The cell as a gel: materials for a conceptual discussion

• Autores: Bagatolli, Luis A.; Stock, Roberto P.
• Año de publicación: 2016
• Idioma: inglés
• Tipo de recurso: reseña artículo
• Materia: Bioquímica; Cell cytosol; Emergent properties; Hydrogels; Oscillations in ATP concentration; Association-induction hypothesis; Hipótesis de asociación-inducción; Citosol, propiedades emergentes; Oscilaciones en la concentración de ATP; Hidrogeles
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

Recent results from our laboratory support the view that the intracellular milieu cannot be treated as a homogeneous dilute system and, more importantly, reveal for the first time a dynamical coupling between intracellular water and an active metabolic process involving fluctuations in ATP concentration. These results are difficult to understand in light of the premises that currently underpin the description of the function of cellular systems, e.g. van’t Hoff’s ideal solution theory, diffusion and mass action kinetics. Particularly, they emphasize the need to incorporate features of the cell interior that have been largely overlooked in the dominant model of the cell, such as crowding and limited availability of free water. This article discusses this problem by reconsidering an alternate view, called the association-induction hypothesis, which emphasizes the relevance of emergent properties of the cell cytosol during cellular function. This hypothesis provides a very reasonable theoretical framework to explain recently reported observations about the dynamical coupling of mechanochemical (i.e. viscoelastic) properties of the cell cytoplasm and cellular chemical transformations (metabolism).
Los resultados experimentales obtenidos recientemente en nuestro laboratorio apoyan la idea que el medio intracelular no puede ser tratado como un sistema homogéneo (o solución diluida), revelando además por primera vez un acoplamiento dinámico entre el comportamiento colectivo del agua intracelular y un proceso metabólico activo que muestra fluctuaciones en la concentración de ATP. Estos nuevos resultados -que son difíciles de interpretar en base a los supuestos más generalmente utilizados para interpretar las bases fisicoquímicas de la fisiología de los sistemas celulares (p.ej. teoría de las soluciones ideales de van't Hoff, difusión, y cinética de acción de masas)- subrayan la necesidad urgente de incorporar características importantes del interior celular, tales como el hacinamiento molecular y la escasa disponibilidad de agua libre. Este artículo analiza críticamente este problema considerando una hipótesis alternativa, llamada hipótesis de asociación-inducción, la cual hace hincapié en la importancia de las propiedades emergentes del citosol durante la función celular. Esta hipótesis proporciona un marco teórico razonable para explicar nuestras observaciones, particularmente el acoplamiento dinámico entre las propiedades mecanoquímicas (o viscoelásticas) del citoplasma celular y las transformaciones químicas (metabolismo) en el interior celular.
Sociedad Argentina de Fisiología