Os cientistas criaram uma nova explicação teórica de como as células vivas geram a sua própria eletricidade. No centro desta ideia está a membrana celular, a camada fina e flexível que envolve todas as células vivas e controla a entrada e saída da célula. Esta membrana não é uma barreira estática, mas move-se e remodela-se constantemente em escalas muito pequenas. A nova estrutura mostra que estes pequenos movimentos podem produzir efeitos eléctricos reais.
A pesquisa foi liderada por Pradeep Sharma e 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 é traduzido em sinais elétricos através das membranas.
Atividades moleculares que movem membranas
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 o processo pelo qual as células decompõem o trifosfato de adenosina para liberar energia. Esses processos biológicos ativos não acontecem silenciosamente. Eles empurram e puxam as membranas celulares, fazendo-as dobrar, ondular e ondular.
O modelo sugere que esses movimentos contínuos da membrana podem desencadear um fenômeno chamado flexoeletricidade. A flexoeletricidade ocorre quando um material dobra ou deforma para produzir uma resposta elétrica. Neste caso, a flexão da membrana celular pode criar diferenças elétricas entre o interior e o exterior da célula.
Níveis de tensão comparáveis aos sinais neurais
De acordo com esta estrutura, a voltagem gerada através da membrana pode ser muito forte. Em alguns casos a tensão pode chegar a 90 milivolts. Este nível é digno de nota porque é semelhante às mudanças de voltagem observadas quando os neurônios disparam sinais elétricos.
O momento também corresponde ao que está acontecendo no sistema nervoso. As mudanças de tensão podem ocorrer em poucos milissegundos e estão intimamente relacionadas ao formato e à velocidade da curva de potencial de ação típica de um neurônio. Isto sugere que os mesmos princípios físicos podem estar em jogo na forma como as células nervosas comunicam.
Impulsionando o movimento iônico contra gradientes naturais
A teoria prevê ainda que essas tensões de acionamento da membrana podem 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 um gradiente eletroquímico, o que significa que eles se movem de uma área de alta concentração para uma área de baixa concentração.
O novo modelo mostra que as flutuações ativas da membrana podem empurrar os íons em direções opostas, contra esses gradientes. Os investigadores associaram este comportamento a propriedades específicas da membrana, incluindo a sua elasticidade e a forma como responde aos campos eléctricos. Essas propriedades ajudam a determinar a direção na qual os íons se movem e que tipo de carga eles carregam.
De células individuais a tecidos e novos materiais
No futuro, os autores acreditam que a estrutura pode ser expandida para além das células individuais. Ao aplicar os mesmos princípios a grupos de células, os cientistas podem explorar como a atividade coordenada da membrana leva a padrões elétricos em larga escala nos tecidos.
Os pesquisadores acreditam que este mecanismo fornece uma base física para a compreensão da percepção sensorial, do disparo neuronal e até mesmo de como as células vivas coletam energia internamente. Também pode ajudar a conectar a neurociência ao desenvolvimento de materiais inteligentes bioinspirados e fisicamente inspirados, fornecendo novas maneiras de projetar sistemas que imitem o comportamento elétrico de tecidos vivos.
