мы можем Московский физико-технический институт — ведущий...
Sapere aude - дерзай знать!
Физтех Московский физико-технический институт
Все записи
текст

Живые организмы научились трансформировать структуру воды в высокопроводящее состояние

Сотрудники лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ обнаружили, что вода в белках, отвечающих за обеспечение живых систем энергией, и вода, на которую воздействуют постоянным электромагнитным полем величиной в десятки киловольт на сантиметр, ведут себя очень похожим образом. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 19-73-10154. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review E.
Живые организмы научились трансформировать структуру воды в высокопроводящее состояние
Исследование проводилось с помощью терагерцевого спектрометра. Фото: пресс-служба МФТИ

Главным источником энергии Солнца и других звёзд во Вселенной является дефект массы, возникающий при слиянии двух протонов. В энергетике живых организмов принципиально важным является слияние протонов с молекулами воды. Речь в последнем случае идет, не о ядерной реакции, а о способности протона, как говорят химики, в зависимости от условий по-разному сольватироваться водой, то есть электростатически взаимодействовать.


В последнее десятилетие несколько научных групп на Западе и в Бразилии показали, что при приложении большого электростатического поля в воде возникают интересные особенности, напрямую связанные с переносом протонов. Наблюдается резкий рост интенсивности так называемых трансляционных колебаний, частота которых находится в дальнем инфракрасном спектральном диапазоне. Одновременно с этим образуется большое количество протонов, сольватированных только одной молекулой воды.


Важнейшая роль изменения концентраций протонов по разные стороны биологических мембран известна уже более полувека. В митохондриях естественное стремление выровнять концентрацию протонов, иными словами уменьшить электрохимический трансмембранный потенциал, заставляет работать ключевой для всей энергетики живых систем фермент – АТФ-синтетазу. Именно АТФ используется практически для всех действий, необходимых для жизни – от синтеза белков, до бега трусцой. Величина трансмембранного протонного потенциала в живых митохондриях достигает колоссальных значений – 150 милливольт на 5 нанометров толщины мембраны. Несмотря на значительные успехи последних лет в понимании структуры белковых комплексов, обеспечивающих генерацию протонного потенциала и его расходование на синтез АТФ, оставалось неясным, в какой именно форме протон перемещается вдоль митохондриальных мембран и внутри АТФ-синтетазы. Ученым лаборатории терагерцовой спектроскопии Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ удалось ответить на этот вопрос.

Нарушения в работе цепей переноса зарядов в митохондриях лежат в основе множества патологических процессов, приводящих к онкологическим заболеваниям, преждевременному старению тканей, различным миопатиям. Работа ученых из МФТИ помогает на новом фундаментальном уровне взглянуть на энергетику биологических мембранных процессов. Это даёт дополнительный инструмент – знание о нормальном физиологическом состоянии гидратации протонов – для борьбы с митохондриально-обусловленными заболеваниями.
«Полученные нами данные в терагерцовом и инфракрасном диапазоне частот говорят о том, что эффективный перенос протонов осуществляется именно в форме катионов гидроксония Н3О+. В случае дальнейшего гидратирования протона
с образованием более тяжелого катиона Цунделя H5O2+ мобильность зарядов значительно снижается. По-видимому, живые системы научились использовать эти особенности взаимодействия протонов с водой, выстроили вокруг них свою энергетику», - говорит Зарина Гагкаева, первый автор исследования, аспирант МФТИ

Коротко

Машины и Механизмы
Всего 0 комментариев
Комментарии

Рекомендуем

OK OK OK OK OK OK OK