(PhysOrg.com) - När du slår upp ett tält för första gången, du kanske undrar hur den enorma presenningen passar in i en väska lika stor som en fotboll. Biologer undrar över något liknande:när en cell delar sig, cellmembranets yta växer. Dessutom, när molekyler förs från en organell till en annan inuti cellen, membranomslutna transportvesiklar bildas. Så att membran kan göras tillgängliga snabbt, de lagras i cellerna i form av nanorör, rörformade membranstrukturer - på samma sätt som en presenning som har vikts ihop. Forskare vid Max Planck Institute of Colloids and Interfaces i Potsdam har nu upptäckt en mekanism som används av celler för att generera stabila membrannanorör.

Tubulära membranstrukturer kan hittas i många cellområden:i Golgi -apparaten, en typ av sorteringsstation i vilken transportvesiklar bildas; i mitokondrier, cellens kraftverk; eller i det endoplasmatiska retikulum, en typ av kanalnätverk i celler. Rören har en diameter som sträcker sig från några nanometer (en miljonedel av en millimeter) till några mikrometer (en tusendels millimeter). Ju tunnare rören är, desto större yta / volymförhållande. De är därför idealiska för att lagra mycket membran i ganska små utrymmen. Forskare tror att motorproteiner kan använda energi för att dra nanorör från cellmembran. ”Men motorproteiner finns inte alltid i de områden i cellen där membrannanorör bildas, ”Säger Rumiana Dimova, en forskare vid Max Planck Institute of Colloids and Interfaces och medförfattare till studien. Av denna anledning, hon tror att det måste finnas en annan mekanism för att generera stabila nanorör.

De Potsdam-baserade forskarna kan nu ha hittat svaret på gåtan. ”Mekanismen genererar stabila nanorör utan att krafter behöver utövas på membranet. Det verkar därför fungera utan behov av motorproteiner, Säger Dimova. En del av mekanismen är baserad på ett fenomen som är allestädes närvarande i membranvärlden, den så kallade osmosen. Om vissa molekyler finns i en större koncentration utanför cellen än inuti cellen-dvs de bildar en så kallad hypertonisk lösning-så kommer vatten att flöda ut ur cellen och cellen kommer att dra sig samman.

Forskarna i Potsdam har reproducerat sådana koncentrationsskillnader med hjälp av konstgjorda vesiklar i storleken på en cell, som innehåller en blandning av två polymerer, nämligen polyetylenglykol (PEG) och dextran. ”Biopolymerer finns i en liknande hög koncentration i levande celler, Säger Dimova. "Av denna anledning, vi anser vesikeln vara en bra modell för en cell. ”Forskarna överförde vesikeln till en hypertonisk lösning, vilket fick blåsan att släppa ut vatten och krympa i volym.

Dock, det som hände var helt annorlunda än ett scenario där, till exempel, en strandboll töms och kollapsar sedan helt enkelt till en platt pannkaka. Utflödet av vattnet fick koncentrationen av de upplösta polymererna i blåsan att stiga. Detta, i tur och ordning, fick de två polymererna att separera. Som ett resultat, två separata droppar av olika storlekar bildade i blåsan, ungefär som formen av en snögubbe med en stor sfär (huvudsakligen innehållande PEG -molekyler) och en mindre sfär (främst innehållande dextranmolekyler).

Med hjälp av ett fluorescensmikroskop, de Potsdam-baserade forskarna observerade att membrannanorör bildades i det PEG-rika området och ackumulerades vid gränssnittet mellan de två dropparna. Forskarna visade att cirka 15 % av membranytan hade lagrats i rören. Mikroskopets upplösning var inte tillräcklig för att kunna bestämma rörens diameter. Dock, forskarna uppskattar att det är cirka 240 nanometer.

Forskarna har också en förklarande modell för framväxten och stabiliteten hos nanorören. De fann att lösningsflöden med olika densiteter utlöses när polymererna separeras. Dessa utövar krafter på membranet och bidrar därmed till bildandet av rören.

Nästa fråga som forskarna ställde var vad som gör att membranrören förblir stabila. En teoretisk analys av de observerade membranformerna avslöjade att stabila rör endast dyker upp om membranets två sidor har en asymmetrisk, molekylär struktur. Denna asymmetri orsakas av interaktionen mellan membranet och biopolymererna. Det finns en hög koncentration av PEG -molekyler på ena sidan, medan det på andra sidan inte finns några sådana molekyler. Eftersom PEG interagerar med lipidmolekylerna i membranet, membranet försöker kurva inåt. Bildandet av nanorör rymmer detta beteende hos cellmembranet. Forskarna observerade att nanorören försvinner igen om blåsan får blåsa upp igen genom osmos.

"För naturliga celler, det är lätt att skapa asymmetri - på samma sätt som vi har sett i vårt experiment, Säger Dimova. Biofysikern tror därför att den nyupptäckta mekanismen skulle kunna användas i levande celler för att lagra membranytan. Dock, bevis på detta väntar fortfarande.