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A produção de energia na natureza é responsabilidade dos cloroplastos e mitocôndrias e é crucial para a fabricação de células sintéticas sustentáveis no laboratório. As mitocôndrias não são apenas “as usinas de força da célula”, como diz o ditado de biologia do ensino médio, mas também um dos componentes intracelulares mais complexos para se replicar artificialmente.
Em Revisões de Biofísicada AIP Publishing, pesquisadores da Sogang University na Coréia do Sul e do Harbin Institute of Technology na China identificaram os avanços mais promissores e os maiores desafios das mitocôndrias e cloroplastos artificiais.
“Se os cientistas puderem criar mitocôndrias e cloroplastos artificiais, poderíamos desenvolver células sintéticas que podem gerar energia e sintetizar moléculas de forma autônoma. Isso abriria caminho para a criação de organismos ou biomateriais inteiramente novos”, disse o autor Kwanwoo Shin.
Nas plantas, os cloroplastos usam a luz solar para converter água e dióxido de carbono em glicose. As mitocôndrias, encontradas tanto em plantas quanto em animais, produzem energia quebrando a glicose.
Uma vez que uma célula produz energia, ela geralmente usa uma molécula chamada trifosfato de adenosina (ATP) para armazenar e transferir essa energia. Quando a célula decompõe o ATP, ela libera energia que alimenta as funções da célula.
“Em outras palavras, o ATP atua como a principal moeda de energia da célula e é vital para a célula realizar a maior parte das funções celulares”, disse Shin.
A equipe descreve os componentes necessários para construir mitocôndrias e cloroplastos sintéticos e identifica as proteínas como os aspectos mais importantes para a maquinaria rotativa molecular, transporte de prótons e produção de ATP.
Estudos anteriores replicaram componentes que compõem as organelas produtoras de energia. Alguns dos trabalhos mais promissores investigam as operações intermediárias envolvidas no complexo processo de geração de energia. Ao conectar a sequência de proteínas e enzimas, os pesquisadores melhoraram a eficiência energética.
Um dos desafios mais significativos remanescentes na tentativa de reconstruir as organelas de produção de energia é permitir a auto-adaptação em ambientes em mudança para manter um suprimento estável de ATP. Estudos futuros devem investigar como melhorar essa característica limitante antes que as células sintéticas sejam autossustentáveis.
Os autores acreditam que é importante criar células artificiais com métodos de geração de energia biologicamente realistas que imitem os processos naturais. Replicar toda a célula pode levar a futuros biomateriais e dar uma visão do passado.
“Este pode ser um marco importante na compreensão da origem da vida e da origem das células”, disse Shin.
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