infa.lt

Tokijo universiteto tyrėjai aptiko, kad gyvos ląstelės sklaido šilumą daug lėčiau, nei numato klasikinės fizikos dėsniai. Įšildyta sritis ląstelės viduje padidėjusią temperatūrą išlaiko reikšmingai ilgiau nei toks pat tūris dirbtinėje liposomoje arba gryname vandenyje.

Šis fenomenas, pavadintas „neplintančia šiluma“ (angl. non-propagating heat), verčia iš naujo įvertinti šilumos vaidmenį biologijoje: keliama hipotezė, kad ji yra ne šiaip šalutinis metabolizmo produktas, o aktyvus signalas, valdantis ląstelinius procesus.

Iki šiol klasikinė biofizika ląstelę laikė skysta terpe, kurios klampumas tik šiek tiek viršija vandens klampumą, o šilumos laidumas paklūsta tiems patiems dėsniams. Nauji rezultatai rodo, kad vidinė ląstelės terpė yra aukštai organizuota medžiaga, gebanti sulaikyti šilumą.

Manoma, kad šis mechanizmas gali būti susijęs su hidrofobine sąveika, baltymų tinklais arba tuo, kad ląstelė nėra stabili sistema. Šio mechanizmo supratimas galėtų paaiškinti, kodėl sergant tam tikromis ligomis – epilepsija, uždegimais, vėžiu – sutrinka temperatūros homeostazė ląsteliniame lygmenyje.

Savo tyrimuose Japonijos mokslininkų komanda naudojo didelės spartos fluorescencinį mikroskopą ir specialiai sukurtą molekulinį termometrą. Infraraudonųjų spindulių lazeriu buvo įkaitinama nedidelė sritis ląstelės viduje (mitochondrija arba citoplazmos dalis), o tada milisekundžių tikslumu stebėta, kaip greitai šiluma išsisklaido.

Palyginimui buvo naudojamos dirbtinės liposomos – tokio paties dydžio kaip ląstelės pūslelės, tačiau neturinčios viduląstelinių struktūrų.

Kaip rašo mokslo naujienų portalas „EurekAlert“, dirbtinėse liposomose šiluma plito tiksliai taip, kaip numato šilumos laidumo lygtys – greitai ir tolygiai. Tuo tarpu gyvose ląstelėse šiluma „užsilaikydavo“ įkaitinimo vietoje, o vėsimo greitis priklausė nuo to, kokia konkrečiai organelė buvo įkaitinta ir nuo jos molekulinės aplinkos.

Skirtumas buvo toks didelis, kad tyrimo autoriai iš pradžių įtarė matavimo klaidą, tačiau visi kontroliniai eksperimentai patvirtino: lėtas aušimas yra reali vidinės ląstelės erdvės savybė, o ne prietaiso paklaida.

Dar 2012 metais mokslininkai nustatė, kad spontaniški temperatūros svyravimai 1–2 °C ribose nėra atsitiktiniai ir koreliuoja su biologinėmis funkcijomis. Tuomet tai kėlė nuostabą, tačiau dabar „neplintančios šilumos“ fenomenas siūlo paaiškinimą: jei šiluma neišsisklaido akimirksniu, lokalus temperatūros gradientas gali stabiliai egzistuoti ir atlikti signalo funkciją.

Lokalus įkaitimas gali veikti kaip „jungiklis“ temperatūrai jautriems jonų kanalams, šilumos šoku baltymams ir fermentams. Mokslininkų teigimu, jei pavyktų išmokti valdyti šį signalą (pagreitinti arba sulėtinti šilumos sklaidą), tai atvertų kelius naujiems ligų, susijusių su ląstelių termoreguliacijos sutrikimais, gydymo metodams.