Znanstveniki mitohondrije primerjajo z baterijami Tesla
Nova raziskava razkriva, da mitohondriji, majhne elektrarne, ki živijo znotraj celic in jim dajejo energijo, delujejo bolj kot Teslina baterija kot vrsta baterije, ki jo vstavite v svetilko.
Poleg rdečih krvnih celic vse celice v človeškem telesu vsebujejo enega ali več mitohondrijev, nekatere pa tudi na tisoče. Te notranje celične strukture ali organele uporabljajo kisik za izdelavo kemijskih enot energije za celico.
Mitohondriji so nenavadni s tem, da imajo dve membrani: gladko na zunanji strani in nagubano, zloženo na notranji strani.
Znanstveniki imenujejo gube mitohondrijeve notranje membrane kriste. Do nedavnega so verjeli, da je namen zlaganja povečati površino za proizvodnjo energije.
Vendar pa avtorji nedavnega EMBO Journal študijski članek to idejo razblini.
Namesto tega predlagajo, da so kristali bolj podobni neodvisnim baterijam, ki delujejo skupaj v nizu, podobno kot baterija Tesla, ki poganja električne avtomobile.
Niz avtonomnih baterij
Raziskovalci so do tega sklepa prišli po vizualizaciji proizvodnje energije v mitohondrijih s pomočjo mikroskopije z visoko ločljivostjo.
"Slike so nam povedale, da je vsaka od teh krista električno neodvisna in deluje kot avtonomna baterija," pravi starejši avtor študije dr. Orian S. Shirihai, profesor medicine iz endokrinologije in farmakologije na Medicinski fakulteti David Geffen v Kalifornijska univerza v Los Angelesu.
"Ena krista," dodaja, "se lahko poškoduje in preneha delovati, medtem ko druge ohranjajo membranski potencial."
Znanstveniki so dolgo verjeli, da je vsak mitohondrij sestavljen iz ene bioenergijske enote. Avtorji se sklicujejo na tipične prejšnje poskuse, katerih rezultati so raziskovalce pripeljali do zaključka, da "celotna organela deluje kot ena elektrokemična enota."
Kar je dr. Shirihai videl s tradicionalno mikroskopijo, je to potrdilo. Opazovanje celic, ki dobro delujejo z nekaj zelo dolgimi mitohondriji, ni nakazovalo ideje o veliko majhnih baterijah.
»Tega še nihče ni pogledal, ker smo bili tako zaprti v tak način razmišljanja; predpostavka je bila, da en mitohondrij pomeni eno baterijo, «pojasnjuje.
Slikanje z visoko ločljivostjo brez primere
Toda pogovori z inženirji, ki načrtujejo električna vozila, so dr. Shirihaya zavedali prednosti množice majhnih baterij namesto ene velike.
"[Če se kaj zgodi z eno [baterijsko] celico," ugotavlja, "sistem lahko še naprej deluje in več majhnih baterij lahko zagotovi zelo močan tok, ko ga potrebujete."
Odvisno od modela imajo lahko električna vozila Tesla do 7000 majhnih baterijskih celic. Ti so v obliki mreže, ki vozilu omogoča hitro polnjenje in učinkovito hlajenje. Takšna ureditev prinaša tudi veliko moči za pospeševanje.
Da bi podrobneje pogledali mitohondrije, je ekipa "razvila nov pristop za slikanje [notranje mitohondrijske membrane] z visoko prostorsko-časovno ločljivostjo v živih celicah." Znanstveniki še nikoli niso videli tako visoke ločljivosti.
Z novo optimizirano mikroskopijo z visoko ločljivostjo bi lahko ekipa vizualizirala porazdelitev napetosti in proizvodnjo energije v mitohondrijih.
Beljakovinski grozdi delujejo kot električni izolatorji
Raziskovalci so videli, kako so beljakovinski grozdi med kristali delovali kot električni izolatorji. Že prej so vedeli, da se mitohondriji brez grozdov beljakovin lažje razgradijo. Pravzaprav je ekipa tudi videla, kako se mitohondriji, ki nimajo beljakovinskih grozdov, obnašajo bolj kot ena velika baterijska celica.
Avtorji predlagajo, da te ugotovitve študije povečujejo razumevanje ne le delovanja mitohondrijev, temveč tudi, kako organele prispevajo k boleznim, staranju in celo zdravstvenim zapletom.
Strokovnjaki so številne zdravstvene zaplete, kot je poškodba zaradi ishemije in reperfuzije, povezali s hudimi motnjami krista v mitohondrijih.
Dr. Shirihai razmišlja: "Strokovnjaki za baterije, s katerimi sem se prvotno pogovarjal, so bili zelo navdušeni, ko so slišali, da imajo prav."
Znanstveniki verjamejo, da so se mitohondrije razvile iz starodavnega sodelovanja, ki je nastalo, ko so celice z jedri zajele kisiko odvisne enostavne celice, ki so imele jedro. V zameno za zaščito ponotranjena celica ali organela gostitelju zagotavlja energijo.
"Izkazalo se je, da sta mitohondrija in Tesla s številnimi majhnimi baterijami primer konvergentnega razvoja."
Dr. Orian S. Shirihai
