface com a glicose oxidase na segunda camada, que catalisou a glicose em peróxido de hidrogênio. Ele pousou na segunda camada e fez interface com a peroxidase de rábano na camada central, que o catalisou na camada central junto com aquele composto que transforma as cores.

"Este tipo de reação em cascata é o que se esperaria ver realizando organelas sem membranas, "Disse Takayama.

A cascata transportou até mesmo cada produto de reação de um compartimento para o próximo, algo muito típico em processos biológicos, como órgãos que digerem alimentos ou moléculas de processamento de organelas.

O que uma descoberta surpresa pode nos ensinar?

Parte da reação pegou os pesquisadores de surpresa, e resultou em uma nova descoberta.

"Quando os pesquisadores pensam sobre organelas sem membranas, muitas vezes pensamos que as reações dentro deles são mais eficientes quando suas enzimas e substratos estão no mesmo compartimento, "Disse Takayama." Mas em nossos experimentos, que na verdade retardou a reação. Nós dissemos, 'Uau, O que está acontecendo aqui?'"

"Quando o substrato está no mesmo lugar onde o produto da reação também se acumula, a enzima às vezes fica confusa, e isso pode impedir a reação, "disse Kojima, que é pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Takayama. "Fiquei muito surpreso ao ver isso."

Kojima colocou as enzimas e o substrato em soluções separadas, que fazia interface, mas não se fundia em uma única solução, e a reação em sua organela sintética funcionou com eficiência. Isso mostrou como sutilezas inesperadas podem estar no ajuste fino da química das organelas.

"Era um regime Cachinhos Dourados, não muito contato entre o substrato e a enzima, não muito pouco, na medida, "Disse Takayama.

"As vezes, em uma célula, um substrato não é abundante e pode precisar ser concentrado em seu próprio pequeno compartimento e, em seguida, colocado em contato com a enzima, "Disse Takayama." Em contraste, alguns substratos podem ser muito abundantes no núcleo, e pode ser importante separá-los das enzimas para obter o contato suficiente para o tipo certo de reação. "