As nossas células podem, literalmente, ondular com electricidade, funcionando como uma fonte de energia discreta que poderá ajudar a transportar substâncias ou até participar na comunicação do organismo.
Investigadores da Universidade de Houston e da Universidade Rutgers, nos EUA, propõem que pequenas ondulações nas membranas gordurosas (lipídicas) que envolvem as células conseguem produzir voltagem suficiente para actuar como uma fonte directa de energia em alguns processos biológicos.
Estas flutuações já tinham sido estudadas de forma aprofundada e sabe-se que são impulsionadas pela actividade de proteínas incorporadas na membrana e pela degradação do trifosfato de adenosina (ATP), o principal meio de transporte de energia no interior das células.
O novo trabalho fornece suporte teórico para a hipótese de que estes “flutterings” da membrana são simultaneamente intensos e organizados o bastante para originar uma carga eléctrica que a célula pode aproveitar em tarefas relevantes.
"Cells are not passive systems – they are driven by internal active processes such as protein activity and ATP consumption," escrevem os investigadores no artigo publicado.
"We show that these active fluctuations, when coupled with the universal electromechanical property of flexoelectricity, can generate transmembrane voltages and even drive ion transport."
Flexoelectricidade nas membranas celulares e voltagem transmembranar
A base do modelo assenta no conceito de flexoelectricidade, que descreve, em termos gerais, como pode surgir uma voltagem entre pontos de um material sujeitos a deformações diferentes.
As membranas dobram-se continuamente devido às variações térmicas aleatórias no interior da célula. Em teoria, qualquer voltagem gerada desta forma deveria anular-se em ambientes em equilíbrio, o que a tornaria inútil como fonte de energia.
No entanto, os investigadores argumentaram que as células não estão em equilíbrio estrito: a actividade interna mantém-se constantemente em funcionamento para sustentar a vida. Para perceber se isso bastaria para transformar uma membrana lipídica numa espécie de “motor”, foram necessárias formulações detalhadas.
De acordo com os cálculos apresentados, a flexoelectricidade poderia criar uma diferença eléctrica entre o interior e o exterior da célula de até 90 milivolts - uma carga suficiente para desencadear o disparo de um neurónio.
A voltagem produzida poderia facilitar o movimento de iões, isto é, átomos carregados cuja dinâmica é controlada por fluxos eléctricos e processos químicos.
As oscilações da membrana poderão ser suficientes para afectar operações biológicas como o movimento muscular e os sinais sensoriais. A equipa estimou que as cargas surgem numa escala de milissegundos, compatível com o ritmo dos sinais que se propagam pelas células nervosas.
"Our results reveal that activity can significantly amplify transmembrane voltage and polarization, suggesting a physical mechanism for energy harvesting and directed ion transport in living cells," escrevem os investigadores.
Os resultados poderão também aplicar-se a grupos de células, ajudando a esclarecer de que modo as membranas celulares se podem coordenar para produzir efeitos e tecidos à escala maior. Estudos futuros poderão agora testar se tudo funciona como previsto no interior do corpo.
Implicações para redes neuronais e materiais sintéticos
As implicações não se limitam aos tecidos vivos: os investigadores avançam a possibilidade de empregar estas mesmas estratégias de produção de electricidade para orientar o desenho de redes de inteligência artificial e de materiais sintéticos inspirados na natureza.
"Investigating electromechanical dynamics in neuron networks may bridge molecular flexoelectricity and complex information processing, with implications for both understanding brain function and discovering bio-inspired computational materials," escrevem os investigadores.
A investigação foi publicada na PNAS Nexus.
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