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生物体已经学会将水的结构转变为高导电状态

发表时间:2022/06/08 00:22:27  浏览次数:1958  
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莫斯科物理与技术研究所太赫兹光谱实验室的员工发现,负责为生命系统提供能量的蛋白质中的水,暴露在每厘米数十千伏的恒定电磁场中的水的行为非常类似的方式。

生物体已经学会将水的结构转变为高导电状态

该研究使用太赫兹光谱仪

这项工作得到了俄罗斯科学基金会的支持。一篇包含该研究结果的文章发表在《物理评论 E》杂志上。太阳和宇宙中其他恒星的主要能量来源是两个质子合并时发生的质量缺陷。在生物体的能量中,质子与水分子的融合是至关重要的。在后一种情况下,它不是关于核反应,而是关于质子的能力,正如化学家所说,以不同的方式被水溶剂化,即根据条件进行静电相互作用。

在过去的十年中,西方和巴西的几个科学团体已经表明,当对水施加大的静电场时,会出现与质子传输直接相关的有趣特征。所谓平移振荡的强度急剧增加,其频率在远红外光谱范围内。同时,形成大量质子,仅被一个水分子溶剂化。

该研究的负责人、MIPT 首席研究员康斯坦丁·莫托维洛夫 (Konstantin Motovilov) 说:“许多发现都是基于出乎意料的,起初是莫名其妙的相关性,但后来随着先进科学理论的出现,这些相关性才获得了深刻而有意义的联系。在我们的团队中,我们长期以来一直在研究生物物体中水的特性。

在同事发表关于强外场条件下水特性的新出版物之后,我们回到了我们长期发表的数据,我们发现仅在那些负责的蛋白质中观察到平移振荡强度的类似增加用于电子和质子的传输。值得注意的是,这些蛋白质不需要外部场来进行这种水结构。他们设法以某种方式为没有它的主动质子传输准备水。”

半个多世纪以来,人们已经知道生物膜不同侧质子浓度变化的最重要作用。在线粒体中,平衡质子浓度的自然愿望,换句话说,降低电化学跨膜电位,迫使生命系统整个能量的关键酶——ATP合成酶起作用。ATP 几乎用于生命所需的所有活动——从蛋白质合成到慢跑。

活线粒体中跨膜质子电位的大小达到了巨大的值 - 每 5 纳米膜厚度 150 毫伏。尽管近年来在了解产生质子势的蛋白质复合物的结构及其在 ATP 合成中的消耗方面取得了重大进展,但仍不清楚质子以何种形式沿着线粒体膜和 ATP 合成酶移动。莫斯科物理技术研究所光子学和二维材料中心太赫兹光谱实验室的科学家们设法回答了这个问题。

“我们在太赫兹和红外频率范围内获得的数据表明,质子的有效转移是以氢氧阳离子 H3O+ 的形式精确进行的。在质子进一步水合形成更重的 Zundel 阳离子 H5O2+ 的情况下,电荷迁移率显着降低。显然,生命系统已经学会了利用质子与水相互作用的这些特征,围绕它们建立能量,”该研究的第一作者、莫斯科物理技术学院的研究生 Zarina Gagkaeva 说。

线粒体中电荷传输链运行的紊乱是导致癌症、组织过早老化和各种肌病的许多病理过程的基础。莫斯科物理与技术研究所科学家的工作有助于在新的基础水平上研究生物膜过程的能量。这提供了一个额外的工具——了解质子水合的正常生理状态——来对抗线粒体介导的疾病。

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