Uma fonte oculta de energia pode ter sido descoberta ao redor de nossas células.

As membranas que envolvem as nossas células talvez não sejam apenas “embalagens” biológicas: elas podem ondular e, com isso, produzir eletricidade - funcionando como uma fonte de energia discreta capaz de ajudar no transporte de materiais e até participar da comunicação do organismo.

Um grupo de investigadores da Universidade de Houston e da Universidade Rutgers, nos Estados Unidos, propõe que pequenas ondulações nas membranas lipídicas (gordurosas) que circundam as células podem gerar voltagem suficiente para alimentar diretamente certos processos biológicos.

Essas flutuações da membrana já foram estudadas de forma extensa. Sabe-se que elas são impulsionadas pela atividade de proteínas incorporadas à membrana e pela quebra de adenosina trifosfato (ATP), o principal “carregador” de energia dentro das células.

O que o novo trabalho acrescenta é um suporte teórico para a ideia de que esses tremores da membrana podem ser intensos e organizados o bastante para criar uma carga elétrica aproveitável pela célula em tarefas relevantes.

“Células não são sistemas passivos - elas são movidas por processos ativos internos, como atividade proteica e consumo de ATP”, escrevem os autores no artigo publicado. “Mostramos que essas flutuações ativas, quando acopladas à propriedade eletromecânica universal da flexoeletricidade, podem gerar voltagens transmembrana e até impulsionar o transporte de iões.”

Flexoeletricidade e voltagem transmembrana em membranas lipídicas

Para entender o modelo proposto, o ponto central é a flexoeletricidade - um fenómeno que descreve como um material pode produzir uma diferença de potencial elétrico quando existem regiões com deformações (tensões mecânicas) distintas.

No caso das células, as membranas estão em constante curvatura e “dança” devido ao calor que se propaga de forma aleatória pelo interior celular. Em condições estritamente em equilíbrio, qualquer voltagem gerada por essas deformações tenderia a se anular, o que as tornaria inúteis como fonte de energia.

A proposta dos investigadores parte do princípio de que uma célula viva não está em equilíbrio rígido: há atividade contínua no seu interior, mantendo processos essenciais a funcionar. Para avaliar se isso poderia transformar uma membrana lipídica numa espécie de “motor”, foram necessárias formulações matemáticas detalhadas.

Até 90 milivolts: eletricidade suficiente para influenciar processos biológicos

De acordo com os cálculos apresentados, a flexoeletricidade poderia criar uma diferença elétrica entre o interior e o exterior da célula de até 90 milivolts - uma magnitude de carga comparável ao necessário para desencadear o disparo de um neurónio.

Essa voltagem, segundo o estudo, poderia contribuir para o movimento de iões (átomos eletricamente carregados) - que são regulados tanto por gradientes químicos quanto por fluxos elétricos.

Os autores sugerem ainda que as flutuações da membrana podem ter intensidade suficiente para interferir em operações biológicas como a contração muscular e a transmissão de sinais sensoriais. A equipa estima que as cargas apareçam numa escala de milissegundos, o que se encaixa bem no ritmo em que sinais percorrem as células nervosas.

“Os nossos resultados revelam que a atividade pode amplificar de forma significativa a voltagem transmembrana e a polarização, sugerindo um mecanismo físico para colheita de energia e transporte direcionado de iões em células vivas”, escrevem os investigadores.

O que isso pode significar para tecidos, coordenação celular e testes no corpo

O efeito proposto pode não ficar restrito a células isoladas. Os autores consideram que ele também poderia atuar em grupos de células, ajudando a explicar como membranas celulares podem ser coordenadas para produzir efeitos de maior escala em tecidos.

O próximo passo, segundo a lógica do estudo, é verificar experimentalmente se o fenómeno ocorre como previsto em condições reais no organismo, e não apenas como possibilidade teórica.

Uma via promissora para essas validações é combinar medições eletrofisiológicas (como técnicas de registo de voltagem transmembrana) com métodos capazes de quantificar deformações rápidas da membrana. Outra abordagem seria reproduzir o comportamento em sistemas controlados - por exemplo, vesículas lipídicas artificiais com proteínas específicas - para observar em que condições a flexoeletricidade se torna relevante.

Implicações além do corpo: redes e materiais inspirados na biologia

As implicações não se limitariam a tecidos vivos. Os investigadores levantam a hipótese de que os mesmos princípios de geração elétrica por deformação possam inspirar o desenvolvimento de materiais sintéticos e até o desenho de redes de computação inspiradas na natureza.

“Investigar a dinâmica eletromecânica em redes de neurónios pode fazer a ponte entre a flexoeletricidade molecular e o processamento complexo de informação, com implicações tanto para compreender a função cerebral quanto para descobrir materiais computacionais bioinspirados”, escrevem os autores.

Se confirmada, essa linha de investigação pode ampliar a forma como entendemos a bioeletricidade: não apenas como resultado de bombas iónicas e canais, mas também como algo potencialmente reforçado pela mecânica da própria membrana - uma interação estreita entre forma, movimento e energia no nível celular.

A investigação foi publicada na revista PNAS Nexus.