Os cientistas desenvolveram uma nova explicação teórica sobre como as células vivas podem gerar a sua própria eletricidade. No centro do conceito está a membrana celular, uma camada fina e flexível que envolve cada célula viva e controla o que entra e sai. Em vez de ser uma barreira estática, esta membrana está constantemente em movimento e remodelando-se numa escala muito pequena. 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 desenvolveram 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 das membranas.
Atividade molecular que faz com que a membrana se mova
Dentro de cada célula, as proteínas mudam constantemente de forma, interagem com outras moléculas e realizam 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 ocorrem 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 cria uma resposta elétrica. Neste caso, a flexão da membrana celular pode criar uma diferença elétrica entre o interior e o exterior da célula.
Os sinais neurais são níveis de tensão comparáveis
Dependendo da estrutura, as tensões elétricas criadas através da membrana podem ser surpreendentemente fortes. Em alguns casos, podem atingir até 90 milivolts. Este nível é significativo porque se assemelha às mudanças de voltagem observadas quando os neurônios disparam sinais elétricos.
O tempo também corresponde ao que acontece no sistema nervoso. Mudanças na voltagem podem ocorrer em milissegundos, alinhando-se estreitamente com a forma e a velocidade das curvas típicas de potencial de ação dos neurônios. Isto sugere que os mesmos princípios físicos podem desempenhar um papel na forma como as células nervosas se comunicam.
Movimento de íons contra gradientes naturais
A teoria vai além, prevendo que essas tensões acionadas por membrana podem mover íons ativamente. Os íons são átomos eletricamente carregados que as células usam para enviar sinais e manter o equilíbrio. Geralmente, os íons fluem ao longo de um gradiente eletroquímico, 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 podem empurrar os íons em direções opostas, agindo contra esses gradientes. Os pesquisadores associam esse comportamento a propriedades específicas da membrana, incluindo o quão esticada ela é e como ela responde aos campos elétricos. Essas propriedades ajudam a determinar em que direção os íons se movem e que tipo de carga eles carregam.
Tecido e novo material de células únicas
Olhando para o futuro, os autores sugerem que esta estrutura pode estender-se 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 argumentam que esse mecanismo fornece uma base física para a compreensão da percepção sensorial, do disparo neuronal e até mesmo de como as células vivas podem coletar energia internamente. Isto pode ajudar a unir a neurociência ao desenvolvimento de materiais bioinspirados e fisicamente inteligentes, proporcionando novas formas de projetar sistemas que imitem o comportamento elétrico dos tecidos vivos.
