(PhysOrg.com) - Ao desdobrar uma barraca pela primeira vez, você pode se perguntar como a enorme lona cabe em uma bolsa do tamanho de uma bola de futebol. Os biólogos se perguntam sobre algo semelhante:quando uma célula se divide, a área de superfície da membrana celular aumenta. Além disso, quando as moléculas são trazidas de uma organela para outra dentro da célula, vesículas de transporte fechadas por membrana são formadas. Para que as membranas possam ser disponibilizadas rapidamente, eles são armazenados dentro das células na forma de nanotubos, estruturas de membrana tubular - semelhante a uma lona que foi dobrada. Pesquisadores do Instituto Max Planck de coloides e interfaces em Potsdam descobriram agora um mecanismo usado pelas células para gerar nanotubos de membrana estáveis.

Estruturas de membrana tubular podem ser encontradas em muitas áreas de uma célula:no aparelho de Golgi, um tipo de estação de classificação na qual as vesículas de transporte são formadas; na mitocôndria, as usinas de energia da célula; ou no retículo endoplasmático, um tipo de rede de dutos dentro das células. Os tubos têm um diâmetro que varia de alguns nanômetros (um milionésimo de milímetro) a alguns micrômetros (um milésimo de um milímetro). Quanto mais finos os tubos, quanto maior for a relação superfície / volume. Eles são, portanto, ideais para armazenar uma grande quantidade de membrana em espaços bastante pequenos. Os pesquisadores acreditam que as proteínas motoras podem usar energia para puxar nanotubos das membranas celulares. “No entanto, proteínas motoras nem sempre são encontradas nas áreas da célula onde os nanotubos de membrana são formados, ”Diz Rumiana Dimova, pesquisador do Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces e co-autor do estudo. Por esta razão, ela acredita que deve haver outro mecanismo para gerar nanotubos estáveis.

Os pesquisadores baseados em Potsdam podem agora ter encontrado a resposta para o enigma. “O mecanismo gera nanotubos estáveis ​​sem a necessidade de exercer forças na membrana. Portanto, parece funcionar sem a necessidade de proteínas motoras, ”Diz Dimova. Parte do mecanismo é baseado em um fenômeno que é onipresente no mundo das membranas, a chamada osmose. Se certas moléculas estão presentes em uma concentração maior fora da célula do que dentro da célula - ou seja, elas formam a chamada solução hipertônica - então a água fluirá para fora da célula e a célula se contrairá.

Os pesquisadores em Potsdam reproduziram essas diferenças de concentração usando vesículas artificiais do tamanho de uma célula, que contém uma mistura de dois polímeros, nomeadamente polietilenoglicol (PEG) e dextrano. “Os biopolímeros são encontrados em uma concentração similarmente alta em células vivas, ”Diz Dimova. “Por esta razão, consideramos a vesícula um bom modelo de célula. ”Os pesquisadores transferiram a vesícula para uma solução hipertônica, o que fez com que a vesícula liberasse água e diminuísse de volume.

Contudo, o que aconteceu foi completamente diferente de um cenário em que, por exemplo, uma bola de praia é esvaziada e então simplesmente desaba em uma panqueca plana. O escoamento da água fez com que a concentração dos polímeros dissolvidos na vesícula aumentasse. Esse, por sua vez, fez com que os dois polímeros se separassem. Como resultado, duas gotículas separadas de tamanhos diferentes formadas na vesícula, muito parecido com a forma de um boneco de neve com uma grande esfera (contendo principalmente moléculas de PEG) e uma esfera menor (predominantemente contendo moléculas de dextrano).

Usando um microscópio de fluorescência, os pesquisadores baseados em Potsdam observaram que os nanotubos de membrana se formaram na área rica em PEG e se acumularam na interface entre as duas gotículas. Os cientistas mostraram que cerca de 15% da superfície da membrana foi armazenada nos tubos. A resolução do microscópio não foi suficiente para determinar o diâmetro dos tubos. Contudo, os pesquisadores estimam que seja cerca de 240 nanômetros.

Os pesquisadores também têm um modelo explicativo para o surgimento e estabilidade dos nanotubos. Eles descobriram que fluxos de solução de diferentes densidades são acionados quando os polímeros são separados. Estes exercem forças na membrana e, assim, contribuem para a formação dos tubos.

A próxima pergunta que os cientistas fizeram foi o que faz com que os tubos de membrana permaneçam estáveis. Uma análise teórica das formas de membrana observadas revelou que tubos estáveis ​​só emergem se os dois lados da membrana têm uma forma assimétrica, estrutura molecular. Essa assimetria é causada pela interação entre a membrana e os biopolímeros. Há uma alta concentração de moléculas de PEG de um lado, enquanto do outro lado não existem tais moléculas. Como o PEG interage com as moléculas de lipídios dentro da membrana, a membrana tenta se curvar para dentro. A formação dos nanotubos acomoda esse comportamento da membrana celular. Os pesquisadores observaram que os nanotubos desaparecem novamente se a vesícula inflar novamente por osmose.

“Para células naturais, é fácil gerar assimetria - semelhante ao que vimos em nosso experimento, ”Diz Dimova. O biofísico, portanto, acredita que o mecanismo recém-descoberto poderia ser usado em células vivas para armazenar a superfície da membrana. Contudo, a prova disso ainda está pendente.