(PhysOrg.com) -- Quando si apre una tenda per la prima volta, potresti chiederti come l'enorme telone si inserisca in una borsa delle dimensioni di un pallone da calcio. I biologi si interrogano su qualcosa di simile:quando una cellula si divide, la superficie della membrana cellulare cresce. Inoltre, quando le molecole vengono portate da un organello all'altro all'interno della cellula, si formano vescicole di trasporto racchiuse nella membrana. In modo che le membrane possano essere rese disponibili rapidamente, sono immagazzinati all'interno delle cellule sotto forma di nanotubi, strutture a membrana tubolare – in modo simile a un telone che è stato piegato insieme. I ricercatori del Max Planck Institute of Colloids and Interfaces di Potsdam hanno ora scoperto un meccanismo utilizzato dalle cellule per generare nanotubi di membrana stabili.

Strutture tubolari a membrana possono essere trovate in molte aree di una cellula:nell'apparato di Golgi, un tipo di stazione di smistamento in cui si formano vescicole di trasporto; nei mitocondri, le centrali elettriche della cellula; o nel reticolo endoplasmatico, un tipo di rete di condotti all'interno delle cellule. I tubi hanno un diametro che va da pochi nanometri (un milionesimo di millimetro) a pochi micrometri (un millesimo di millimetro). Più sottili sono i tubi, maggiore è il rapporto superficie/volume. Sono quindi ideali per riporre molta membrana in spazi piuttosto ridotti. I ricercatori ritengono che le proteine ​​motorie possano utilizzare l'energia per estrarre i nanotubi dalle membrane cellulari. “Tuttavia, le proteine ​​motorie non si trovano sempre nelle aree della cellula dove si formano i nanotubi di membrana, ” dice Rumiana Dimova, ricercatore presso il Max Planck Institute of Colloids and Interfaces e coautore dello studio. Per questa ragione, lei crede che ci debba essere un altro meccanismo per generare nanotubi stabili.

I ricercatori di Potsdam potrebbero aver trovato la risposta all'enigma. “Il meccanismo genera nanotubi stabili senza che debbano essere esercitate forze sulla membrana. Sembra quindi funzionare senza bisogno di proteine ​​motorie, ” dice Dimova. Parte del meccanismo si basa su un fenomeno onnipresente nel mondo delle membrane, la cosiddetta osmosi. Se alcune molecole sono presenti in una concentrazione maggiore all'esterno della cellula che all'interno della cellula – cioè formano una cosiddetta soluzione ipertonica – allora l'acqua uscirà dalla cellula e la cellula si contrarrà.

I ricercatori di Potsdam hanno riprodotto tali differenze di concentrazione utilizzando vescicole artificiali delle dimensioni di una cellula, che contengono una miscela di due polimeri, vale a dire polietilenglicole (PEG) e destrano. “I biopolimeri si trovano in una concentrazione altrettanto elevata nelle cellule viventi, ” dice Dimova. “Per questo motivo, consideriamo la vescicola un buon modello di cellula." I ricercatori hanno trasferito la vescicola in una soluzione ipertonica, che ha fatto sì che la vescicola rilasciasse acqua e si riducesse di volume.

Però, quello che è successo è stato completamente diverso da uno scenario in cui, ad esempio, un pallone da spiaggia viene sgonfiato e poi semplicemente collassa in una frittella piatta. Il deflusso dell'acqua ha fatto aumentare la concentrazione dei polimeri disciolti nella vescicola. Questo, a sua volta, ha provocato la separazione dei due polimeri. Di conseguenza, due goccioline separate di diverse dimensioni formate nella vescicola, molto simile alla forma di un pupazzo di neve con una sfera grande (contenente principalmente molecole di PEG) e una sfera più piccola (contenente principalmente molecole di destrano).

Utilizzando un microscopio a fluorescenza, i ricercatori di Potsdam hanno osservato che i nanotubi di membrana si sono formati nell'area ricca di PEG e si sono accumulati nell'interfaccia tra le due goccioline. Gli scienziati hanno dimostrato che circa il 15% della superficie della membrana era stato immagazzinato nei tubi. La risoluzione del microscopio non era sufficiente per poter determinare il diametro dei tubi. Però, i ricercatori stimano che sia di circa 240 nanometri.

I ricercatori hanno anche un modello esplicativo per l'emergenza e la stabilità dei nanotubi. Hanno scoperto che i flussi di soluzione di diverse densità vengono attivati ​​quando i polimeri vengono separati. Questi esercitano forze sulla membrana e quindi contribuiscono alla formazione dei tubi.

La domanda successiva che gli scienziati si sono posti è stata cosa fa sì che i tubi della membrana rimangano stabili. Un'analisi teorica delle forme della membrana osservate ha rivelato che i tubi stabili emergono solo se i due lati della membrana hanno un asimmetrico, struttura molecolare. Questa asimmetria è causata dall'interazione tra la membrana ei biopolimeri. C'è un'alta concentrazione di molecole di PEG su un lato, mentre dall'altra parte non ci sono tali molecole. Poiché il PEG interagisce con le molecole lipidiche all'interno della membrana, la membrana tenta di curvarsi verso l'interno. La formazione dei nanotubi asseconda questo comportamento della membrana cellulare. I ricercatori hanno osservato che i nanotubi scompaiono di nuovo se la vescicola viene lasciata gonfiare nuovamente per osmosi.

“Per le cellule naturali, è facile generare asimmetria - in modo simile a quello che abbiamo visto nel nostro esperimento, ” dice Dimova. Il biofisico ritiene quindi che il meccanismo appena scoperto potrebbe essere utilizzato nelle cellule viventi per immagazzinare la superficie della membrana. Però, la prova di ciò è ancora in sospeso.