Membránové vlnění generuje napětí podobné nervovým signálům
Vědci z Houstonské univerzity odhalili fascinující mechanismus, jak živá buňka sama vytváří elektrické napětí. Klíčem k tomuto objevu je buněčná membrána – tenký a pružný obal, který nejen odděluje buňku od vnějšího prostředí, ale aktivně se podílí na všech jejích procesech.
Uvnitř buňky probíhá neustálý vír aktivity. Proteiny mění své tvary, vzájemně interagují a štěpí molekuly ATP, univerzální zdroj energie. Tato intenzivní činnost se přenáší na membránu, která se v reakci jemně prohýbá a vibruje.
Mikroskopické pohyby s velkým dopadem
Ačkoliv jde o mikroskopické pohyby, jejich důsledky jsou pozoruhodné. Model ukazuje, že tyto drobné deformace stačí k vyvolání flexoelektrického efektu. Když se membrána prohne, vzniká mezi její vnitřní a vnější stranou elektrické napětí.
Tato vlastnost je v materiálové fyzice známá již dlouho, ale poprvé byla takto podrobně popsána v souvislosti s živými buňkami. Membrána v tomto schématu funguje jako převodník – přeměňuje mechanickou aktivitu na elektrický signál.
Napětí srovnatelné s nervovými impulsy
Podle výpočtů autorů může napětí dosáhnout přibližně 90 milivoltů. To je srovnatelné s amplitudou signálů, které vznikají v neuronech při přenosu impulzů. Změny probíhají v řádu milisekund – ve stejném časovém rozmezí jako klasické nervové potenciály.
Vlnění membrány pod vlivem proteinů a energie z ATP vytváří napětí, které může konkurovat signálům v nervových buňkách. Výzkumníci tak poskytli fyzikální vysvětlení toho, jak se mechanika přeměňuje na elektrický efekt.
Aktivní transport iontů bez proteinových pump
Model také předpovídá něco neočekávaného. Tato membránová napětí jsou schopna aktivně přemisťovat ionty – a to nejen podle přirozených koncentračních gradientů, ale i proti nim.
Obvykle je k takovému transportu potřeba speciálních proteinových pump. V tomto případě však pohyb iontů řídí elastické vlastnosti membrány a její reakce na elektrické pole. Právě tyto parametry určují směr přenosu i znaménko náboje.
Od jednotlivých buněk k celým tkáním
Autoři se domnívají, že tento mechanismus může fungovat nejen v jednotlivých buňkách, ale i v celých tkáních. Tam se membránové oscilace stávají koordinovanými, což otevírá zcela nové perspektivy pro pochopení bioelektrických procesů v organismu.
Objev ukazuje, že buňky jsou sofistikovanější elektrické generátory, než se dosud myslelo. Jejich schopnost přeměňovat mechanickou energii na elektrickou může hrát zásadní roli v mnoha biologických procesech.
