Πως ο ηλεκτρισμός κινείται μέσα στα κύτταρα

Αυτή η απεικόνιση δείχνει τις μοριακές λεπτομέρειες μιας 

πολύ-πρωτεϊνικής μπαταρίας και σύρματος που παράγει 

και άγει βιολογικό ηλεκτρικό ρεύμα.

(Credit: Image courtesy of University of Minnesota).

Η ανακάλυψη έχει εφαρμογές στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης

Ερευνητές στο University of Minnesota δημιούργησαν μια μοριακή εικόνα ενός συστήματος που κινεί ηλεκτρόνια ανάμεσα στις πρωτεΐνες των κυττάρων. Αυτό το κατόρθωμα αποτελεί καινοτομία για τη βιολογία και μπορεί να δώσει νέους τρόπους ελαχιστοποίησης των ενεργειακών απωλειών σε άλλα συστήματα, από συσκευές νανοκλίμακας έως και την παροχή ρεύματος σε ολόκληρη χώρα.

Η έρευνα, που επιβλέπεται από τον Carrie Wilmot, αναπληρωτή καθηγητή στο College of Biological Sciences, δημοσιεύθηκε στις 12 Μαρτίου στο Science.

«Η εξέλιξη είχε ρυθμίσει και χρησιμοποιήσει τον ηλεκτρισμό στους οργανισμούς πολύ πριν τον χρησιμοποιήσουν οι άνθρωποι», λέει ο Wilmot. «Μπορούμε να μάθουμε πολλά από τη φύση για το πώς να τον χρησιμοποιήσουμε πιο αποτελεσματικά. Αυτή η νέα εικόνα σχετικά με το πώς το σώμα χρησιμοποιεί τον ηλεκτρισμό θα μπορούσε να οδηγήσει τη νανοτεχνολογία σε ακόμα μεγαλύτερη σμίκρυνση των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων ή σε ένα πιο αποδοτικό δίκτυο παροχής σε σπίτια ή επιχειρήσεις».

Η ενέργεια που παράγεται από την περιστροφή των ηλεκτρονίων είναι η θεμελιώδης πηγή δύναμης που επιτρέπει την ύπαρξη ανθρώπινης ζωής. Καθώς τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα στα κύτταρα, η ενέργεια διοχετεύεται ώστε να δημιουργήσει πιο σύνθετα μόρια, όπως η πρωτεΐνες και το DNA. Αυτά είναι τα βασικότερα συστατικά που επιτρέπουν στους οργανισμούς να αναπτύσσονται, να συντηρούνται και να αποθηκεύουν ενέργεια. Οι εικόνες του Wilmot, που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, θα ενισχύσουν την προσπάθεια στην κατανόηση των συγκεκριμένων διεργασιών.

«Η λήψη της κρυσταλλικής δομής ενός σύνθετου μοριακού συστήματος αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων είναι σα να βρίσκεσαι στα παρασκήνια μιας παράστασης μαγείας», λέει ο Vernon Anderson που επιβλέπει τα grants βιοχημείας στο Health's National Institute of General Medical Sciences. «Πάντα γνωρίζαμε πως υπήρχε ένα τρικ, αλλά τώρα η ομάδα του Wilmot παρέχει μια μοναδική όψη της εκπληκτικής αυτής χημικής διαδικασίας και πώς συντελείται».

Ο Wilmot είναι γνωστός στην επιστημονική κοινότητα για την πρωτοποριακή του τεχνική να παγώνει βιολογικούς καταλύτες (ένζυμα) όταν επιταχύνουν και συντονίζουν χημικές αντιδράσεις. Αυτό δίνει εικόνες σε διαφορετικά σημεία κατά τη διάρκεια των χημικών αντιδράσεων και μπορούν έτσι να είναι τα καρέ μιας ταινίας που αφορά τις μοριακές και δομικές αλλαγές που συμβαίνουν. ScienceDaily (Mar. 12, 2010)