生物體已經(jīng)學(xué)會將水的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔?dǎo)電狀態(tài)

莫斯科物理與技術(shù)研究所太赫茲光譜實(shí)驗(yàn)室的員工發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)為生命系統(tǒng)提供能量的蛋白質(zhì)中的水，暴露在每厘米數(shù)十千伏的恒定電磁場中的水的行為非常類似的方式。

該研究使用太赫茲光譜儀

這項(xiàng)工作得到了俄羅斯科學(xué)基金會的支持。一篇包含該研究結(jié)果的文章發(fā)表在《物理評論 E》雜志上。太陽和宇宙中其他恒星的主要能量來源是兩個(gè)質(zhì)子合并時(shí)發(fā)生的質(zhì)量缺陷。在生物體的能量中，質(zhì)子與水分子的融合是至關(guān)重要的。在后一種情況下，它不是關(guān)于核反應(yīng)，而是關(guān)于質(zhì)子的能力，正如化學(xué)家所說，以不同的方式被水溶劑化，即根據(jù)條件進(jìn)行靜電相互作用。

在過去的十年中，西方和巴西的幾個(gè)科學(xué)團(tuán)體已經(jīng)表明，當(dāng)對水施加大的靜電場時(shí)，會出現(xiàn)與質(zhì)子傳輸直接相關(guān)的有趣特征。所謂平移振蕩的強(qiáng)度急劇增加，其頻率在遠(yuǎn)紅外光譜范圍內(nèi)。同時(shí)，形成大量質(zhì)子，僅被一個(gè)水分子溶劑化。

該研究的負(fù)責(zé)人、MIPT 首席研究員康斯坦丁·莫托維洛夫 (Konstantin Motovilov) 說：“許多發(fā)現(xiàn)都是基于出乎意料的，起初是莫名其妙的相關(guān)性，但后來隨著先進(jìn)科學(xué)理論的出現(xiàn)，這些相關(guān)性才獲得了深刻而有意義的聯(lián)系。在我們的團(tuán)隊(duì)中，我們長期以來一直在研究生物物體中水的特性。

在同事發(fā)表關(guān)于強(qiáng)外場條件下水特性的新出版物之后，我們回到了我們長期發(fā)表的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)僅在那些負(fù)責(zé)的蛋白質(zhì)中觀察到平移振蕩強(qiáng)度的類似增加用于電子和質(zhì)子的傳輸。值得注意的是，這些蛋白質(zhì)不需要外部場來進(jìn)行這種水結(jié)構(gòu)。他們設(shè)法以某種方式為沒有它的主動質(zhì)子傳輸準(zhǔn)備水?！?/span>

半個(gè)多世紀(jì)以來，人們已經(jīng)知道生物膜不同側(cè)質(zhì)子濃度變化的最重要作用。在線粒體中，平衡質(zhì)子濃度的自然愿望，換句話說，降低電化學(xué)跨膜電位，迫使生命系統(tǒng)整個(gè)能量的關(guān)鍵酶——ATP合成酶起作用。ATP 幾乎用于生命所需的所有活動——從蛋白質(zhì)合成到慢跑。

活線粒體中跨膜質(zhì)子電位的大小達(dá)到了巨大的值 - 每 5 納米膜厚度 150 毫伏。盡管近年來在了解產(chǎn)生質(zhì)子勢的蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)及其在 ATP 合成中的消耗方面取得了重大進(jìn)展，但仍不清楚質(zhì)子以何種形式沿著線粒體膜和 ATP 合成酶移動。莫斯科物理技術(shù)研究所光子學(xué)和二維材料中心太赫茲光譜實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們設(shè)法回答了這個(gè)問題。

“我們在太赫茲和紅外頻率范圍內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)表明，質(zhì)子的有效轉(zhuǎn)移是以氫氧陽離子 H3O+ 的形式精確進(jìn)行的。在質(zhì)子進(jìn)一步水合形成更重的 Zundel 陽離子 H5O2+ 的情況下，電荷遷移率顯著降低。顯然，生命系統(tǒng)已經(jīng)學(xué)會了利用質(zhì)子與水相互作用的這些特征，圍繞它們建立能量，”該研究的第一作者、莫斯科物理技術(shù)學(xué)院的研究生 Zarina Gagkaeva 說。

線粒體中電荷傳輸鏈運(yùn)行的紊亂是導(dǎo)致癌癥、組織過早老化和各種肌病的許多病理過程的基礎(chǔ)。莫斯科物理與技術(shù)研究所科學(xué)家的工作有助于在新的基礎(chǔ)水平上研究生物膜過程的能量。這提供了一個(gè)額外的工具——了解質(zhì)子水合的正常生理狀態(tài)——來對抗線粒體介導(dǎo)的疾病。