As membranas que envolvem as nossas células podem, literalmente, ondular com eletricidade - funcionando como uma fonte “oculta” de energia capaz de ajudar no transporte de materiais e possivelmente até participar da comunicação do organismo.
Um grupo de pesquisadores da Universidade de Houston e da Universidade Rutgers, nos Estados Unidos, propõe que pequenas ondulações nas membranas lipídicas (ricas em gordura) ao redor das células podem gerar tensão elétrica suficiente para atuar como energia direta em certos processos biológicos.
De onde vêm as flutuações da membrana
Essas flutuações da membrana não são novidade para a ciência: elas já foram investigadas em detalhe e estão associadas à ação de proteínas embutidas na membrana e ao consumo de adenosina trifosfato (ATP), a principal “moeda” de energia usada para transportar energia dentro das células.
A nova pesquisa, porém, acrescenta suporte teórico para uma hipótese mais específica: esses “batimentos” e deformações podem ser fortes e organizados o suficiente para produzir uma carga elétrica aproveitável em tarefas relevantes.
“As células não são sistemas passivos - elas são impulsionadas por processos internos ativos, como a atividade de proteínas e o consumo de ATP”, escrevem os autores no artigo. “Mostramos que essas flutuações ativas, quando acopladas à propriedade eletromecânica universal da flexoeletricidade, podem gerar voltagens transmembrana e até impulsionar o transporte de íons.”
Flexoeletricidade nas membranas celulares: como a tensão aparece
O conceito central do modelo é a flexoeletricidade - em termos simples, a capacidade de um material gerar uma diferença de potencial (uma tensão) entre regiões submetidas a deformações diferentes.
As membranas celulares estão o tempo todo se curvando e se rearranjando, em parte por causa das agitações térmicas aleatórias dentro da célula. Em um cenário de equilíbrio perfeito, qualquer tensão gerada desse modo tenderia a se anular, tornando-se inútil como fonte de energia.
O argumento dos pesquisadores é que a célula viva não está em equilíbrio estrito: há um conjunto contínuo de reações e atividades internas “girando o motor” para manter o organismo funcionando. Para avaliar se isso poderia transformar uma membrana lipídica em algo parecido com um microgerador, a equipe recorreu a formulações teóricas detalhadas.
Voltagens transmembrana e transporte de íons: o que os cálculos indicam
De acordo com as contas apresentadas, a flexoeletricidade pode criar uma diferença elétrica entre o interior e o exterior da célula de até 90 milivolts - uma ordem de grandeza suficiente, por exemplo, para contribuir com condições que permitem um neurónio disparar.
Essa tensão poderia ajudar a orientar o movimento de íons, isto é, átomos carregados cujo comportamento depende de fluxos elétricos e gradientes químicos. Em outras palavras, as ondulações da membrana não seriam apenas “ruído”: elas poderiam dar um empurrão físico a processos em que cargas precisam ser deslocadas de forma direcionada.
Além disso, as flutuações da membrana podem ser capazes de influenciar operações biológicas como movimento muscular e sinais sensoriais. A equipa estima que as cargas surjam numa escala de milissegundos, um intervalo compatível com a temporização de sinais que se propagam por células nervosas.
“Os nossos resultados revelam que a atividade pode amplificar significativamente a voltagem transmembrana e a polarização, sugerindo um mecanismo físico para colheita de energia e transporte direcionado de íons em células vivas”, escrevem os pesquisadores.
Do nível celular aos tecidos (e o que falta comprovar)
Os autores também levantam a possibilidade de que o efeito não se restrinja a células isoladas: ele pode se estender a grupos de células, ajudando a explicar como membranas celulares podem ser coordenadas para produzir efeitos em maior escala e, potencialmente, contribuir para o comportamento de tecidos.
Um próximo passo natural é testar, em condições biológicas reais, se as previsões do modelo aparecem como esperado: medições finas de voltagens transmembrana durante diferentes níveis de actividade celular, bem como experiências que alterem a composição da membrana e a presença de proteínas específicas para observar como isso muda as flutuações.
Outra implicação prática, se o mecanismo se confirmar, é repensar como a célula distribui energia: além das vias bioquímicas clássicas (como as associadas ao ATP), poderia existir um componente eletromecânico local que contribui para eficiência e rapidez em fenómenos dependentes de cargas - especialmente em sistemas onde o tempo de resposta em milissegundos é crucial.
Para além do corpo: redes neuronais e materiais bioinspirados
As implicações sugeridas vão além dos tecidos vivos. Os pesquisadores propõem que as mesmas ideias de geração elétrica por deformação possam inspirar o desenho de materiais sintéticos e até conceitos para redes de inteligência artificial baseadas em princípios encontrados na natureza.
“Investigar a dinâmica eletromecânica em redes de neurónios pode ligar a flexoeletricidade molecular ao processamento complexo de informação, com implicações tanto para entender a função cerebral quanto para descobrir materiais computacionais bioinspirados”, afirmam os autores.
A pesquisa foi publicada na PNAS Nexus.
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