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O interior de uma célula viva está repleto de moléculas grandes e complexas. Novas pesquisas sobre como essas moléculas podem se organizar espontaneamente podem aprofundar nossa compreensão de como as células gerenciam sua bioquímica essencial no espaço lotado. Esta pesquisa também pode lançar luz sobre como os primeiros sistemas vivos surgiram e como eles desenvolveram suas complexidades.
As células eucarióticas contêm estruturas organizadas, ou organelas, delimitadas por uma membrana lipídica. Um exemplo são as mitocôndrias, que geram energia nas células. Nos últimos anos, os cientistas descobriram que, além dessas organelas, grupos de moléculas podem se formar espontaneamente em organelas temporárias, sem membrana, para realizar alguma função específica.
“Pode haver mecanismos físicos simples para criar ‘organelas de design’ especializadas sob demanda”, disse Atul Parikh, professor de engenharia biomédica da Universidade da Califórnia, em Davis.
Usando um modelo simplificado de uma célula, o laboratório de Parikh descobriu como as misturas de polímeros podem se transformar em gotículas separadas por fase, como óleos em uma lâmpada de lava, e que essas gotículas interagem com a membrana celular de maneiras inesperadas, inclusive afetando a estrutura externa de a célula. A obra é publicada em 6 de julho em Química da Natureza.
Wan-Chi Su, um estudante de pós-graduação que trabalha com Parikh, criou vesículas artificiais do tamanho de uma célula viva. São essencialmente bolhas com uma membrana sintética, contendo água com dois polímeros dissolvidos nela. Ambos os polímeros se dissolvem em água, mas se repelem, então, se misturados e deixados sozinhos, eles se separariam em duas fases, como um molho de salada não misturado.
Su e Parikh descobriram que, ao retirar a água das vesículas, os polímeros começariam a formar gotículas separadas, como era de se esperar. Mas, em vez de progredir para gotículas cada vez maiores, eles descobriram que o crescimento foi interrompido por interações entre as gotículas de polímero e o interior da membrana da vesícula, criando um mosaico de gotículas.
Sinalização fora da célula
Essas interações também tiveram um efeito na parte externa da vesícula, causando um efeito de bolhas ou ‘bolha’. Isso se parece com um efeito observado em células vivas em algumas circunstâncias.
“O acoplamento ao limite da célula interrompe prematuramente a separação de fases e cria um mosaico de gotículas. Essas gotículas 3D dentro da vesícula, curiosamente, reorganizam as moléculas na membrana 2D, sinalizando também para o exterior da vesícula”, disse Parikh. Os pesquisadores estão confiantes de que o fenômeno é geralmente aplicável e não específico para esta combinação particular de moléculas.
O trabalho mostra como as interações puramente físicas – como os polímeros se repelem ou se atraem – podem dar origem a uma organização complexa em um sistema simplificado semelhante a uma célula, disse Parikh.
“Estamos elucidando os princípios físicos e químicos por trás da biologia”, disse ele. “Pode dizer algo sobre como a vida pode ter surgido em primeiro lugar.”
Parikh e seus colegas planejam expandir o trabalho para sistemas mais complexos, incluindo células vivas.
Autores adicionais no papel são: Douglas Gettel, UC Davis; James Ho CS, Nanyang Technological University, Singapura; Andrew Rowland e Christine Keating, da Universidade Estadual da Pensilvânia.
O trabalho foi apoiado em parte pela National Science Foundation e pelo Departamento de Energia dos EUA.
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