p Lulas, polvos e chocos são mestres indiscutíveis do engano e da camuflagem. Sua extraordinária habilidade de mudar de cor, textura e forma são incomparáveis, mesmo pela tecnologia moderna. p Os pesquisadores do laboratório da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, o professor Daniel Morse, há muito tempo se interessam pelas propriedades ópticas dos animais que mudam de cor, e eles estão particularmente intrigados com a lula opalescente da costa. Também conhecido como lula de mercado da Califórnia, esses animais desenvolveram a capacidade de ajustar fina e continuamente sua cor e brilho a um grau incomparável em outras criaturas. Isso permite que eles se comuniquem, bem como se esconder à vista de todos no oceano superior brilhante e muitas vezes inexpressivo.

p Em trabalhos anteriores, os pesquisadores descobriram que proteínas especializadas, chamadas refletinas, controlar células de pigmento reflexivo - iridócitos - que por sua vez contribuem para mudar a visibilidade geral e a aparência da criatura. Mas ainda era um mistério como as refletinas realmente funcionavam.

p "Queríamos agora entender como funciona esta notável máquina molecular, "disse Morse, um Distinto Professor Emérito do Departamento de Molecular, Biologia Celular e de Desenvolvimento, e autor principal de um artigo que aparece no Journal of Biological Chemistry . Compreendendo esse mecanismo, ele disse, forneceria uma visão sobre o controle ajustável de propriedades emergentes, que poderia abrir a porta para a próxima geração de materiais sintéticos bioinspirados.

p Pele refletora de luz

p Como a maioria dos cefalópodes, lula opalescente costeira, praticam sua feitiçaria por meio do que pode ser a pele mais sofisticada encontrada em qualquer lugar da natureza. Músculos minúsculos manipulam a textura da pele enquanto pigmentos e células iridescentes afetam sua aparência. Um grupo de células controla sua cor expandindo e contraindo células em sua pele que contêm sacos de pigmento.

p Atrás dessas células pigmentares está uma camada de células iridescentes - os iridócitos - que refletem a luz e contribuem para a cor dos animais em todo o espectro visível. As lulas também têm leucóforos, que controlam a refletância da luz branca. Juntos, essas camadas de células que contêm pigmentos e refletem a luz dão às lulas a capacidade de controlar o brilho, cor e matiz de sua pele sobre uma paleta notavelmente ampla.

p Ao contrário da cor dos pigmentos, os tons altamente dinâmicos da lula opalescente costeira resultam da alteração da própria estrutura do iridócito. A luz é refletida entre feições de tamanho nanométrico aproximadamente do mesmo tamanho que os comprimentos de onda na parte visível do espectro, produzindo cores. À medida que essas estruturas mudam suas dimensões, as cores mudam. As proteínas de Reflectina estão por trás da capacidade dessas características de mudar de forma, e a tarefa dos pesquisadores era descobrir como eles fazem o trabalho.

p Graças a uma combinação de engenharia genética e análises biofísicas, os cientistas encontraram a resposta, e acabou sendo um mecanismo muito mais elegante e poderoso do que se imaginava anteriormente.

p "Os resultados foram muito surpreendentes, "disse o primeiro autor Robert Levenson, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Morse. O grupo esperava encontrar um ou dois pontos na proteína que controlavam sua atividade, ele disse. "Em vez de, nossa evidência mostrou que as características das refletinas que controlam sua detecção de sinal e a montagem resultante estão espalhadas por toda a cadeia protéica. "

p Um motor osmótico

p Reflectina, que está contido em camadas compactadas de membrana em iridócitos, parece um pouco com uma série de contas em um cordão, os pesquisadores descobriram. Normalmente, as ligações entre as contas são fortemente carregadas positivamente, então eles se repelem, endireitando as proteínas como espaguete cru.

p Morse e sua equipe descobriram que os sinais nervosos para as células reflexivas desencadeiam a adição de grupos fosfato aos links. Esses grupos fosfato carregados negativamente neutralizam a repulsão dos links, permitindo que as proteínas se dobrem. A equipe ficou especialmente animada ao descobrir que esta dobra expôs novos, superfícies pegajosas nas porções semelhantes a contas da refletina, permitindo que eles se agrupem. Até quatro fosfatos podem se ligar a cada proteína refletina, fornecendo à lula um processo precisamente ajustável:quanto mais fosfatos adicionados, quanto mais as proteínas se dobram, expondo progressivamente mais das superfícies hidrofóbicas emergentes, e quanto maiores os aglomerados crescem.

p À medida que esses aglomerados crescem, os muitos, solteiro, pequenas proteínas em solução tornam-se menos, grupos maiores de proteínas múltiplas. Isso muda a pressão do fluido dentro das pilhas de membrana, expulsar a água - um tipo de "motor osmótico" que responde às menores mudanças na carga gerada pelos neurônios, aos quais manchas de milhares de leucóforos e iridócitos estão conectadas. A desidratação resultante reduz a espessura e o espaçamento das pilhas de membrana, que muda o comprimento de onda da luz refletida progressivamente de vermelho para amarelo, depois para verde e finalmente azul. A solução mais concentrada também tem um índice de refração mais alto, o que aumenta o brilho das células.

p "Não tínhamos ideia de que o mecanismo que descobriríamos seria tão complexo, embora contido e tão elegantemente integrado em uma molécula multifuncional - a refletina copolimérica em bloco - com domínios opostos tão delicadamente posicionados que agem como uma máquina metaestável, detectar e responder continuamente à sinalização neuronal, ajustando com precisão a pressão osmótica de uma nanoestrutura intracelular para ajustar com precisão a cor e o brilho de sua luz refletida, "Disse Morse.

p O que mais, os pesquisadores descobriram, todo o processo é reversível e ciclável, permitindo que a lula ajuste continuamente quaisquer propriedades ópticas que sua situação exija.

p Novos Princípios de Design

p Os pesquisadores manipularam com sucesso a reflectina em experimentos anteriores, mas este estudo marca a primeira demonstração do mecanismo subjacente. Agora, ele pode fornecer novas ideias para cientistas e engenheiros que projetam materiais com propriedades ajustáveis. "Nossas descobertas revelam uma ligação fundamental entre as propriedades dos materiais biomoleculares produzidos em sistemas vivos e os polímeros sintéticos de alta engenharia que agora estão sendo desenvolvidos nas fronteiras da indústria e da tecnologia, "Morse disse.

p "Como a reflectina funciona para controlar a pressão osmótica, Posso imaginar aplicações para novos meios de armazenamento e conversão de energia, aplicações farmacêuticas e industriais envolvendo viscosidade e outras propriedades líquidas, e aplicações médicas, " ele adicionou.

p Notavelmente, alguns dos processos em funcionamento nessas proteínas refletinas são compartilhados pelas proteínas que se agrupam patologicamente na doença de Alzheimer e em outras condições degenerativas, Morse observou. Ele planeja investigar por que esse mecanismo é reversível, ciclável, inofensivo e útil no caso de refletina, mas irreversível e patológico para outras proteínas. Talvez as diferenças bem estruturadas em suas sequências possam explicar a disparidade, e até apontam novos caminhos para prevenção e tratamento de doenças.