Proporcionar ao aluno conhecimento acerca de uma nova maneira de organização do espaço intracelular através da formação de condensados biomoleculares e membraneless organelles. Serão apresentados aspectos que vão desde os princípios termodinâmicos básicos que ajudam a entender a sua formação até aspectos relacionados à sua relevância fisiológica e aplicações biotecnológicas.
Esta disciplina procura estabelecer conceitos básicos e aplicados para o entendimento de um processo recém descrito na literatura e que se mostrou fisiologicamente relevante na organização do espaço intracelular, quals seja a formação de condensados biomoleculares atavés de uma transição de fase envolvendo proteínas e/ou ácidos nucleicos. Uma pletora de relatos tem surgido nos últimos anos que evidenciam a presença de tais condensados em diferentes contextos celulares e seu impacto tanto em momentos de homesostase celular quanto em situações de estresse. O entendimento de suas principais características físico-químicas, de seus mecanismos de formação e regulação, e o potencial impacto para a célula têm, portanto, papel central para aqueles interessados em fenômenos interdisciplinares na interface da Física/Química/Biologia.
1. Introdução: transições de fase na Natureza, condensados biomoleculares e o espaço intracelular
2. Características gerais: principais moléculas biológicas envolvidas (proteínas e ácidos nucleicos), multivalência, proteínas intrinsecamente desordenadas, polímeros scaffolds e moléculas clientes, stickers e spacers, envelhecimento.
3. Formação e regulação de biocondensados - princípios termodinâmicos básicos: energia livre, critério de estabilidade, potencial químico, equilíbrio de fases, diagramas de fase, termodinâmica de misturas, transições de fase em biopolímeros, teoria de Flory-Huggins
4. Condensados biomoleculares em Biofísica, Bioquímica e Biologia Celular
5. Condensados biomoleculares e doenças
6. Aplicações biotecnológicas
Bruce Alberts, Rebecca Heald, Alexander Johnson, David Morgan, Martin Raff. “Molecular Biology of the Cell”, 7a Edição, Norton & Company, 2022.
Peter Atkins e Julio de Paula. “Physical Chemistry for the Life Sciences”, 2a Edição, Oxford University Press, 2015.
Philip Nelson. “Física Biológica: Energia, Informação, Vida”. Guanabara-Koogan, 2006.
Felix C. Keber, Thao Nguyen, Andrea Mariossi, Clifford P. Brangwynne , Martin Wühr, “Evidence for widespread cytoplasmic structuring into mesoscale condensates”, Nature Cell Biology, 26:346-352 (2024). https://doi.org/10.1038/s41556-024-01363-5
Yongdae Shin, Clifford P. Brangwynne. “Liquid phase condensation in cell physiology and disease”, Science, 357: eaaf4382 (2017).
Ammon E. Posey, Alex S. Holehouse, Rohit V. Pappu. “Phase Separation of Intrinsically Disordered Proteins”, Methods in Enzymology, Volume 611, Chapter 1:1-30 (2018). https://doi.org/10.1016/bs.mie.2018.09.035
Tanja Mittag, Rohit V. Pappu. “A conceptual framework for understanding phase separation and addressing open questions and challenges”, Molecular Cell, 82 (2022). https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.05.018
Salman F. Banani, Hyun O. Lee, Anthony A. Hyman, Michael K. Rosen. “Biomolecular condensates: organizers of cellular biochemistry”, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 18:285–298 (2017).
Diana M. Mitrea, Matthäus Mittasch, Beatriz Ferreira Gomes, Isaac A. Klein, Mark A. Murcko. “Modulating biomolecular condensates: a novel approach to drug discovery”, Nature Reviews Drug Discovery, 21:841–862 (2022).
Agustín Mangiarotti and Rumiana Dimova. “Biomolecular Condensates in Contact with Membranes”, Annual Review of Biophysics, 53:319–41 (2024). https://doi.org/10.1146/annurev-biophys-030722- 121518
A avaliação do desempenho do aluno será feita com base: (1) na apresentação de um seminário sobre artigo envolvendo condensados biomoleculares e (2) na preparação de uma monografia sobre o mesmo artigo. A média final será calculada como média aritmética da nota obtida na apresentação e a nota obtida na monografia. Conceito A para nota maior ou igual a 8,5. Conceito B para nota maior ou igual a 7,0 e menor que 8.5. Conceito C para nota maior ou igual a 5,0 e menor que 7,0. Conceito R para nota menor que 5,0.
Em se tratando de um tema que está em fase de surgimento e consolidação, o docente responsável poderá inserir tópicos modernos na ementa, acrescentando a bibliografia correspondente, e/ou estender o conteúdo de forma a incluir outros aspectos que tenham ganhado relevância recente