Ученые из Университета Хьюстона предложили физическое объяснение того, как живая клетка может сама создавать электрическое напряжение. В основе модели использовали клеточную мембрану, тонкую и гибкую оболочку, которая не просто отделяет клетку от внешней среды, а постоянно участвует в ее работе.
Внутри клетки непрерывно идут активные процессы. Белки меняют форму, взаимодействуют друг с другом и расщепляют молекулы АТФ — универсального источника энергии. Эта активность передается мембране, заставляя ее слегка изгибаться и колебаться. Это микроскопические движения, но они происходят постоянно и повсеместно.
Модель показывает, что таких деформаций достаточно, чтобы запустить флексоэлектрический эффект. При изгибе мембраны между ее внутренней и внешней сторонами возникает электрическое напряжение. Это свойство давно известно в физике материалов, но здесь оно впервые подробно описано применительно к живой клетке. Мембрана в этой схеме работает как преобразователь механической активности в электрический сигнал.
По расчетам авторов, напряжение может достигать примерно 90 милливольт. Это сопоставимо с амплитудой сигналов, которые возникают в нейронах при передаче импульсов. Изменения разворачиваются за миллисекунды — в том же временном диапазоне, что и классические нервные потенциалы.
Модель также предсказывает, что такие мембранные напряжения способны активно перемещать ионы. Причем не только по естественным градиентам концентрации, но и против них. Обычно для этого требуются специальные белковые насосы, однако здесь движение ионов задается упругими свойствами мембраны и ее реакцией на электрическое поле. Эти параметры определяют направление переноса и знак заряда.
Авторы считают, что тот же механизм может работать не только в отдельных клетках, но и в тканях, где колебания мембран становятся согласованными.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что биологи обнаружили древнюю форму клеточной адгезии.
