Células vivas podem gerar eletricidade a partir do movimento
Os cientistas desenvolveram uma nova explicação teórica sobre como as células vivas podem gerar eletricidade por si mesmas. No centro da ideia está a membrana celular, a camada fina e flexível que envolve cada célula viva e controla o que entra e sai dela. Em vez de ser uma barreira estática, esta membrana está constantemente em movimento e remodelando-se em escalas muito pequenas. A nova estrutura mostra que estes pequenos movimentos podem dar origem a efeitos eléctricos reais.
A pesquisa foi liderada por Pradeep Sharma e seus colegas, que construíram um modelo matemático para explorar como as forças físicas dentro das células interagem com a atividade biológica. Seu trabalho se concentra em como o movimento no nível molecular pode se traduzir em sinais elétricos através da membrana.
Atividade molecular que faz as membranas se moverem
Dentro de cada célula, as proteínas mudam constantemente de forma, interagindo com outras moléculas e realizando reações químicas. Um processo importante é a hidrólise do ATP, que é como as células decompõem o trifosfato de adenosina para liberar energia. Esses processos biológicos ativos não acontecem silenciosamente. Eles empurram e puxam a membrana celular, fazendo com que ela dobre, ondula e flutue.
O modelo mostra que esses movimentos contínuos da membrana podem desencadear um fenômeno conhecido como flexoeletricidade. A flexoeletricidade ocorre quando a flexão ou deformação de um material produz uma resposta elétrica. Neste caso, a flexão da membrana celular pode criar uma diferença elétrica entre o interior e o exterior da célula.
Níveis de tensão comparáveis aos sinais nervosos
De acordo com a estrutura, as tensões elétricas criadas através da membrana podem ser surpreendentemente fortes. Em alguns casos, podem atingir até 90 milivolts. Esse nível é notável porque é semelhante às mudanças de voltagem observadas nos neurônios quando eles disparam sinais elétricos.
O momento também corresponde ao que acontece no sistema nervoso. As mudanças de voltagem podem ocorrer em milissegundos, o que se alinha estreitamente com a forma e a velocidade das curvas típicas de potencial de ação dos neurônios. Isto sugere que os mesmos princípios físicos poderiam desempenhar um papel na forma como as células nervosas se comunicam.
Conduzindo o movimento iônico contra gradientes naturais
A teoria vai além, prevendo que essas tensões acionadas pela membrana poderiam mover íons ativamente. Os íons são átomos eletricamente carregados que as células usam para enviar sinais e manter o equilíbrio. Normalmente, os íons fluem ao longo de gradientes eletroquímicos, o que significa que eles se movem de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração.
O novo modelo sugere que as flutuações ativas da membrana poderiam empurrar os íons na direção oposta, trabalhando contra esses gradientes. Os pesquisadores relacionam esse comportamento a propriedades específicas da membrana, incluindo o quão elástica ela é e como responde aos campos elétricos. Essas propriedades ajudam a determinar em que direção os íons se movem e que tipo de carga eles carregam.
De células individuais a tecidos e novos materiais
Olhando para o futuro, os autores sugerem que esta estrutura poderia ser expandida para além das células individuais. Ao aplicar os mesmos princípios a grupos de células, os cientistas poderiam explorar como a atividade coordenada da membrana leva a padrões elétricos em maior escala nos tecidos.
Os pesquisadores argumentam que esse mecanismo oferece uma base física para a compreensão da percepção sensorial, do disparo neuronal e até mesmo de como as células vivas podem coletar energia internamente. Também pode ajudar a unir a neurociência ao desenvolvimento de materiais bioinspirados e fisicamente inteligentes, oferecendo novas formas de projetar sistemas que imitem o comportamento elétrico dos tecidos vivos.
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