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BAioFílósigciacodsos Sistemas
por Rui Travasso CFisUC, Departamento de Física da Universidade de Coimbra
A Física descreve o equilíbrio e a dinâmica de A dinâmica dos fosfolípidos das membranas celulares
sistemas que estão à nossa volta: desde os depende da sua temperatura: a baixa temperatura, eles
níveis de energia de um eletrão num átomo, até podem estar arranjados numa rede cristalina (e, nesse
à expansão do universo. Os sistemas biológicos não são caso, a membrana deforma-se elasticamente) ou, se a
exceção: vários fenómenos essenciais que permitem a temperatura for mais alta, podem conseguir rearranjar
existência de vida têm processos físicos na sua base. as suas posições à medida que a membrana é deforma-
A física também poderá contribuir para responder a da. Neste último caso de membranas líquidas, a energia
perguntas importantíssimas como, por exemplo: em da membrana num ponto é simplesmente proporcional ao
que circunstâncias apareceu a vida?, como as ligações quadrado da diferença entre a sua curvatura nesse ponto
entre os neurónios permitem criar sistemas que tenham e a sua curvatura da equilíbrio. As células conseguem al-
consciência de si mesmos?, como estão codificados no ovo terar a composição das membranas de forma a variarem
os diversos passos do desenvolvimento embrionário?, ou as suas temperaturas de fusão, curvatura de equilíbrio e a
como se controla o desenvolvimento dos carcinomas mais força que é necessária exercer para as deformar. Utilizam,
agressivos? assim, a translocação de fosfolípidos, de colesterol e de
proteínas para as membranas de forma a alterar as suas
As células, pelas quais são constituídos todos os seres propriedades e a facilitar ou dificultar a deformação celular.
vivos, são sistemas complexos que, na sua maioria, contêm Estes processos são especialmente importantes durante
material genético e que são capazes de proliferar. Elas têm a divisão celular, onde proteínas são localizadas no ponto
vários organelos que funcionam como compartimentos médio da célula, enrolando-se na direção transversal, e a-
delimitados por membranas onde têm lugar as diversas pertando a célula até esta se dividir em duas (Fig 1B).
reações bioquímicas que regulam o metabolismo, o movi-
mento, a proliferação e a comunicação da célula. Normal- Entender como as propriedades físicas das membranas
mente, estas membranas que envolvem os organelos e a são controladas é, assim, essencial tanto para avançar no
própria célula são constituídas por uma bi-camada de fos- conhecimento da mecânica e das transições de fase em
folípidos, onde as regiões hidrofóbicas das moléculas ficam membranas como para entender os mecanismos de como
no interior da membrana e as regiões hidrofílicas ficam a célula regula a sua proliferação, deformação e migração.
nas superfícies. Várias proteínas atravessam ou aderem
à membrana, desempenhando funções essenciais, como, Mas a física de sistemas biológicos não se fica pelas
por exemplo, o transporte de moléculas através da mem- membranas. Começa logo ao nível molecular. As várias
brana celular, a comunicação bioquímica da célula com o reações químicas dentro das células são catalisadas
exterior, ou exercem forças de tração e adesão a outras por proteínas. As proteínas são polímeros constituídos
células ou à matriz extra-celular (Fig 1A). por uma sequência de aminoácidos. Mas uma sequência
arbitrária de aminoácidos não é capaz de catalisar uma
A B Figura 1:
C D A) Representação de uma vesícula com
várias proteínas na membrana lipídica (fig-
ura da referência [1] reproduzida com per-
missão). B) Representação de um lipossoma
que se divide através da ação da proteína
FtsZ, que é a proteína responsável pela con-
strição da membrana celular em bactérias
(figura da referência [2] reproduzida com
permissão). C) Esquema de uma proteína a
enrolar-se de forma a adquirir a sua forma
tridimensional funcional (figura da referên-
cia [3] reproduzida com permissão). D) Ima-
gem por microscopia confocal de uma célu-
la. As fibras de actina estão representadas
a vermelho, o DNA a azul e as adesões focais
da célula (os locais onde o citoesqueleto de
actina se liga às membranas e à matriz) a
amarelo (figura da referência [4] reproduz-
ida com permissão).
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