Возможно, в наших клетках обнаружен скрытый источник энергии

Фото из открытых источников

Наши клетки могут буквально пульсировать электричеством, выступая в качестве скрытого источника энергии, который может способствовать транспортировке веществ или даже играть роль в коммуникации в нашем организме. Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS Nexus. 

Исследователи из Университета Хьюстона и Ратгерского университета в США предполагают, что небольшие складки в жировых мембранах, окружающих наши клетки, могут генерировать достаточное напряжение, чтобы служить прямым источником энергии для некоторых биологических процессов.

Сами по себе эти колебания уже были extensively изучены и, как известно, обусловлены активностью встроенных белков и расщеплением аденозинтрифосфата (АТФ), основного средства переноса энергии через клетки.

Новое исследование предоставляет теоретическое подтверждение возможности того, что колебания мембраны достаточно сильны и структурированы, чтобы создать электрический заряд, который клетки могут использовать для выполнения некоторых важных задач.

«Клетки — это не пассивные системы, они движутся благодаря внутренним активным процессам, таким как активность белков и потребление АТФ», — пишут исследователи. «Мы показываем, что эти активные флуктуации в сочетании с универсальным электромеханическим свойством флексоэлектричества могут генерировать трансмембранные напряжения и даже приводить в движение ионный транспорт».

Ключевым моментом для понимания новой модели является концепция флексоэлектричества, которая, по сути, описывает способ, с помощью которого можно создать напряжение между точками деформации в материале, имеющими противоположные значения.

Мембраны постоянно изгибаются в результате случайных колебаний температуры внутри клетки. Теоретически, любое напряжение, возникающее таким образом, должно компенсироваться в условиях равновесия, что делает их непригодными в качестве источников энергии.

Исследователи предположили, что клетки не находятся в строгом равновесии, и внутренняя активность клетки направлена на поддержание нашей жизни. Для того чтобы определить, достаточно ли будет превратить липидную мембрану в двигатель, потребовалось несколько подробных расчетов.

Согласно расчетам исследователей, флексоэлектричество может создавать электрическую разницу между внутренней и внешней сторонами клетки: до 90 милливольт, чего достаточно для активации нейрона.

Вырабатываемое напряжение может способствовать движению ионов — заряженных атомов, движение которых контролируется потоком электричества и химических веществ.

Колебания мембраны могут быть достаточными для влияния на биологические процессы, такие как движение мышц и сенсорные сигналы. Группа исследователей подсчитала, что заряды возникают в миллисекундном масштабе, что соответствует времени распространения сигналов по нервным клеткам.

«Наши результаты показывают, что активность может значительно усиливать трансмембранное напряжение и поляризацию, что предполагает наличие физического механизма сбора энергии и направленного ионного транспорта в живых клетках», — пишут исследователи.

Полученные результаты могут быть применимы и к другим группам клеток, помогая объяснить, как клеточные мембраны могут координироваться для создания более масштабных эффектов и воздействия на ткани. В будущих исследованиях можно будет проверить, работает ли все это должным образом внутри организма.

Эти результаты могут иметь значение не только для живых тканей: исследователи выдвигают идею использования тех же методов выработки электроэнергии для разработки сетей искусственного интеллекта и синтетических материалов, созданных на основе природных принципов.

«Исследование электромеханической динамики в нейронных сетях может связать молекулярную флексоэлектричность и сложную обработку информации, что будет иметь значение как для понимания функций мозга, так и для открытия биоинспирированных вычислительных материалов», — отметили исследователи.