Nanocaurules: šūnas membrāna noliktavā

Osmotiskie spēki, kas iesaistīti nanocauruļu veidošanā šūnās

Nanocauruļu veidošana pūslī © MPI koloīdiem un saskarnēm
lasīt skaļi

Kad šūna dalās, šūnas membrānas laukums palielinās. Lai varētu ātri nodrošināt membrānas papildināšanu, šūnas savā iekšējā membrānas virsmā uzkrājas nanocaurulīšu formā, caur kurām ir šūnu membrānas invaginācijas. Max Planck pētnieki tagad ir atklājuši mehānismu, kā šūna varētu veidot tik stabilas membrānas nanocaurules.

Cauruļveida šūnu membrānas invaginācijas var atrast daudzās šūnās: Golgi aparātā - sava veida šūnas kustīgā stacijā, transporta vezikulu veido, mitohondrijās, šūnas spēkstacijās vai endoplazmatiskajā retikulumā - sava veida kanālu tīklu šūnās. Cauruļu diametrs ir no dažiem nanometriem - milimetra miljondaļām - līdz dažiem mikroniem (tūkstošdaļas milimetru).

Jo plānākas ir caurules, jo lielāka ir attiecība starp to virsmas laukumu un tilpumu. Tāpēc tie ir ideāli piemēroti membrānas laukuma glabāšanai vismazākajā telpā.

Motorās olbaltumvielas saliek šūnu membrānu kopā

Pētnieki pieļauj, ka motorās olbaltumvielas, izmantojot enerģiju, var salocīt šūnu membrānu nanocaurulēs. "Bet šie motora proteīni nav visur šūnā, kur veidojas membrānas nanocaurules, " saka Rumiana Dimova no Maks Planka koloīdu un saskarņu institūta, pētījuma līdzautore žurnālā Proceedings of the National Academy of Sciences ASV "(PNAS). Tāpēc ir jābūt vēl vienam mehānismam, kas rada stabilas nanocaurules, saka Dimova.

Potsdamas pētnieki tagad ir atraduši puzles iespējamo risinājumu. "Mehānisms rada stabilas nanocaurules, bez liekiem spēkiem uz membrānas. Tas neprasa motoriskās olbaltumvielas, "skaidro Dimova. displejs

Osmozes fenomens

Daļa mehānisma ir balstīta uz fenomenu, kas ir viscaur izplatīts membrānu pasaulē, tā saukto osmozi. Ja noteiktas molekulas atrodas ārpus šūnas lielākā koncentrācijā nekā šūnā - tās veido tā saukto hipertonisko šķīdumu, tad no šūnas izplūst ūdens un šūna saraujas.

Tas ir tieši tas, ko Potsdamas pētnieki izdarīja ar modeļa šūnu. Tas bija mākslīgais pūslīša izmērs šūnā, kas satur divu polimēru, proti, polietilēnglikola (PEG) un dekstrāna, maisījumu. "Pat dzīvās šūnās biopolimēri ir līdzīgi augstā koncentrācijā, " saka Dimova. "Tāpēc mēs uzskatām, ka pūslīši ir labs šūnu modelis."

Polimēru veidi atdalās

Pētnieki ir veikuši vezikulu hipertoniskā šķīdumā. Tajā tas saruka, jo piešķīra ūdeni hipertoniskajam šķīdumam. Tomēr tas notika pavisam savādāk nekā badebols, kas atbrīvo gaisu un vienkārši sabrūk līdzenā pankūkā. Ūdens aizplūšana izraisīja izšķīdušo polimēru koncentrācijas palielināšanos pūslī.

Tas, savukārt, pēc zinātnieku domām, nozīmēja, ka divu veidu polimēri lielā mērā ir nodalīti. Rezultātā vezikulā izveidojās divi atsevišķi, dažāda lieluma pilieni tā, ka tas ieguva sniegavīra formu ar lielāku sfēru, kas galvenokārt satur PEG, un mazāku, kas satur pārsvarā dekstrānu,

Izmantojot fluorescences mikroskopu, Potsdamas pētnieki novēroja, ka membrānas nanodaļiņas veidojas pūslīša bagātinātajā pūslīša daļā un piestiprinās pie saskarnes starp diviem pilieniem. Zinātnieki parādīja, ka mēģenēs tika glabāti apmēram 15 procenti membrānas laukuma. Mikroskopa izšķirtspēja nebija pietiekama, lai noteiktu mēģenīšu diametru. Tomēr pētnieki to spēja aprēķināt aptuveni 240 nanometru augstumā.

Kāpēc membrānas caurules paliek stabilas?

Pētniekiem ir arī skaidrojošs nanocauruļu veidošanās un stabilitātes modelis. Viņi novēroja, ka, atdalot polimērus, rodas dažāda blīvuma šķīdumu plūsmas. Šie ben spēki ietekmē membrānu un tādējādi veicina cauruļu veidošanos.

Tālāk zinātnieki domāja, kāpēc membrānas caurules paliek stabilas. Novēroto membrānas formu teorētiskā analīze parādīja, ka tikai tad, ja membrānas abām pusēm ir asimetriska molekulārā struktūra, veidojas tikai stabilas caurules. Šo asimetriju izraisa membrānas un biopolimēru mijiedarbība. No vienas puses, ir augsta PEG molekulu koncentrācija, no otras puses, šādu molekulu nav.

Osmoze nodrošina saraušanos

Tā kā PEG mijiedarbojas ar lipīdu molekulām, kas veido membrānu, membrānai ir tendence gofrēt uz iekšu. Veidojot nanocaurules, šūnu membrāna pielāgojas šiem centieniem. Pētnieki novēroja, ka nanocaurules atkal izzūd, kad osmoze izraisa pūslīšu atkārtotu pietūkumu.

"Dabiskajām šūnām ir viegli izveidot asimetriju, kā mēs esam novērojuši mūsu eksperimentā, " saka Dimova. Ir zināma osmozes izraisīta saraušanās, piemēram, no sarkano asins šūnu. Tāpēc biofiziķis uzskata, ka jaunatklātais mehānisms dzīvās šūnās varētu tikt izmantots membrānas virsmu glabāšanai. Pierādījums tam joprojām nav atlicis. (PNAS, 2011; doi: 10.1073 / pnas.1015892108)

(MPG, 09.03.2011. - DLO)