Złodzieje jonów wewnątrz zatłoczonej komórki

Wnętrze komórki organizmu na potrzeby badawcze często odtwarza się sztucznie. Jednak cząsteczki stosowane w tym celu w probówce nie są tak neutralne, jak się dotychczas wydawało. Dowodzą tego badania naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

1648453518_01thumbnail-adsc-0011.jpg

Do zaskakujących wyników doszli naukowcy z grupy prof. Roberta Hołysta z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Ustalili oni, że związki stosowane do odtworzenia sztucznie warunków panujących w komórce, powszechnie uważane za obojętne dla reakcji biochemicznych, mogą jednak kompleksować (podkradać) poszczególne jony.

Komórka w probówce

Komórki w żywym organizmie wytwarzają wiele różnych związków i kompleksów, które zajmują aż do 40% jej wnętrza. Wnętrze komórki można porównać do basenu wypełnionego lepką, galaretowatą strukturą cytoplazmy, pełną pływających obiektów o różnych rozmiarach i kształtach (rybosomy, małe cząsteczki białka, nitkowate składniki cytoszkieletu i in.). Środowisko to jest bardzo złożone i zatłoczone.

Na dodatek na reakcje biochemiczne przebiegające we wnętrzu komórki wpływa często stężenie jonów w danym miejscu. Zmiana każdego parametru, a w szczególności siła jonowa i pH, może znacząco wpłynąć na przebieg tych reakcji.

Jak odtworzyć to złożone środowisko sztucznie, w warunkach laboratoryjnych? Jako modelu cytoplazmy komórki zazwyczaj używa się roztworów związków niejonowych w dużych stężeniach. Najczęściej wykorzystuje się molekuły takie jak  polietylen, glikol etylenowy, glicerol, fikol, oraz dekstrany – cząsteczki powszechnie uważane za chemicznie nieaktywne.

Jednak naukowcy z IChF dowiedli, że wpływ molekuł nie jest obojętny. W przeprowadzonych eksperymentach wykazali, że interakcje między cząsteczkami są wzmacniane przy wyższym stężeniu soli oraz że dodatek polimerów zwiększających zatłoczenie i tym samym lepkość środowiska też ma wpływ na dynamikę procesów biochemicznych. To wszystko utrudnia tworzenie kompleksów.

02thumbnail-adsc-9477c.jpg

Bliżej natury

Dlaczego ustalenia naukowców są istotne? Równowaga wielu reakcji biochemicznych zależy od stężenia jonów, dlatego istotne jest stworzenie w probówce środowiska, które będzie jak najlepiej naśladować naturę. Do tego niezbędne jest odtworzenie w probówce zatłoczenie odpowiadające naturze. Zmiana nawet drobnego parametru sprawia, że środowisko stworzone sztucznie nie jest tożsame z tym stworzonym przez samą naturę.

Dokładne zrozumienie procesów molekularnych zachodzących wewnątrz komórki jest ważne w wielu dziedzinach np. przy projektowaniu nowych leków. Wyjaśnienie tych zjawisk pozwoli też na lepsze planowanie eksperymentów in vitro.

Publikacja badaczy z IChF PAN opublikowało topowe czasopismo „The Journal of Physical Chemistry Letters”.

Źródło informacji: Instytut Chemii Fizycznej PAN

Zdjęcie zrealizowane dzięki uprzejmości Muzeum Cosmos w Warszawie. Fot. Grzegorz Krzyżewski