Em física, um sistema composto por duas substâncias pode ser modelado por meio da teoria clássica de mistura, que considera a fração correspondente a cada constituinte e a interação entre eles. Exemplos são a coexistência de fases de alta e baixa densidades na água super-resfriada e a coexistência de poças metálicas em uma matriz isolante na chamada transição metal-isolante de Mott (veja representação gráfica e explicação detalhada na primeira figura abaixo).

Motivados por esse tipo de consideração, pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Rio Claro utilizaram conceitos de física da matéria condensada para descrever a compartimentalização de proteínas no interior de células e propuseram uma fase celular do tipo Griffiths em analogia com a canônica fase magnética de Griffiths. O estudo, coordenado pelo professor Mariano de Souza e que teve como primeiro autor o pós-doutorando Lucas Squillante, foi publicado na revista Heliyon.

“Na fase magnética de Griffiths, regiões magnetizadas ou não magnetizadas emergem, respectivamente, em matrizes paramagnéticas ou ferromagnéticas, dando origem a expressiva diminuição da dinâmica dos sistemas. Essas chamadas ‘regiões raras�?emergem de maneira randômica. Em trabalho anterior, exploramos a chamada fase eletrônica de Griffiths no limite da transição metal-isolante de Mott. No presente estudo, consideramos as gotículas de proteínas que se formam no interior das células como as ‘regiões raras�?em analogia direta com a fase magnética de Griffiths�? diz Souza (leia mais em: agencia.fapesp.br/34951).

O pesquisador informa que a produção de proteínas no interior de uma célula pode atingir uma concentração limiar que dá origem à separação de fases do tipo líquido-líquido, levando à compartimentalização de proteínas em forma de gotículas.

“Utilizando ferramentas da termodinâmica, como o parâmetro de Grüneisen, o modelo de Flory-Huggins e o modelo de Avramov-Casalini, demonstramos que, na vizinhança da linha binodal que determina a separação de fases, e também para uma concentração equivalente entre proteína e solvente, a dinâmica celular é dramaticamente reduzida, dando origem a uma fase celular do tipo Griffiths�?(veja representação gráfica na segunda figura abaixo).

O estudo propõe ainda que a fase celular do tipo Griffiths esteja associada à origem da vida e dos organismos primordiais, conforme a hipótese clássica apresentada pelo biólogo e bioquímico russo Aleksandr Oparin (1894-1980) na década de 1930, já que apenas os coacervados (pequenas gotículas formadas por moléculas orgânicas aglomeradas em uma solução aquosa) com dinâmicas lentas conseguiram sobreviver e evoluir.

“Isso, por sua vez, pode estar relacionado ao papel fundamental desempenhado pela homoquiralidade no processo de evolução da vida�? argumenta Souza. Vale lembrar que quiralidade é a propriedade de um objeto ou molécula não ser superponível à sua imagem espelhada, como ocorre com as mãos humanas. E que homoquiralidade é a predominância de uma única quiralidade em moléculas de um sistema biológico.

A demonstração pelos pesquisadores do aumento do tempo de difusão da proteína, concomitantemente com a redução das flutuações estocásticas na célula, desempenha papel fundamental na otimização da expressão gênica. O estudo em pauta fornece uma abordagem alternativa para se investigar a dinâmica da compartimentalização de proteínas, que poderia ser aplicável também em outros sistemas biológicos.

“Tem sido amplamente discutido na literatura que a separação de fases líquido-líquido desempenha papel fundamental no desenvolvimento e tratamento de doenças, mais especificamente em relação à tumorigênese. A ideia é que proteínas codificadas por genes associados a tais doenças podem ser compartimentalizadas, afetando dessa forma seu papel nas mutações celulares�? afirma Marcos Minicucci, professor de Clínica Médica Geral da Unesp no campus de Botucatu e coautor do trabalho.

Outros exemplos do papel desempenhado pela separação de fases incluem cataratas (com a separação de fases na retina podendo causar deficiência visual), doenças neurodegenerativas e até mesmo no SARS-CoV-2 (com a coacervação das proteínas SARS2-NP podendo suprimir a resposta imune antiviral inata). Recentemente, foi relatado que a separação de fases associada à proteína supressora de ferroptose-1 pode ser empregada como terapia anticâncer eficiente.

“A separação de fases líquido-líquido afeta cada doença de maneira diferente e a formação de gotículas de proteína pode ser benéfica ou não. A fase celular do tipo Griffiths que estamos propondo pode ter impacto relevante para gerenciar e até mesmo tratar doenças�? explica Minicucci. O estudo conduzido pelo grupo de Souza demonstra a importância do caráter interdisciplinar em estudos fundamentais.

Além de Squillante, Minicucci e Souza, participaram do estudo os pesquisadores Antonio Seridonio (Unesp de Ilha Solteira), Roberto Lagos-Monaco (Unesp de Rio Claro), Aniekan Magnus Ukpong (Universidade de KwaZulu-Natal Pietermaritzburg, África do Sul), Luciano Ricco (Universidade da Islândia) e a doutoranda Isys Mello, orientanda de Souza.

O trabalho recebeu apoio da FAPESP por meio de dois projetos (11/22050-4 e 18/09413-0).

O artigo Cellular Griffiths-like phase pode ser acessado em: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844024106536.

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Para entender essa interação, pesquisadores da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, utilizaram um método inovador chamado espectroscopia de infravermelho em 2D. Essa técnica permite fazer análises mais precisas da interação molecular, revelando detalhes invisíveis a olho nu.

A abordagem foi essencial para compreender a interação entre o cafezinho e o leite, segundo um estudo publicado em maio, na revista acadêmica ACS Food Science Technology.

Imagem: American Chemical Society/Divulgação

Os pesquisadores observaram a interação molecular entre as proteínas do leite e a cafeína na água em uma xícara de café. Os resultados mostraram que as estruturas das proteínas do leite continuaram intactas, ou seja, eles mantém a sensação e o sabor originais.

Por outro lado, colocar leite no café causa a interação de proteínas do leite. Na prática, elas podem se combinar ou repelir os compostos extraídos dos grãos de café torrados, o que pode alterar como sentimos e digerimos essas proteínas.

Além disso, as proteínas do leite podem, também, afetar a absorção (ou biodisponibilidade) da cafeína pelo corpo humano.

Avanço na biologia molecular

O estudo, portanto, visou desvendar esses mistérios. Usando espectroscopia de infravermelho em 2D, os pesquisadores avaliaram várias categorias do ‘cafezinho com leite�? Eles usaram misturas de leite com 3,5%, água com café e leite e, em seguida, um cappuccino.

Os resultados mostraram que o enovelamento das proteínas do leite �?o processo em que uma proteína assume sua configuração funcional �? não foi alterado pela interação com o café nessas bebidas. Até mesmo no cappuccino, que contem ácido clorogênico, o enovelamento foi o mesmo.

O estudo também disse não haver efeitos substanciais da cafeína na mobilidade ou dinâmica das proteínas do leite. De acordo com os pesquisadores, os resultados podem ser um bom parâmetro molecular sobre os componentes que afetam o sabor, a textura e as propriedades nutricionais do cafezinho.

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