ZNANSTVENICI MITOHONDRIJE USPOREĐUJU S TESLINIM BATERIJAMA

Novo istraživanje otkriva da mitohondriji, maleni moćnici koji žive unutar stanica i daju im energiju, više djeluju poput Tesline baterije nego vrste baterije koju stavite u baterijsku svjetiljku.

Novo istraživanje preispituje strukturu mitohondrija, ovdje prikazanu.

Osim crvenih krvnih stanica, sve stanice u ljudskom tijelu sadrže jedan ili više mitohondrija, a neke sadrže i tisuće. Te unutarnje stanične strukture ili organele koriste kisik za stvaranje kemijskih jedinica energije za stanicu.

Mitohondriji su neobični po tome što imaju dvije membrane: glatku izvana i naboranu, preklopljenu iznutra.

Znanstvenici nabore unutarnje membrane mitohondriona nazivaju kristama. Donedavno su vjerovali da je svrha preklapanja povećati površinu za proizvodnju energije.

Međutim, autori nedavne EMBO Journal studijski rad raspršio je ovu ideju.

Umjesto toga, oni predlažu da su kristali više poput neovisnih baterija koje rade zajedno u nizu, slično Teslinim baterijama koje napajaju električne automobile.

Niz autonomnih baterija

Istraživači su došli do ovog zaključka nakon što su vizualizirali proizvodnju energije unutar mitohondrija uz pomoć mikroskopije visoke rezolucije.

"Ono što su nam slike rekle jest da je svaka od ovih krista električki neovisna, funkcionira kao autonomna baterija", kaže viši autor studije dr. Orian S. Shirihai, profesor medicine iz endokrinologije i farmakologije na Medicinskom fakultetu David Geffen u sveučilište u Kaliforniji, Los Angeles.

"Jedna krista", dodaje, "može se oštetiti i prestati funkcionirati dok ostali održavaju svoj membranski potencijal."

Dugo su vremena znanstvenici vjerovali da svaki mitohondrij sadrži jednu bioenergetsku jedinicu. Autori se pozivaju na tipične prethodne pokuse, čiji su rezultati istraživače naveli da zaključe da "cijela organela funkcionira kao jedna elektrokemijska jedinica".

Doista, čini se da to potvrđuje ono što je dr. Shirihai mogao vidjeti tradicionalnom mikroskopijom. Promatranje stanica koje dobro funkcioniraju s nekoliko vrlo dugih mitohondrija nije sugeriralo ideju o puno malih baterija.

„Nitko to prije nije gledao jer smo bili toliko zatvoreni u takav način razmišljanja; pretpostavka je bila da jedan mitohondrij znači jednu bateriju ”, objašnjava.

Bez presedana slika visoke razlučivosti

Međutim, razgovori s inženjerima koji dizajniraju električna vozila osvijestili su dr. Shirihaija o prednostima niza puno malih baterija umjesto jedne velike.

"[Ako] se nešto dogodi s jednom [baterijskom] ćelijom", napominje on, "sustav može nastaviti raditi, a više malih baterija može pružiti vrlo jaku struju kad vam zatreba."

Ovisno o modelu, Teslina električna vozila mogu imati do 7000 malih ćelija baterija. Oni imaju oblik rešetke koja omogućuje vozilu da se brzo napuni i učinkovito hladi. Takav raspored također daje veliku snagu za ubrzanje.

Kako bi pobliže pogledao mitohondrije, tim je "razvio nov pristup za snimanje [unutarnje mitohondrijske membrane] pri visokoj prostorno-vremenskoj razlučivosti živih stanica." Znanstvenici nikada prije nisu vidjeli tako visoku rezoluciju.

Pomoću novo optimizirane mikroskopije visoke razlučivosti, tim bi mogao vizualizirati raspodjelu napona i proizvodnju energije unutar mitohondrija.

Skupine proteina djeluju poput električnih izolatora

Istraživači su vidjeli kako su nakupine proteina između krista djelovale kao električni izolatori. Već su znali da se bez nakupina proteina mitohondriji lakše raspadaju. U stvari, tim je također vidio kako se mitohondriji kojima nedostaju nakupine proteina ponašaju više poput jedne velike baterije.

Autori sugeriraju da ovi nalazi studije povećavaju razumijevanje ne samo kako mitohondriji djeluju, već i kako organele pridonose bolestima, starenju, pa čak i medicinskim komplikacijama.

Stručnjaci su niz medicinskih komplikacija - poput ozljede ishemije - reperfuzije - povezali s ozbiljnim poremećajem krista u mitohondrijima.

Dr. Shirihai razmišlja: "Stručnjaci za baterije s kojima sam prvotno razgovarao bili su vrlo uzbuđeni kad su čuli da su u pravu."

Znanstvenici vjeruju da su mitohondriji evoluirali iz drevne suradnje koja je nastala kada su stanice s jezgrama progutale jednostavne stanice ovisne o kisiku kojima je nedostajala jezgra. U zamjenu za zaštitu, internalizirana stanica, ili organela, domaćinu daje energiju.