Los organismos vivos han aprendido a transformar la estructura del agua en un estado altamente conductivo

Los empleados del laboratorio de espectroscopia de terahercios del Instituto de Física y Tecnología de Moscú encontraron que el agua en las proteínas responsables de proporcionar energía a los sistemas vivos, y el agua, que está expuesta a un campo electromagnético constante de decenas de kilovoltios por centímetro, se comportan de una manera muy manera similar Este trabajo fue apoyado por la Fundación Rusa para la Ciencia, subvención No. 19-73-10154. Un artículo con los resultados del estudio fue publicado en la revista Physical Review E.

La principal fuente de energía del Sol y otras estrellas del Universo es el defecto de masa que se produce cuando se fusionan dos protones. En la energía de los organismos vivos, la fusión de protones con moléculas de agua tiene una importancia fundamental. En este último caso, no estamos hablando de una reacción nuclear, sino de la capacidad que tiene un protón, como dicen los químicos, dependiendo de las condiciones, de ser solvatado por el agua de diferentes formas, es decir, de interactuar electrostáticamente.

En la última década, varios grupos científicos en occidente y en Brasil han demostrado que cuando se aplica un gran campo electrostático al agua, surgen características interesantes que están directamente relacionadas con el transporte de protones. Hay un fuerte aumento en la intensidad de las llamadas oscilaciones de traslación, cuya frecuencia está en el rango espectral del infrarrojo lejano. Al mismo tiempo, se forma una gran cantidad de protones, solvatados por una sola molécula de agua.

Konstantin Motovilov, jefe del estudio e investigador líder en MIPT, dice: “Muchos descubrimientos se basan en correlaciones inesperadas y al principio inexplicables, que solo más tarde, con el advenimiento de teorías científicas desarrolladas, adquieren una conexión profunda y significativa. En nuestro equipo, llevamos mucho tiempo trabajando en las propiedades del agua en objetos biológicos. A raíz de las nuevas publicaciones de colegas sobre las propiedades del agua en condiciones de un fuerte campo externo, volvimos a nuestros datos publicados hace mucho tiempo y descubrimos que se observa un aumento similar en la intensidad de las oscilaciones de traducción solo en aquellas proteínas que son responsables para el transporte de electrones y protones. Sorprendentemente, estas proteínas no requieren un campo externo para tal estructuración del agua. Se las arreglan para preparar de alguna manera el agua para el transporte activo de protones sin ella”.

El papel más importante de los cambios en las concentraciones de protones en diferentes lados de las membranas biológicas se conoce desde hace más de medio siglo. En las mitocondrias, el deseo natural de igualar la concentración de protones, en otras palabras, de reducir el potencial electroquímico transmembrana, obliga a trabajar a la enzima clave para toda la energía de los sistemas vivos: la ATP sintetasa. 

Es el ATP el que se utiliza para casi todas las actividades necesarias para la vida: desde la síntesis de proteínas hasta el jogging. La magnitud del potencial de protones transmembrana en las mitocondrias vivas alcanza valores colosales: 150 milivoltios por 5 nanómetros de espesor de membrana. 

En los últimos años, al comprender la estructura de los complejos de proteínas que proporcionan la generación de potencial de protones y su gasto en la síntesis de ATP, no quedó claro en qué forma se mueve el protón a lo largo de las membranas mitocondriales y dentro de la ATP sintetasa. Los científicos del laboratorio de espectroscopia de terahercios del Centro de Fotónica y Materiales Bidimensionales del Instituto de Física y Tecnología de Moscú lograron responder a esta pregunta.

“Los datos que obtuvimos en los rangos de frecuencia de terahercios e infrarrojos indican que la transferencia efectiva de protones se realiza precisamente en forma de cationes de hidroxonio H3O+. En el caso de una mayor hidratación del protón con la formación del catión Zundel H5O2+ más pesado, la movilidad de la carga se reduce significativamente. Aparentemente, los sistemas vivos han aprendido a usar estas características de la interacción de los protones con el agua y construyeron su energía a su alrededor”, dice Zarina Gagkaeva, primera autora del estudio, estudiante graduada en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú.

Foto: El estudio se realizó con un espectrómetro de terahercios. Servicio de prensa del MIPT, Evgeny Pelevin

Las alteraciones en el trabajo de las cadenas de transporte de carga en las mitocondrias son la base de muchos procesos patológicos que conducen a enfermedades oncológicas, envejecimiento prematuro de los tejidos y diversas miopatías. El trabajo de científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú ayuda a observar la energía de los procesos de membranas biológicas en un nuevo nivel fundamental. Esto proporciona una herramienta adicional, el conocimiento del estado fisiológico normal de la hidratación de protones, para combatir las enfermedades mediadas por mitocondrias.

Iz

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