Odkryto aktywność komórek, która prawdopodobnie doprowadziła do powstania życia



Związek pomiędzy elektrycznością a życiem jest znany od 1780 roku, kiedy to Luigi Galvani użył wstrząsów elektrycznych, aby wywołać drgania nóg u żab podczas swoich eksperymentów. Fakt, że komórki używają elektryczności do komunikacji jest jedną z rzeczy, które sprawiają, że złożone życie jest możliwe w pierwszej kolejności - ale wnętrze komórek było wcześniej uważane za strefę w przeważającej mierze wolną od elektryczności. Jednak nowe badania podważają tę opinię i sugerują, że aktywność elektryczna może być podstawą wielu reakcji chemicznych, od których jesteśmy zależni.

Membrany otaczające komórki ułatwiają interakcje elektryczne poprzez tworzenie nierównowagi ładunków pomiędzy wnętrzem i zewnętrzem komórki. Zakładano, że bez błon taka nierównowaga ładunków nie jest możliwa, a więc wewnątrz komórki nie może zachodzić żadna aktywność elektryczna (z wyjątkiem organelli takich jak mitochondria, które mają własne błony).

Nowe badania pokazują jednak, że tak nie jest; komórki mogą utrzymywać wewnętrzne pola elektryczne. Ustalenie, co te pola oznaczają dla chemii biologicznej, zajmie prawdopodobnie dużo czasu, ale autorzy badania wierzą, że ich praca może zmienić sposób, w jaki patrzymy na reakcje chemiczne wewnątrz komórek.

Gdyby bowiem wnętrze komórki było niezróżnicowanym płynem, jego przewodność uniemożliwiałaby przetrwanie nierównowagi ładunków. Jednak oprócz organelli związanych z błoną, takich jak jądro, komórki zawierają również struktury zwane kondensatami biologicznymi, których gęstość jest większa niż gęstość otaczającego je materiału. Podobnie jak kropelki oleju nie potrzebują membrany, aby przetrwać w wodzie, kondensaty te mogą być stabilne wewnątrz komórki i utrzymywać różne poziomy pH.

Wcześniejsze prace wykazały, że mikrokrople wody tworzą nierównowagę elektryczną, gdy wchodzą w interakcje z inną materią, zarówno stałą, jak i gazową. Naukowcy, kierowani przez dr Yifan Dai z Duke University, chcieli rozszerzyć tę pracę na wnętrze komórki i dodali do syntetycznych imitacji komórek barwnik, który świeci w obecności reaktywnych form tlenu (ROS). Termin gatunki odnosi się tu do rodzajów cząsteczek, a nie żywych istot, ale to nie znaczy, że nie mają one znaczenia biologicznego. Jak wskazuje ich nazwa, ROS łatwo reagują z wieloma innymi atomami i cząsteczkami, umożliwiając tworzenie wielu cząsteczek, które w przeciwnym razie by nie istniały.

Jak piszą naukowcy w swoim badaniu opublikowanym w czasopiśmie Chem, byli oni w stanie zaobserwować światło na krawędziach kondensatów, które tworzyły się przy wyższych stężeniach soli, wskazując na obecność nadtlenku wodoru, ROS, którego powstawanie przypisują polom elektrycznym. Ta obserwacja, że biomolekularne kondensaty wydają się być redoks-aktywne, sugeruje, że kondensaty nie tylko ewoluowały w celu wykonywania pewnych funkcji biologicznych, jak się powszechnie uważa, ale że są również obdarzone krytyczną funkcją chemiczną, która jest niezbędna dla komórek. Odkrycie to nie tylko zapewnia ważny wgląd w funkcjonowanie każdej komórki naszego ciała, ale może mieć również ogromne znaczenie dla wyjaśnienia pochodzenia życia. W końcu skąd na młodej Ziemi, w prebiotycznym środowisku bez enzymów katalizujących reakcje, miała wziąć się energia, która zapoczątkowała proces powstawania życia? Dotychczasowe teorie spekulują o wyładowaniach atmosferycznych, wulkanizmie czy uderzeniach meteorytów.

To badanie odkrywa teraz, że mechanizm, dzięki któremu interfejs kondensatu jest aktywny redoks, jest podobny do tego, jak mitochondria generują ROS. Na długo przed tym, jak komórki wyewoluowały mitochondria, aby uzyskać energię potrzebną im do życia, kondensaty mogły wykonywać tę samą pracę, choć prawdopodobnie nie tak doskonale. Odkrycie to dostarcza przynajmniej wiarygodnego wyjaśnienia, skąd mogła pochodzić energia reakcji, która umożliwiła związkom organicznym powstanie życia na Ziemi.

Jednak te kondensaty mogą mieć również minusy. "Wykazano, że tworzenie kondensatów sprzyja powstawaniu fibryli amyloidowych" - A te są uważane za "potencjalną ścieżkę patologiczną w chorobach neurodegeneracyjnych".

---

Amon
www.strefa44.pl
www.strefa44.com.pl