As membranas celulares transitam perfeitamente entre configurações 3D distintas. É uma característica notável que é essencial para vários fenômenos biológicos, como divisão celular, mobilidade celular, transporte de nutrientes para as células e infecções virais. Pesquisadores do Instituto Indiano de Ciências (IISc) e seus colaboradores desenvolveram recentemente um experimento que esclarece o mecanismo pelo qual tais processos podem ocorrer em tempo real.
Os pesquisadores analisaram as membranas coloidais, que são camadas de micrômetros de partículas alinhadas e semelhantes a bastonetes. As membranas coloidais fornecem um sistema mais tratável para estudar, pois exibem muitas das mesmas propriedades que as membranas celulares. Ao contrário de uma folha de plástico, onde todas as moléculas são imóveis, as membranas celulares são folhas fluídicas nas quais cada componente é livre para se difundir. "Esta é uma propriedade chave das membranas celulares que também está disponível em nosso sistema [de membrana coloidal]", explica Prerna Sharma, professora associada do Departamento de Física do IISc e autora correspondente do estudo publicado na revista Anais da Academia Nacional de Ciências .

As membranas coloidais foram compostas pela preparação de uma solução de vírus em forma de bastonete de dois comprimentos diferentes:1,2 micrômetro e 0,88 micrômetro. Os pesquisadores estudaram como a forma das membranas coloidais muda à medida que se aumenta a fração de hastes curtas na solução. "Eu fiz várias amostras misturando diferentes volumes dos dois vírus e depois os observei ao microscópio", explica Ayantika Khanra, Ph.D. estudante do Departamento de Física e primeiro autor do artigo.

Quando a proporção de hastes curtas foi aumentada de 15% para entre 20-35%, as membranas passaram de uma forma plana de disco para uma forma de sela. Com o tempo, as membranas começaram a se fundir e crescer em tamanho. As selas foram classificadas por sua ordem, que é o número de subidas e descidas encontradas à medida que se move ao longo da borda da sela. Os pesquisadores observaram que quando as selas se fundiam lateralmente, elas formavam uma sela maior da mesma ordem ou superior. No entanto, quando eles se fundiram em um ângulo quase reto, longe de suas bordas, a configuração final foi uma forma de catenóide. Os catenóides então se fundiram com outras selas, dando origem a estruturas cada vez mais complexas, como trinóides e quatro-nóides.

Para explicar o comportamento observado das membranas, os pesquisadores também propuseram um modelo teórico. De acordo com as leis da termodinâmica, todos os sistemas físicos tendem a se mover para configurações de baixa energia. Por exemplo, uma gota de água assume uma forma esférica porque tem menor energia. Para membranas, isso significa que formas com bordas mais curtas, como um disco plano, são mais favorecidas. Outra propriedade que desempenha um papel na definição da configuração da membrana é o módulo de curvatura gaussiana. Um insight chave do estudo foi mostrar que o módulo de curvatura gaussiana das membranas aumenta quando a fração de hastes curtas é aumentada. Isso explica por que a adição de mais hastes curtas levou as membranas a formas semelhantes a selas, que são mais baixas em energia. Isso também explica outra observação de seu experimento, onde as membranas de baixa ordem eram pequenas em tamanho, enquanto as membranas de alta ordem eram grandes.

"Nós propusemos um mecanismo de geração de curvatura de membranas fluídicas que é novo. Esse mecanismo de ajuste da curvatura alterando o módulo gaussiano poderia estar em jogo também em membranas biológicas", diz Sharma. Ela acrescenta que eles querem continuar estudando como outras mudanças microscópicas nos componentes da membrana afetam as propriedades em larga escala das membranas. + Explorar mais

Queima de membranas para peneiramento molecular