Reakcja biomolekuł na ograniczoną przestrzeń

Wizualizacja gęsto upakowanego środowiska komórki/RUB, Physikal. Chem. II

Naukowcy z ośrodka badawczego w Bochum pod przewodnictwem Dr Simon Ebbinghaus opracowali metodę analizy efektu małej przestrzeni w żywych komórkach, która oparta jest na mikroskopii optycznej, a ściślej na czujniku, który zmienia barwę w zależności od tego, jak ograniczona jest przestrzeń w komórce.

Białka i inne biomolekuły badane są często w roztworach wodnych w probówkach, nie mamy jednak pewności, czy te analizy przekładają się na ich realne funkcjonowanie w gęsto upakowanym środowisku komórki. Białka spełniają wiele funkcji w komórce – uczestniczą w przemianach strukturalnych, katalizie i transmisji sygnałów komórkowych.

Najbardziej znaną teorią opisującą wpływ środowiska komórkowego jest teoria objętości wyłączonej, na podstawie której uważa się, że im bardziej „kompaktowa" jest budowa białka, tym jest ono stabilniejsze, czyli przewiduje się większą stabilność białek w komórce niż na zewnątrz.

W związku z tym naukowcy z Bochum opracowali metodę obserwacji kompresji makrocząsteczek w komórce. Istotą tej metody jest użycie polimeru zawierającego cząsteczki barwników, które, gdy się zbliżają do siebie wraz z kurczeniem polimeru w komórce, powodują zmianę długości fali światła mierzonej pod mikroskopem. Można w ten sposób zaobserwować zmianę barwy z zielonej na czerwoną.

Stosując różne wielkocząsteczkowe dodatki, które powodują zagęszczenie objętości naukowcy udowodnili, że ich sensor jest w stanie funkcjonować i reagować z wysoką czułością w gęsto upakowanych środowiskach. W dalszej kolejności polimer wstrzyknięto do wnętrza komórki i co zaskakujące okazało się, że w komórce istnieje siła, która powoduje rozszerzenie jej rozmiarów i jest ona silniejsza niż efekt kompresji przewidywany w teorii. Dodatkowo komórkę poddano tzw. „stresowi osmotycznemu", czyli wprowadzono duże ilości soli do otaczającego ją środowiska, w wyniku czego komórka wydaliła wodę, co zwiększyło zagęszczenie w jej wnętrzu.

(pj)