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L’attività elettrica recentemente scoperta all’interno delle cellule potrebbe cambiare il modo in cui i ricercatori pensano alla chimica biologica.
Il corpo umano fa molto affidamento sulle cariche elettriche. Impulsi di energia simili a fulmini attraversano il cervello e i nervi e la maggior parte dei processi biologici dipende dagli ioni elettrici che viaggiano attraverso le membrane di ogni cellula del nostro corpo.
Questi segnali elettrici sono possibili, in parte, a causa di uno squilibrio nelle cariche elettriche che esiste su entrambi i lati di una membrana cellulare. Fino a poco tempo fa, i ricercatori ritenevano che la membrana fosse un componente essenziale per creare questo squilibrio. Ma quel pensiero è stato capovolto quando i ricercatori della Stanford University hanno scoperto che simili cariche elettriche squilibrate possono esistere tra microgoccioline di acqua e aria.
Ora, i ricercatori della Duke University hanno scoperto che questi tipi di campi elettrici esistono anche all’interno e intorno a un altro tipo di struttura cellulare chiamata condensati biologici. Ade esempio le goccioline d’olio emulsionate che galleggiano nell’acqua determinano uno stato particolare che determina la mancata solubilizzazione dei due liquidi a causa delle differenze di densità. Questo perché si formano compartimenti all’interno della cellula senza bisogno del confine fisico di una membrana.
Ispirati da precedenti ricerche che dimostravano che le microgoccioline d’acqua che interagiscono con l’aria o le superfici solide creano minuscoli squilibri elettrici, i ricercatori hanno deciso di vedere se lo stesso valeva per i piccoli condensati biologici. Volevano anche vedere se questi squilibri innescassero reazioni di ossigeno reattivo, “redox”, come questi altri sistemi.
Apparsa il 28 aprile sulla rivista Chem (https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(23)00153-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2451929423001535%3Fshowall%3Dtrue), la loro scoperta fondamentale potrebbe cambiare il modo in cui i ricercatori pensano alla chimica biologica. Potrebbe anche fornire un indizio su come la prima vita sulla Terra ha sfruttato l’energia necessaria per sorgere.
Sembra infatti che in un ambiente prebiotico senza enzimi per catalizzare le reazioni l l’energia verrebbe prodotta dall’energia di reazione, proprio come l’energia potenziale che viene impartita a una carica puntiforme posta in un campo elettrico.
Quando le cariche elettriche saltano tra un materiale e l’altro, possono produrre frammenti molecolari che possono accoppiarsi e formare radicali idrossilici (OH). Questi possono quindi accoppiarsi nuovamente per formare perossido di idrogeno (H2O2) in quantità minuscole ma rilevabili.
Le cellule possono costruire condensati biologici per separare o intrappolare insieme determinate proteine e molecole, ostacolandone o promuovendone l’attività.
Dopo aver combinato la giusta formula di elementi costitutivi per creare minuscoli condensati è stato aggiunto un colorante al sistema che si illumina in presenza di specie reattive dell’ossigeno. Quando le condizioni ambientali erano favorevoli, dai bordi dei condensati partiva un solido bagliore, confermando che era all’opera un fenomeno precedentemente sconosciuto.
Questi risultati suggeriscono perché i condensati sono così importanti nel funzionamento delle cellule.
Ancora non sono note le implicazioni biologiche di questa reazione in corso all’interno delle nostre cellule. I mitocondri (centrali energetiche delle nostre cellule) creano energia per tutte le funzioni della nostra vita attraverso lo stesso processo chimico di base. Ma prima che esistessero i mitocondri o anche le cellule più semplici, qualcosa doveva fornire energia affinché le primissime funzioni della vita iniziassero a funzionare. L’ipotesi è che l’energia fosse fornita da prese d’aria termiche negli oceani o sorgenti termali. Altri hanno suggerito che questa stessa reazione redox che si verifica nelle microgoccioline d’acqua sia stata creata dallo spruzzo delle onde dell’oceano.