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.

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 niejopanch w dużych stężeniach. Najczęściej wykorzystuje się molekuły takie jak  polietylen, glikol etylepan, 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.

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 panch 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