Naukowcy porównują mitochondria do akumulatorów Tesli
Nowe badania pokazują, że mitochondria, maleńkie elektrownie, które żyją w komórkach i dostarczają im energii, działają bardziej jak akumulator Tesli niż rodzaj akumulatora, który wkłada się do latarki.
Oprócz czerwonych krwinek wszystkie komórki w ludzkim ciele zawierają jedno lub więcej mitochondriów, a niektóre zawierają ich tysiące. Te wewnętrzne struktury komórkowe lub organelle wykorzystują tlen do wytwarzania chemicznych jednostek energii dla komórki.
Mitochondria są niezwykłe, ponieważ mają dwie membrany: gładką na zewnątrz i pomarszczoną, pofałdowaną od wewnątrz.
Naukowcy nazywają fałdy wewnętrznej błony mitochondrialnej cristae. Do niedawna uważali, że celem fałdowania jest zwiększenie powierzchni do produkcji energii.
Jednak autorzy niedawnego pliku EMBO Journal artykuł do studium rozwiać ten pomysł.
Zamiast tego proponują, że cristae bardziej przypomina niezależne baterie pracujące razem w szyku, podobnie jak zestawy akumulatorów Tesla, które zasilają samochody elektryczne.
Szereg autonomicznych baterii
Naukowcy doszli do tego wniosku po wizualizacji produkcji energii w mitochondriach za pomocą mikroskopii o wysokiej rozdzielczości.
„Obrazy pokazały nam, że każda z tych cristae jest elektrycznie niezależna, funkcjonując jako autonomiczna bateria” - mówi starszy autor badań dr Orian S. Shirihai, profesor medycyny endokrynologii i farmakologii w David Geffen School of Medicine at Uniwersytet Kalifornijski w Los Angeles.
„Jedna crista” - dodaje - „może ulec uszkodzeniu i przestać działać, podczas gdy inne zachowują swój potencjał błonowy”.
Naukowcy przez długi czas wierzyli, że każdy mitochondrium zawiera pojedynczą jednostkę bioenergetyczną. Autorzy odwołują się do typowych wcześniejszych eksperymentów, których wyniki doprowadziły badaczy do wniosku, że „cała organelle funkcjonuje jako jedna jednostka elektrochemiczna”.
Rzeczywiście, to, co dr Shirihai mógł zobaczyć za pomocą tradycyjnej mikroskopii, wydawało się to potwierdzać. Obserwowanie dobrze funkcjonujących komórek z kilkoma bardzo długimi mitochondriami nie sugerowało pomysłu na wiele małych baterii.
„Nikt wcześniej na to nie patrzył, ponieważ byliśmy tak zamknięci w tym sposobie myślenia; założono, że jeden mitochondrium oznacza jedną baterię ”- wyjaśnia.
Bezprecedensowe obrazowanie w wysokiej rozdzielczości
Jednak rozmowy z inżynierami, którzy projektują pojazdy elektryczne, uświadomiły dr Shirihaiowi zalety macierzy wielu małych baterii zamiast jednej dużej.
„[Jeśli] coś stanie się z jednym ogniwem [baterii]”, zauważa, „system może nadal działać, a wiele małych baterii może zapewnić bardzo wysoki prąd, gdy jest to potrzebne”.
W zależności od modelu, pojazdy elektryczne Tesli mogą mieć do 7000 małych ogniw akumulatorowych. Mają one postać kratki, która umożliwia szybkie ładowanie i efektywne chłodzenie pojazdu. Taki układ zapewnia również dużą moc do przyspieszenia.
Aby przyjrzeć się bliżej mitochondriom, zespół „opracował nowatorskie podejście do obrazowania [wewnętrznej błony mitochondrialnej] z wysoką rozdzielczością czasoprzestrzenną w żywych komórkach”. Naukowcy nigdy wcześniej nie widzieli tak wysokiej rozdzielczości.
Dzięki nowo zoptymalizowanej mikroskopii o wysokiej rozdzielczości zespół mógł wizualizować rozkład napięcia i produkcję energii w mitochondriach.
Klastry białek działają jak izolatory elektryczne
Naukowcy zobaczyli, jak skupiska białek między cristae działają jak izolatory elektryczne. Wiedzieli już, że bez skupisk białek mitochondria rozpadają się łatwiej. W rzeczywistości zespół zauważył również, że mitochondria pozbawione skupisk białek zachowywały się bardziej jak jedna duża komórka baterii.
Autorzy sugerują, że te odkrycia pogłębiają wiedzę nie tylko o tym, jak działają mitochondria, ale także o tym, jak organelle przyczyniają się do chorób, starzenia, a nawet powikłań medycznych.
Eksperci powiązali szereg powikłań medycznych - takich jak uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne - z poważnym zaburzeniem cristae w mitochondriach.
Dr Shirihai mówi: „Eksperci od baterii, z którymi rozmawiałem, byli bardzo podekscytowani, słysząc, że mają rację”.
Naukowcy uważają, że mitochondria wyewoluowały w wyniku starożytnej współpracy, która powstała, gdy komórki z jądrem pochłonęły proste komórki zależne od tlenu, które nie miały jądra. W zamian za ochronę zinternalizowana komórka, czyli organelle, dostarcza swojemu gospodarzowi energii.
„Okazuje się, że mitochondria i Teslas, wraz z ich wieloma małymi bateriami, są przykładem zbieżnej ewolucji”.
Dr Orian S. Shirihai
