Os cientistas desenvolveram uma nova explicação teórica sobre como as células vivas podem produzir eletricidade por si mesmas. No centro da ideia está a membrana celular, uma camada fina e flexível que envolve cada célula viva e controla o que entra e sai dela. Em vez de ser uma barreira estática, esta membrana está em constante movimento e remodelação em uma escala muito pequena. A nova estrutura mostra que estes pequenos movimentos podem causar efeitos eléctricos reais.
A pesquisa foi liderada por Pradeep Sharma e colegas, que criaram um modelo matemático para investigar como as forças físicas dentro das células interagem com a atividade biológica. Seu trabalho se concentra em como o movimento no nível molecular pode ser traduzido em sinais elétricos através de uma membrana.
Atividade molecular que faz com que as membranas se movam
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, no qual as células decompõem o trifosfato de adenosina para liberar energia. Esses processos biológicos ativos não acontecem silenciosamente. Eles empurram e puxam a membrana celular, fazendo com que ela dobre, balance e oscile.
O modelo mostra que esses movimentos constantes da membrana podem causar um fenômeno conhecido como flexoeletricidade. A flexoeletricidade ocorre quando a flexão ou deformação de um material causa uma resposta elétrica. Neste caso, a flexão da membrana celular pode criar uma diferença elétrica entre o interior e o exterior da célula.
Níveis de tensão comparáveis aos sinais nervosos
Segundo a fundação, a voltagem elétrica criada através da membrana pode ser surpreendentemente forte. Em alguns casos, podem atingir até 90 milivolts. Este nível é único porque é semelhante às mudanças de voltagem observadas nos neurônios quando eles emitem sinais elétricos.
O tempo também corresponde ao que acontece no sistema nervoso. As mudanças de tensão podem ocorrer em milissegundos, correspondendo estreitamente à forma e à velocidade das curvas típicas do potencial de ação neuronal. Isto sugere que os mesmos princípios físicos podem desempenhar um papel na comunicação das células nervosas.
Controle do movimento de íons contra gradientes naturais
A teoria vai além, prevendo que essas tensões na 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 gradientes eletroquímicos, ou seja, movem-se de áreas de alta concentração para baixas.
O novo modelo sugere que as oscilações ativas da membrana podem empurrar os íons na direção oposta, agindo contra esses gradientes. Os pesquisadores atribuem esse comportamento a certas propriedades da membrana, incluindo o quão elástica ela é e como responde aos campos elétricos. Essas propriedades ajudam a determinar em que direção os íons estão se movendo e que tipo de carga eles carregam.
De células individuais a tecidos e novos materiais
Olhando para o futuro, os autores sugerem que esta estrutura pode ser estendida para além das células individuais. Ao aplicar os mesmos princípios a grupos de células, os cientistas poderiam investigar como a atividade coordenada da membrana leva a padrões elétricos em larga escala nos tecidos.
Os pesquisadores dizem que esse mecanismo oferece uma base física para a compreensão da percepção sensorial, da ativação neuronal e até mesmo de como as células vivas podem coletar energia internamente. Poderia também ajudar a ligar a neurociência ao desenvolvimento de materiais biologicamente e fisicamente inteligentes, oferecendo novas formas de conceber sistemas que imitem o comportamento eléctrico dos tecidos vivos.
