人體嚴重依賴電荷。閃電般的能量脈沖穿過大腦和神經(jīng)，大多數(shù)生物過程都依賴于穿過我們身體每個細胞膜的電離子。
這些電信號是可能的，部分原因是存在于細胞膜兩側(cè)的電荷不平衡。直到最近，研究人員還認為膜是造成這種不平衡的重要組成部分。但當斯坦福大學的研究人員發(fā)現(xiàn)水和空氣的微滴之間可能存在類似的不平衡電荷時，這種想法被顛覆了。
現(xiàn)在，杜克大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，這些類型的電場也存在于另一種稱為生物凝結(jié)物的細胞結(jié)構(gòu)內(nèi)部和周圍。就像漂浮在水中的油滴一樣，這些結(jié)構(gòu)因密度差異而存在。它們在細胞內(nèi)形成隔室，而不需要膜的物理邊界。
受先前研究表明水的微滴與空氣或固體表面相互作用會產(chǎn)生微小的電不平衡的啟發(fā)，研究人員決定看看小型生物凝結(jié)物是否也是如此。他們還想看看這些不平衡是否會像其他系統(tǒng)一樣引發(fā)活性氧“氧化還原”反應。
他們的基礎性發(fā)現(xiàn)于 4 月 28 日發(fā)表在《化學》雜志上，可能會改變研究人員對生物化學的看法。它還可以提供有關(guān)地球上第一個生命如何利用出現(xiàn)所需能量的線索。
“在沒有酶催化反應的生命起源前環(huán)境中，能量從何而來?” 在 Alan L. Kaganov 生物醫(yī)學工程特聘教授 Ashutosh Chilkoti 和 James L. Meriam 生物醫(yī)學工程特聘教授 Lingchong You 實驗室工作的杜克大學博士后研究員戴一帆問道。
“這一發(fā)現(xiàn)為反應能量的來源提供了一個合理的解釋，就像電場中點電荷的勢能一樣，”戴說。
當電荷在一種材料和另一種材料之間跳躍時，它們會產(chǎn)生分子碎片，這些分子碎片可以配對并形成化學式為 OH 的羥基自由基。然后它們可以再次配對形成微量但可檢測的過氧化氫 (H2O2)。
“但是除了細胞膜之外，很少在生物體系中研究界面，細胞膜是生物學最重要的部分之一，”戴說。“所以我們想知道生物凝聚物的界面可能會發(fā)生什么，也就是說，如果它也是一個不對稱系統(tǒng)。”
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