(PhysOrg.com) - Al desplegar una carpa por primera vez, quizás se pregunte cómo cabe la enorme lona en una bolsa del tamaño de una pelota de fútbol. Los biólogos se preguntan sobre algo similar:cuando una célula se divide, la superficie de la membrana celular crece. Es más, cuando las moléculas se llevan de un orgánulo a otro dentro de la célula, se forman vesículas de transporte encerradas en una membrana. Para que las membranas estén disponibles rápidamente, se almacenan dentro de las células en forma de nanotubos, estructuras de membranas tubulares - de manera similar a una lona que se ha doblado. Investigadores del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces en Potsdam han descubierto ahora un mecanismo utilizado por las células para generar nanotubos de membrana estables.

Las estructuras de membrana tubular se pueden encontrar en muchas áreas de una célula:en el aparato de Golgi, un tipo de estación de clasificación en la que se forman las vesículas de transporte; en las mitocondrias, las plantas de energía de la celda; o en el retículo endoplásmico, un tipo de red de conductos dentro de las células. Los tubos tienen un diámetro que va desde unos pocos nanómetros (una millonésima de milímetro) a unos pocos micrómetros (una milésima de milímetro). Cuanto más delgados sean los tubos, cuanto mayor sea la relación superficie / volumen. Por tanto, son ideales para almacenar muchas membranas en espacios bastante reducidos. Los investigadores creen que las proteínas motoras pueden utilizar energía para extraer nanotubos de las membranas celulares. sin embargo, las proteínas motoras no siempre se encuentran en las áreas de la célula donde se forman los nanotubos de membrana, ”Dice Rumiana Dimova, investigador del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces y coautor del estudio. Por esta razón, ella cree que debe haber otro mecanismo para generar nanotubos estables.

Los investigadores con sede en Potsdam ahora pueden haber encontrado la respuesta al acertijo. “El mecanismo genera nanotubos estables sin necesidad de ejercer fuerzas sobre la membrana. Por tanto, parece funcionar sin la necesidad de proteínas motoras, ”Dice Dimova. Parte del mecanismo se basa en un fenómeno omnipresente en el mundo de las membranas, la llamada ósmosis. Si ciertas moléculas están presentes en una concentración mayor fuera de la célula que dentro de la célula, es decir, forman la llamada solución hipertónica, entonces el agua fluirá fuera de la célula y la célula se contraerá.

Los investigadores de Potsdam han reproducido tales diferencias de concentración utilizando vesículas artificiales del tamaño de una célula. que contienen una mezcla de dos polímeros, a saber, polietilenglicol (PEG) y dextrano. “Los biopolímeros se encuentran en una concentración igualmente alta en las células vivas, ”Dice Dimova. "Por esta razón, consideramos que la vesícula es un buen modelo de célula ”. Los investigadores transfirieron la vesícula a una solución hipertónica, lo que hizo que la vesícula liberara agua y se encogiera de volumen.

Sin embargo, lo que sucedió fue completamente diferente a un escenario en el que, por ejemplo, una pelota de playa se desinfla y luego simplemente se colapsa en un panqueque plano. La salida del agua hizo que aumentara la concentración de los polímeros disueltos en la vesícula. Esta, Sucesivamente, hizo que los dos polímeros se separaran. Como resultado, dos gotitas separadas de diferentes tamaños formadas en la vesícula, muy parecido a la forma de un muñeco de nieve con una esfera grande (que contiene principalmente moléculas de PEG) y una esfera más pequeña (que contiene predominantemente moléculas de dextrano).

Usando un microscopio de fluorescencia, Los investigadores de Potsdam observaron que los nanotubos de membrana se formaron en el área rica en PEG y se acumularon en la interfaz entre las dos gotas. Los científicos demostraron que aproximadamente el 15% de la superficie de la membrana se había almacenado en los tubos. La resolución del microscopio no fue suficiente para poder determinar el diámetro de los tubos. Sin embargo, los investigadores estiman que es de unos 240 nanómetros.

Los investigadores también tienen un modelo explicativo de la aparición y estabilidad de los nanotubos. Descubrieron que los flujos de solución de diferentes densidades se activan cuando se separan los polímeros. Estos ejercen fuerzas sobre la membrana y contribuyen así a la formación de los tubos.

La siguiente pregunta que hicieron los científicos fue qué causa que los tubos de membrana permanezcan estables. Un análisis teórico de las formas de membrana observadas reveló que los tubos estables solo emergen si los dos lados de la membrana tienen una forma asimétrica, estructura molecular. Esta asimetría es causada por la interacción entre la membrana y los biopolímeros. Hay una alta concentración de moléculas de PEG en un lado, mientras que por el otro lado no existen tales moléculas. Debido a que el PEG interactúa con las moléculas de lípidos dentro de la membrana, la membrana intenta curvarse hacia adentro. La formación de nanotubos acomoda este comportamiento de la membrana celular. Los investigadores observaron que los nanotubos vuelven a desaparecer si se permite que la vesícula se infle una vez más mediante ósmosis.

"Para las células naturales, es fácil generar asimetría, de manera similar a lo que hemos visto en nuestro experimento, ”Dice Dimova. Por lo tanto, el biofísico cree que el mecanismo recién descubierto podría usarse en células vivas para almacenar la superficie de la membrana. Sin embargo, la prueba de esto aún está pendiente.