Учёные объяснили, как клетки могут генерировать электричество из собственных движений
Учёные предложили новую теоретическую модель, объясняющую, как живые клетки могут самостоятельно генерировать электричество. Ключевую роль в этом процессе играет клеточная мембрана, которая, вопреки представлению о статичном барьере, постоянно движется и деформируется на микроскопическом уровне.
Схема активной клеточной мембраны. Взаимодействие активных белков с компонентами клетки создаёт механические колебания мембраны. Благодаря флексоэлектрической связи эти изгибы генерируют трансмембранное напряжение. Авторы: Пратик Кхандагале, Липин Лю и Прадип Шарма.
Исследование под руководством Прадипа Шармы показывает, что постоянная молекулярная активность внутри клетки, такая как гидролиз АТФ, создаёт механические колебания, которые изгибают мембрану. Это, в свою очередь, запускает флексоэлектрический эффект — возникновение электрического напряжения при деформации материала.
Согласно модели, генерируемое напряжение может достигать 90 милливольт, что сопоставимо с потенциалом действия в нейронах. Эти сдвиги происходят за миллисекунды, что соответствует скорости нервных импульсов, указывая на возможную общую физическую основу.
Теория также предсказывает, что флуктуации мембраны могут активно перемещать ионы против их естественных электрохимических градиентов. Направление этого транспорта зависит от механических и электрических свойств самой мембраны.
Авторы работы полагают, что их концепция может быть расширена на группы клеток для изучения крупномасштабных электрических паттернов в тканях. Это открывает новые пути для понимания сенсорного восприятия, нейронной активности и создания биовдохновлённых материалов, имитирующих электрическое поведение живой ткани.
Источник: PNAS Nexus. Pratik Khandagale, Liping Liu, Pradeep Sharma. «Flexoelectricity and the fluctuations of (active) living cells: Implications for energy harvesting, ion transport, and neuronal activity». DOI: 10.1093/pnasnexus/pgaf362
0 комментариев