Vedci prirovnávajú mitochondrie k batériovým jednotkám Tesla
Nový výskum ukazuje, že mitochondrie, malé elektrárne, ktoré žijú vo vnútri buniek a dodávajú im energiu, fungujú skôr ako batéria Tesla než ako batéria, ktorú ste vložili do baterky.
Okrem červených krviniek obsahujú všetky bunky v ľudskom tele jeden alebo viac mitochondrií a niektoré obsahujú tisíce. Tieto vnútorné bunkové štruktúry alebo organely využívajú kyslík na výrobu chemických jednotiek energie pre bunku.
Mitochondrie sú nezvyčajné v tom, že majú dve membrány: vonkajšiu hladkú a zvnútra zvrásnenú zloženú.
Vedci nazývajú záhyby vnútornej membrány mitochondrií kristá. Až donedávna sa domnievali, že účelom skladania bolo zväčšiť povrchovú plochu na výrobu energie.
Avšak autori nedávnej EMBO vestník študijný papier túto myšlienku rozptýli.
Namiesto toho navrhujú, aby sa cristae podobali skôr samostatným batériám pracujúcim v rade, podobne ako akumulátory Tesla, ktoré poháňajú elektromobily.
Rad autonómnych batérií
Vedci k tomuto záveru dospeli po vizualizácii výroby energie v mitochondriách pomocou mikroskopie s vysokým rozlíšením.
„Obrázky nám povedali, že každý z týchto kristí je elektricky nezávislý a funguje ako autonómna batéria,“ hovorí hlavný autor štúdie Dr. Orian S. Shirihai, profesor medicíny v endokrinológii a farmakológii na lekárskej fakulte Davida Geffena v Kalifornská univerzita v Los Angeles.
„Jedna crista,“ dodáva, „sa môže poškodiť a prestať fungovať, zatiaľ čo ostatné si zachovávajú svoj membránový potenciál.“
Vedci dlho verili, že každý mitochondrium obsahuje jednu bioenergetickú jednotku. Autori odkazujú na typické predchádzajúce experimenty, ktorých výsledky viedli vyšetrovateľov k záveru, že „celá organela funguje ako jedna elektrochemická jednotka“.
Skutočne sa zdá, že to, čo doktor Shirihai mohol vidieť pomocou tradičnej mikroskopie, to potvrdilo. Pozorovanie dobrého fungovania buniek pomocou niekoľkých veľmi dlhých mitochondrií nenaznačilo myšlienku množstva malých batérií.
"Nikto sa na to predtým nepozeral, pretože sme boli tak zamknutí do tohto spôsobu myslenia;" predpoklad bol, že jedna mitochondria znamená jednu batériu, “vysvetľuje.
Bezprecedentné zobrazovanie vo vysokom rozlíšení
Vďaka rozhovorom s inžiniermi, ktorí navrhujú elektrické vozidlá, si však doktor Shirihai uvedomil výhody mnohých malých batérií namiesto jednej veľkej.
„[Ak] sa niečo stane s jedným [batériovým] článkom,“ poznamenáva, „systém môže naďalej fungovať a viac malých batérií môže poskytnúť veľmi vysoký prúd, keď to potrebujete.“
Podľa modelu môžu mať elektrické vozidlá Tesla až 7 000 malých batériových článkov. Majú formu mriežky, ktorá umožňuje vozidlu rýchle a efektívne chladenie. Takéto usporiadanie tiež poskytuje veľa energie na zrýchlenie.
Aby sme sa bližšie pozreli dovnútra mitochondrií, tím „vyvinul nový prístup k zobrazovaniu [vnútornej mitochondriálnej membrány] pri vysokom časopriestorovom rozlíšení v živých bunkách“. Vedci nikdy predtým nevideli také vysoké rozlíšenie.
Vďaka novo optimalizovanej mikroskopii s vysokým rozlíšením mohol tím vizualizovať distribúciu napätia a výrobu energie v mitochondriách.
Zhluky proteínov fungujú ako elektrické izolátory
Vedci videli, ako proteínové zhluky medzi kristami fungovali ako elektrické izolátory. Už vedeli, že bez proteínových zhlukov sa mitochondrie ľahšie rozpadnú. Tím v skutočnosti tiež videl, ako sa mitochondrie bez proteínových zhlukov správajú skôr ako jeden veľký batériový článok.
Autori naznačujú, že tieto zistenia štúdie zvyšujú pochopenie nielen toho, ako fungujú mitochondrie, ale aj toho, ako organely prispievajú k ochoreniu, starnutiu a dokonca k zdravotným komplikáciám.
Odborníci spájajú rad zdravotných komplikácií - napríklad ischemicko-reperfúzne poranenie - s vážnym narušením krustov v mitochondriách.
Dr. Shirihai uvažuje: „Odborníci na batérie, s ktorými som sa pôvodne rozprával, boli veľmi nadšení, keď počuli, že majú pravdu.“
Vedci sa domnievajú, že mitochondrie sa vyvinuli zo starodávnej spolupráce, ktorá vznikla, keď bunky s jadrami pohltili jednoduché bunky závislé od kyslíka, ktorým chýbalo jadro. Na oplátku za ochranu poskytuje internalizovaná bunka alebo organela svojmu hostiteľovi energiu.
"Ukazuje sa, že mitochondrie a Teslas s ich mnohými malými batériami sú prípadom konvergentnej evolúcie."
Dr. Orian S. Shirihai
