Elektrik ve yaşam arasındaki bağlantı, Luigi Galvani’nin kurbağa bacaklarını seğirtmesinden bu yana biliniyor. İletişim için elektrik kullanan hücreler, karmaşık yaşamı mümkün kılan şeylerden biridir, ancak hücrelerin içlerinin çoğunlukla ölü bölgeler olduğu düşünülüyordu.
Yeni araştırmalar buna meydan okuyor ve bağlı olduğumuz kimyasal reaksiyonların birçoğunun altında elektriksel aktivitenin yattığını öne sürüyor.
Hücreleri çevreleyen zarlar, hücre içi ve dışı arasında yük dengesizliklerinin gelişmesine izin vererek elektriksel etkileşimleri kolaylaştırır. Hücre içindeki elektriksel aktiviteyi engelleyen zarlar (mitokondri gibi kendi zarları olan organeller hariç) olmadan bu tür yük farklılıklarının mümkün olmayacağına inanılıyordu.
Yeni bir çalışma, durumun böyle olmadığını kanıtlıyor; Hücreler iç elektrik alanlarını koruyabilir. Bu alanların biyolojik kimya için ne kadar önemli olduğu uzun zaman alabilir, ancak makalenin yazarları çalışmalarının hücrelerdeki kimyasal reaksiyonlara bakış açımızı değiştirebileceğine inanıyor. Hücrenin içi farklılaşmamış bir sıvı olsaydı, iletkenliği yük dengesizliğinin depolanmasını engellerdi. Bununla birlikte, çekirdek gibi zarla çevrili organellere ek olarak, hücreler, biyolojik kondensatlar olarak bilinen, çevrelerinden daha yoğun olan yapılar içerir. Tıpkı yağ damlacıklarının suda hayatta kalmak için bir zara ihtiyaç duymaması gibi, bu yoğuşma sıvıları da hücrede kararlı olabilir ve çeşitli pH seviyelerini koruyabilir.
Önceki çalışmalar, su mikro damlacıklarının diğer katı ve gaz halindeki maddelerle etkileşime girdiğinde elektriksel bir dengesizlik yarattığını göstermiştir. Bu çalışmanın hücrenin içine doğru genişletilmesinden esinlenen ilk yazar Dr. Duke Üniversitesi’nden Yifan Dai, sentetik mimik hücrelere reaktif oksijen türlerinin (ROS) varlığında parıldayan bir boya ekledi. Buradaki “tür” terimi, canlıları değil, molekül türlerini ifade eder, ancak bu onların biyolojik önemi olmadığı anlamına gelmez. Adlarından da anlaşılacağı gibi, ROS başka türlü var olamayacak birçok molekülün oluşumuna katkıda bulunarak diğer birçok atom ve molekülle kolayca reaksiyona girer.
Ekip, daha yüksek tuz konsantrasyonları nedeniyle kondensatların kenarlarından yayılan ve elektrik alanlarına atfettikleri hidrojen peroksit (ROS) varlığını gösteren ışık gözlemledi. Çalışmanın laboratuvarında yürütüldüğü Prof. Ashutosh Chilkoti yaptığı açıklamada, “Biyomoleküler kondensatlarla ilgili önceki çalışmaların çoğu iç kısımlarına odaklandı” dedi. “Yifan’ın biyomoleküler kondensatların redoks aktivitesine sahip olduğu keşfi, kondensatların yaygın olarak inanıldığı gibi sadece belirli biyolojik fonksiyonları yerine getirmek için evrimleşmediğini, aynı zamanda hücreler için gerekli olan kritik bir kimyasal fonksiyona sahip olduklarını da gösteriyor.”
Keşif, bugün vücudumuzdaki her hücrenin nasıl çalıştığı hakkında önemli bilgiler sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda yaşamın nasıl başladığını açıklamakta da uzun bir yol kat edebilir. Dai “Reaksiyonları katalize edecek enzimlerin olmadığı prebiyotik bir ortamda, enerji nereden geliyor?” diye sordu. En yaygın tepki yıldırımdı, bazen bunu volkanik patlamalar veya göktaşı çarpmaları izledi. Bununla birlikte, makalede belirtildiği gibi, “yoğunlaşma arayüzünün redoks olduğu mekanizmanın, ROS’un mitokondride ROS üretme şekline benzer olduğunu bulduk.” aynı iş, muhtemelen o kadar iyi olmasa da.
Dai, “Bu keşif, reaksiyon enerjisinin nereden gelebileceğine dair makul bir açıklama sağlıyor.” Dedi. Bununla birlikte, yoğuşmanın bir dezavantajı da olabilir. Makale, “Yoğuşma oluşumunun amiloid fibrillerinin oluşumunu desteklediği gösterildi” diyor. Sayarlar; “Nörodejeneratif hastalıklarda potansiyel bir patolojik yol” olarak değerlendiriyor.
Bu yazı Chem adresinden derlenmiştir.