Oamenii de știință compară mitocondriile cu bateriile Tesla
Noi cercetări arată că mitocondriile, micile centrale care trăiesc în interiorul celulelor și le oferă energie, funcționează mai mult ca un acumulator Tesla decât tipul de baterie pe care l-ați pus într-o lanternă.
În afară de celulele roșii din sânge, toate celulele din corpul uman conțin una sau mai multe mitocondrii, iar unele conțin mii. Aceste structuri celulare interne, sau organite, folosesc oxigenul pentru a produce unități chimice de energie pentru celulă.
Mitocondriile sunt neobișnuite prin faptul că au două membrane: una netedă la exterior și una încrețită, pliată la interior.
Oamenii de știință numesc pliurile membranelor interne ale mitocondriei. Până de curând, ei credeau că scopul plierii era creșterea suprafeței pentru producerea de energie.
Cu toate acestea, autorii unui recent Jurnalul EMBO lucrarea de studiu risipeste aceasta idee.
În schimb, ei propun ca cristae să semene mai mult cu baterii independente care funcționează împreună într-o serie, similar cu pachetele de baterii Tesla care alimentează mașinile electrice.
O serie de baterii autonome
Cercetătorii au ajuns la această concluzie după vizualizarea producției de energie în interiorul mitocondriilor cu ajutorul microscopiei de înaltă rezoluție.
„Ceea ce ne-au spus imaginile a fost că fiecare dintre aceste criste este independentă din punct de vedere electric, funcționând ca o baterie autonomă”, spune autorul principal al studiului, Dr. Orian S. Shirihai, profesor de medicină în endocrinologie și farmacologie la Școala de Medicină David Geffen de la Universitatea din California, Los Angeles.
„O crista”, adaugă el, „se poate deteriora și nu mai funcționează în timp ce ceilalți își mențin potențialul de membrană”.
Pentru o lungă perioadă de timp, oamenii de știință au crezut că fiecare mitocondrie cuprinde o singură unitate bioenergetică. Autorii se referă la experimente anterioare tipice, ale căror rezultate i-au determinat pe anchetatori să concluzioneze că „întregul organet funcționează ca o singură unitate electrochimică”.
Într-adevăr, ceea ce Dr. Shirihai a putut vedea cu microscopia tradițională a apărut pentru a confirma acest lucru. Observarea celulelor care funcționează bine cu câteva mitocondrii foarte lungi nu a sugerat ideea multor baterii mici.
„Nimeni nu se mai uitase la asta înainte pentru că eram atât de închiși în acest mod de gândire; presupunerea era că o mitocondrie însemna o baterie ”, explică el.
Imagini de înaltă rezoluție fără precedent
Cu toate acestea, conversațiile cu inginerii care proiectează vehicule electrice l-au făcut pe dr. Shirihai să conștientizeze avantajele matricilor de o mulțime de baterii mici în loc de una mare.
„[Dacă] se întâmplă ceva cu o singură celulă [baterie]”, observă el, “sistemul poate continua să funcționeze și mai multe baterii mici pot furniza un curent foarte mare atunci când aveți nevoie de el”.
În funcție de model, vehiculele electrice Tesla pot avea până la 7.000 de celule mici ale bateriei. Acestea iau forma unei rețele care permite vehiculului să se încarce rapid și să se răcească eficient. Un astfel de aranjament oferă, de asemenea, multă putere pentru accelerare.
Pentru a arunca o privire mai atentă în interiorul mitocondriilor, echipa „a dezvoltat o abordare nouă pentru imagistica [membranei mitocondriale interioare] la rezoluție spatiotemporală ridicată în celulele vii”. Oamenii de știință nu mai văzuseră niciodată o rezoluție atât de înaltă.
Cu noua microscopie de înaltă rezoluție optimizată, echipa ar putea vizualiza distribuția tensiunii și producția de energie în interiorul mitocondriilor.
Clusterele de proteine acționează ca niște izolatori electrici
Cercetătorii au văzut cum grupurile de proteine dintre criste acționau ca izolatori electrici. Știau deja că, fără grupurile de proteine, mitocondriile se descompun mai ușor. De fapt, echipa a văzut, de asemenea, cum mitocondriile lipsite de grupurile de proteine se comportau mai mult ca o celulă mare a bateriei.
Autorii sugerează că aceste descoperiri ale studiului sporesc înțelegerea nu numai a modului în care funcționează mitocondriile, ci și a modului în care organele contribuie la boli, îmbătrânire și chiar complicații medicale.
Experții au legat o serie de complicații medicale - cum ar fi leziuni de ischemie-reperfuzie - la întreruperea severă a cristelor în mitocondrii.
Dr. Shirihai meditează: „Experții în baterii cu care am vorbit inițial au fost foarte încântați să afle că au dreptate”.
Oamenii de știință cred că mitocondriile au evoluat dintr-o colaborare antică care a apărut atunci când celulele cu nuclee au înghițit celule simple dependente de oxigen care nu aveau un nucleu. În schimbul protecției, celula interiorizată sau organita îi furnizează gazdei energie.
„Se pare că mitocondriile și Teslas, cu numeroasele lor baterii mici, sunt un caz de evoluție convergentă.”
Dr. Orian S. Shirihai
