90 милливольт жизни: как мембраны клеток влияют на работу нейронов

Наши клетки могут быть куда "живее", чем кажется: их оболочки не просто отделяют внутреннее от внешнего, а постоянно двигаются и меняют форму. Учёные предполагают, что в этих микроскопических движениях может скрываться дополнительный источник электрической энергии для работы организма.

Речь идёт о механизме, который теоретически способен влиять на перенос заряженных частиц и передачу сигналов. Об этом сообщает PNAS Nexus.

Как мембрана может превращать движение в напряжение

Учёные из Университета Хьюстона и Ратгерского университета рассматривают клеточную мембрану как активную среду, а не "пассивную плёнку". Мембрана — это липидный слой с встраиваемыми белками, который непрерывно испытывает изгибы и складки: часть связана с тепловыми колебаниями, часть — с деятельностью белков и расходом аденозинтрифосфата (АТФ), главной "валюты" энергии в клетке.

Сами флуктуации мембран давно изучаются, но новое исследование фокусируется на другом: могут ли эти движения быть достаточно упорядоченными и сильными, чтобы создавать электрический эффект, который можно использовать в биологических процессах. Модель даёт теоретическое обоснование того, что активные колебания способны формировать заряд и напряжение на мембране, а не просто "шуметь" вокруг равновесия.

Ключевой термин здесь — флексоэлектричество. Это электромеханическое свойство, при котором деформация материала (например, изгиб) приводит к появлению разности потенциалов между участками с разной кривизной. В идеальном равновесии такие напряжения должны взаимно компенсироваться, поэтому мембрана не выглядела бы как пригодный "генератор". Но исследователи исходят из того, что живая клетка не является системой строгого равновесия: внутри постоянно идут процессы, поддерживающие жизнь.

Что показали расчёты и почему это важно для сигналов

Согласно расчётам, флексоэлектрический механизм может создавать разницу потенциалов между внутренней и внешней сторонами клетки до 90 милливольт — это уровень, который сопоставим с величинами, достаточными для активации нейрона. Такое напряжение теоретически может помогать перемещению ионов — заряженных атомов, от которых зависят работа ионных каналов, возбуждение нервных клеток и многие сигнальные процессы.

Отдельно подчёркивается временной масштаб: заряды, по оценке авторов, возникают в миллисекундном диапазоне. Это важно потому, что миллисекунды — характерное "окно времени" для распространения сигналов по нервным клеткам и для быстрых физиологических реакций, включая сенсорные ответы и участие электрических процессов в работе мышц.

Что это может означать для тканей и организма в целом

Если подобные эффекты действительно работают в живых системах так, как предсказывает модель, это даёт ещё один "физический слой" объяснений: почему мембраны способны не только реагировать на уже существующие электрические поля, но и потенциально вносить вклад в их формирование.

Такая логика особенно интересна в контексте клеточных ансамблей, где согласованная работа мембран могла бы приводить к более заметным эффектам на уровне тканей.