Учёные обнаружили скрытый источник энергии в клеточных мембранах
Учёные из Университета Хьюстона и Университета Рутгерса (США) представили теоретическое обоснование того, что клеточные мембраны могут выступать в качестве скрытого источника энергии. Согласно их исследованию, постоянные микроскопические колебания (рябь) в жировых мембранах, окружающих наши клетки, способны генерировать электрическое напряжение, достаточное для питания некоторых биологических процессов.
Ключевую роль в этой модели играет явление флексоэлектричества – возникновения электрического напряжения в материале при его механической деформации. Клеточные мембраны постоянно изгибаются из-за тепловых флуктуаций и внутренней активности клетки, такой как работа встроенных белков и расщепление аденозинтрифосфата (АТФ), основной энергетической "валюты" клетки. В обычных условиях равновесия такие напряжения компенсируются, однако живая клетка – это активная, неравновесная система. Расчёты показали, что в таких условиях флексоэлектрический эффект может создавать разность потенциалов между внутренней и внешней сторонами мембраны до 90 милливольт – этого достаточно для запуска импульса в нейроне.
Исследователи предполагают, что генерируемое напряжение может участвовать в транспорте ионов (заряженных атомов) и влиять на биологические операции, такие как мышечное сокращение или передача сенсорных сигналов. Возникающие заряды соответствуют миллисекундному масштабу времени, что совпадает со скоростью передачи нервных импульсов.
Полученные результаты также указывают на возможный механизм координации мембран в группах клеток для создания масштабных эффектов в тканях. Кроме того, открытие может иметь значение за пределами биологии – принципы генерации электричества в клеточных мембранах могут быть использованы для проектирования искусственных нейронных сетей и создания биомиметических вычислительных материалов.
Исследование в журнале PNAS Nexus.