A membrana que envolve as células em organismos vivos é extremamente flexível e sensível. Como ela se protege de danos e se renova é crucial para muitos processos da vida, e ainda não é totalmente compreendida em detalhes. Cientistas do Forschungszentrum Jülich agora conseguiram obter novos insights fascinantes usando microscopia crioeletrônica.

O trabalho deles foi publicado na revista Nature Structural & Molecular Biology .

A proteína de membrana Vipp1, conhecida do aparelho fotossintético de plantas, algas e bactérias, pode formar várias estruturas que podem servir como ferramentas para estabilizar a membrana celular e fortalecê-la, se necessário.

Em um segundo estudo publicado no mesmo periódico, os pesquisadores também conseguiram obter novos insights sobre a função da proteína relacionada PspA, que é encontrada em bactérias. Ambas as moléculas, Vipp1 e PspA, são excepcionalmente plásticas e podem adotar estruturas diferentes, criando anéis e tubos com diâmetros diferentes.

A membrana celular tem inúmeras funções importantes. Por exemplo, ela protege o interior da célula do ambiente. Ao mesmo tempo, nutrientes são absorvidos pela membrana celular, resíduos são excretados e sinais são transmitidos entre as células.

Apesar de seu papel central, a membrana celular também é muito sensível. Ela consiste em uma fina camada de lipídios que — embora protetores por si mesmos — também são suscetíveis ao estresse causado por pressão física e alongamento ou influências químicas. Fatores ambientais como radiação UV ou toxinas também podem danificar a membrana.

Em células vegetais, por exemplo, a luz intensa pode estressar severamente e até mesmo danificar as membranas nos cloroplastos, onde a fotossíntese acontece. Proteínas como Vipp1 são, portanto, essenciais para a sobrevivência da célula, pois protegem as estruturas da membrana e as reparam, se necessário.

Como exatamente o mecanismo funciona ainda não é totalmente compreendido. No entanto, graças aos microscópios crioeletrônicos de última geração , os pesquisadores agora conseguiram obter novos insights sobre a interação entre Vipp1 e a membrana celular. Eles descobriram que Vipp1 forma estruturas semelhantes a carpetes na membrana celular e a estabiliza. Além disso, eles encontraram complexos de anéis e tubos feitos de Vipp1 preenchidos com membrana, que podem possivelmente "beliscar" áreas de membrana danificadas, bem como conectar duas membranas separadas.

Essas descobertas fornecem novos insights sobre a capacidade das proteínas Vipp1 e PspA de alterar membranas celulares e, assim, proteger processos vitais nas células. Essas descobertas podem contribuir para o desenvolvimento de novas aplicações biotecnológicas no futuro, como a produção de biomateriais ou a otimização da fotossíntese em plantas.

Vipp1 é particularmente importante, pois está envolvido na formação e manutenção das membranas tilacóides — membranas nos cloroplastos das células vegetais onde ocorre a reação luminosa da fotossíntese, ou seja, a conversão da luz em energia química.

É interessante notar que o mecanismo básico é altamente similar às proteínas ESCRT-III, que também são altamente conservadas em células humanas. Essas proteínas permaneceram essencialmente inalteradas no curso da evolução, o que indica uma função importante. Uma melhor compreensão da estrutura e função dessas proteínas poderia, portanto, levar ao desenvolvimento de novos medicamentos, como antibióticos, que visam os processos nas membranas celulares.

Microscópios crioeletrônicos do Ernst Ruska-Centre (ER-C) do Forschungszentrum Jülich foram usados em ambos os estudos. Os microscópios permitiram que os pesquisadores estudassem as proteínas em resolução atômica e as observassem em um número anormalmente alto de estados estruturais, bem como as interações entre as proteínas e as membranas. Esses estudos são parte de uma colaboração estabelecida com o grupo de pesquisa do Prof. Dr. Dirk Schneider da Johannes Gutenberg-University Mainz.