La entropía suele asociarse con el desorden y el caos, pero en biología se relaciona con la eficiencia energética y está muy ligada al metabolismo, el conjunto de reacciones químicas que sustentan la vida.

Un equipo de investigación internacional liderado por las Universidades de Barcelona y Padua, con la participación de la Universidad de Göttingen y las Universidades Complutense y Francisco de Vitoria de Madrid, ha desarrollado una metodología novedosa para medir la producción de entropía a escala nanométrica. /P>

El nuevo enfoque permitió a los científicos medir el flujo de calor, conocido como tasa de producción de entropía, de glóbulos rojos individuales. La investigación fue publicada en Science .

Los investigadores utilizaron una nueva forma de medir el flujo de calor de las fuerzas metabólicas activas dentro de los glóbulos rojos cuantificando el aumento de entropía simplemente observando las fluctuaciones continuas y erráticas de la membrana de los glóbulos rojos.

Para garantizar que este enfoque funcione, los investigadores también crearon enfoques más complejos, en los que se pegaron pequeñas partículas de tamaño micrométrico a la membrana que no solo podrían usarse para medir las fluctuaciones de la membrana, sino también para aplicar fuerzas minúsculas que se crean. simplemente iluminando las partículas con luz.

Estas partículas coloidales (pequeñas partículas sólidas suspendidas en una fase fluida) pueden considerarse una forma excelente de medir y también manipular el movimiento de la membrana de las células vivas. Para sus cálculos utilizando glóbulos rojos reales, los investigadores utilizaron enfoques experimentales basados ​​en la manipulación óptica directa de la membrana, pero también en la detección óptica y la microscopía ultrarrápida de imágenes en vivo.

Los investigadores de la Universidad de Göttingen contribuyeron realizando experimentos sensibles y precisos. "Hemos desarrollado un experimento en el que utilizamos fotones, es decir, luz, para sujetar las células con tanta suavidad que la luz no perturba el delicado flujo de calor, pero sí lo suficientemente fuerte como para medir sus efectos", afirma el profesor Timo Betz, de la Instituto de Biofísica de Göttingen.

"El calor es un síntoma de la salud celular y este hallazgo podría abrir nuevas formas de determinar la salud de los tejidos", explica el investigador principal, el profesor Félix Ritort, del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad de Barcelona. Y añade:"Caracterizar la producción de entropía en los sistemas vivos es crucial para comprender la eficiencia de los procesos de conversión de energía".

Existe un gran interés en medir la producción de entropía en sistemas físicos y biológicos porque son relevantes para muchos otros sistemas. "Este avance tiene implicaciones de gran alcance para nuestra comprensión del metabolismo y el transporte de energía en los sistemas vivos", afirma Betz.

"Además, estos hallazgos pueden resultar útiles para aplicaciones en salud y medicina o guiar el camino para desarrollar nuevos materiales inteligentes que exploten una tasa de producción de entropía controlada para crear una respuesta a pequeños estímulos externos".

Los hallazgos se publican en Science .

Más información: I. Di Terlizzi et al, Regla de la suma de varianza para la producción de entropía, Ciencia (2024). DOI:10.1126/ciencia.adh1823

Información de la revista: Ciencia

Proporcionado por la Universidad de Göttingen