Forskere sammenligner mitokondrier med Tesla-batteripakker
Ny forskning avslører at mitokondrier, de små kraftverkene som lever inne i celler og gir dem energi, fungerer mer som en Tesla-batteripakke enn den typen batteri du legger i en lommelykt.
Bortsett fra røde blodlegemer, inneholder alle celler i menneskekroppen en eller flere mitokondrier, og noen inneholder tusenvis. Disse indre cellestrukturene, eller organeller, bruker oksygen til å lage kjemiske enheter av energi for cellen.
Mitokondrier er uvanlige ved at de har to membraner: en glatt på utsiden og en rynket, brettet på innsiden.
Forskere kaller foldene til en mitokondrions indre membran cristae. Inntil nylig trodde de at formålet med brettingen var å øke overflatearealet for å produsere energi.
Imidlertid forfatterne av en nylig EMBO Journal studiepapir fjerner denne ideen.
I stedet foreslår de at cristae er mer som uavhengige batterier som fungerer sammen i en rekke, i likhet med Tesla-batteripakkene som driver elektriske biler.
En rekke autonome batterier
Forskerne kom til denne konklusjonen etter å ha visualisert energiproduksjon i mitokondrier ved hjelp av mikroskopi med høy oppløsning.
"Det bildene fortalte oss var at hver av disse kristene er elektrisk uavhengige, og fungerer som et autonomt batteri," sier seniorstudieforfatter Dr. Orian S. Shirihai, professor i medisin i endokrinologi og farmakologi ved David Geffen School of Medicine ved University of California, Los Angeles.
"En crista," legger han til, "kan bli skadet og slutte å fungere mens de andre opprettholder membranpotensialet."
I lang tid trodde forskere at hver mitokondrion utgjorde en enkelt bioenergetisk enhet. Forfatterne viser til typiske tidligere eksperimenter, og resultatene førte til at etterforskerne konkluderte med at "hele organellen fungerer som en elektrokjemisk enhet."
Faktisk, det som Dr. Shirihai kunne se med tradisjonell mikroskopi, syntes å bekrefte dette. Å observere celler som fungerer godt med noen få lange mitokondrier antydet ikke ideen om mange små batterier.
“Ingen hadde sett på dette før, fordi vi var så låst inn i denne tankegangen; antakelsen var at en mitokondrion betydde ett batteri, ”forklarer han.
Uovertruffen høyoppløselig bildebehandling
Imidlertid gjorde samtaler med ingeniører som designer elektriske kjøretøyer Dr. Shirihai klar over fordelene med matriser med mange små batterier i stedet for en stor.
"[Hvis] det skjer noe med en [batteri] celle," bemerker han, "systemet kan fortsette å fungere, og flere små batterier kan gi en veldig høy strøm når du trenger det."
Avhengig av modell kan Tesla elektriske kjøretøy ha opptil 7000 små battericeller. Disse har form av et rutenett som lar kjøretøyet lade raskt og kjøle seg effektivt. En slik ordning leverer også mye kraft for akselerasjon.
For å se nærmere på mitokondrier, utviklet teamet en ny tilnærming for å avbilde [indre mitokondriell membran] med høy spatiotemporal oppløsning i levende celler. " Forskere hadde aldri før sett en så høy oppløsning.
Med den nylig optimaliserte høyoppløsningsmikroskopien kunne teamet visualisere spenningsfordeling og energiproduksjon inne i mitokondriene.
Proteinklynger fungerer som elektriske isolatorer
Forskerne så hvordan proteinklynger mellom cristae fungerte som elektriske isolatorer. De visste allerede at uten proteinklyngene brytes mitokondrier lettere ned. Faktisk så teamet også hvordan mitokondrier som mangler proteinklyngene, oppførte seg mer som en stor battericelle.
Forfatterne antyder at disse studiefunnene øker forståelsen for ikke bare hvordan mitokondrier fungerer, men også hvordan organellene bidrar til sykdom, aldring og til og med medisinske komplikasjoner.
Eksperter har knyttet en rekke medisinske komplikasjoner - som iskemi-reperfusjonsskade - til alvorlig forstyrrelse av cristae i mitokondrier.
Dr. Shirihai tenker: "Batteriekspertene jeg opprinnelig hadde snakket med, var veldig glade for å høre at de hadde rett."
Forskere mener at mitokondrier utviklet seg fra et gammelt samarbeid som oppsto da celler med kjerner slukte oksygenavhengige enkle celler som manglet en kjerne. Til gjengjeld for beskyttelse gir den internaliserte cellen, eller organellen, verten sin energi.
"Det viser seg at mitokondrier og Teslas, med sine mange små batterier, er et tilfelle av konvergent evolusjon."
Dr. Orian S. Shirihai
