Un par de azúcares, una pizca de enzimas, una pizca de sal, un chorrito de polietilenglicol, cuidadosamente dispuestos en baños acuosos. Y los investigadores habían hecho un orgánulo sintético, que utilizaron en un nuevo estudio para explorar alguna bioquímica celular extraña.
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia hicieron la mezcla química en el laboratorio para imitar de cerca los orgánulos sin membrana, mini-órganos en células que no están contenidas en una membrana pero que existen como grupos de soluciones acuosas. Y su modelo demostró cómo, consolo unos pocos ingredientes, los orgánulos podrían llevar a cabo procesos biológicos afinados.
Los investigadores publicaron los resultados de su estudio en la revista Materiales aplicados e interfaces ACS para la edición del 26 de septiembre de 2018. La investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud y por la Fundación Nacional de Ciencias.
Un vistazo rápido a los orgánulos sin membrana debería ayudar a comprender el significado de la investigación.
¿Qué son los orgánulos sin membrana?
El descubrimiento de orgánulos que son piscinas de soluciones acuosas y no objetos con membranas es bastante reciente. Un buen ejemplo es el nucleolo. Reside dentro del núcleo de la célula, que es un orgánulo que tiene una membrana.
En el pasado, los investigadores pensaron que el nucleolo desapareció durante la división celular y reapareció más tarde. Mientras tanto, los investigadores se dieron cuenta de que el nucleolo no tiene membrana y que durante la división celular se difunde de la misma manera que las burbujas de agua en el aderezo de vinagreta que ha sidoagitado.
"Después de la división celular, el nucleolo vuelve a unirse como un único compartimento de fluido", dijo Shuichi Takayama, investigador principal del estudio y profesor en el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace E. Coulter de la Universidad de Georgia Tech y Emory.
Los orgánulos sin membrana pueden estar formados por algunas soluciones acuosas diferentes, cada una con diferentes solutos como proteínas o azúcar o ARN o sal. Las diferencias en la termodinámica de las soluciones, es decir, cómo sus moléculas rebotan, evitan que se fusionen enUna solución única.
En cambio, separan por fases la forma en que lo hacen el aceite y el agua, incluso después de mezclarse. Pero en este caso no hay petróleo.
"Son todas aguas", dijo Takayama. "Simplemente no se mezclan entre sí porque tienen diferentes solutos".
¿Qué procesos realistas demostró el experimento sintético?
Durante la mezcla, suceden cosas importantes. El nucleolo, por ejemplo, es vital para la transcripción del ADN. Pero la configuración sintética, una colección de soluciones acuosas hechas por el primer autor del estudio, Taisuke Kojima, llevó a cabo una serie de reacciones más simpleseso demostró cómo los orgánulos sin membrana podrían impulsar el procesamiento del azúcar.
"Teníamos tres fases de soluciones que contenían diferentes reactivos", dijo Kojima. "Era como una bola con tres capas: una solución externa, una solución intermedia y una solución central. La glucosa estaba en la capa externa; unenzima, glucosa oxidasa, estaba en la segunda capa, y peroxidasa de rábano picante estaba en el núcleo junto con un sustrato colorimétrico que nos dio una señal visible cuando ocurrió la última reacción que estábamos buscando ".
La glucosa en la capa externa interactuó con la glucosa oxidasa en la segunda capa, que catalizó la glucosa a peróxido de hidrógeno. Aterrizó en la segunda capa e interactuó con la peroxidasa de rábano en la capa central, que la catalizó en la capa centraljunto con ese compuesto que cambia de color.
"Este tipo de reacción en cascada es lo que uno esperaría ver funcionar a los orgánulos sin membrana", dijo Takayama.
La cascada incluso transportó cada producto de reacción de un compartimento al siguiente, algo muy típico en procesos biológicos, como órganos que digieren alimentos o moléculas de procesamiento de orgánulos.
¿Qué puede enseñarnos un descubrimiento sorpresa?
Parte de la reacción tomó a los investigadores por sorpresa, y resultó en un descubrimiento novedoso.
"Cuando los investigadores piensan en los orgánulos sin membrana, a menudo pensamos que las reacciones dentro de ellos son más eficientes cuando sus enzimas y sustratos están en el mismo compartimento", dijo Takayama. "Pero en nuestros experimentos, eso en realidad ralentizó la reacción. Nosotrosdijo, 'Whoa, ¿qué está pasando aquí?' "
"Cuando el sustrato está en el mismo lugar donde también se acumula el producto de la reacción, la enzima a veces se confunde, y eso puede impedir la reacción", dijo Kojima, quien es un investigador postdoctoral en el laboratorio de Takayama. "bastante sorprendido de verlo "
Kojima colocó las enzimas y el sustrato en soluciones separadas, que interactuaron pero no se fusionaron en una sola solución, y la reacción en su orgánulo sintético funcionó eficientemente. Esto demostró cómo las sutilezas inesperadas pueden estar afinando la química de los orgánulos.
"Fue un régimen de Ricitos de Oro, no demasiado contacto entre el sustrato y la enzima, no muy poco, justo", dijo Takayama.
"A veces, en una célula, un sustrato no es abundante y puede necesitar concentrarse en su pequeño compartimento y luego ponerse en contacto con la enzima", dijo Takayama. "Por el contrario, algunos sustratos pueden ser muy abundantes en elnúcleo, y podría ser importante separarlos de las enzimas para obtener el contacto suficiente para el tipo correcto de reacción ".
La investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud subvención R01 GM12351 y por la National Science Foundation subvención CBET 0939511. Los hallazgos, opiniones y conclusiones son de los autores y no necesariamente delos NIH
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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