Mitohondriju zinātnieki pielīdzina Tesla akumulatoriem
Jauns pētījums atklāj, ka mitohondriji, sīki spēkstacijas, kas dzīvo šūnu iekšienē un dod tām enerģiju, darbojas vairāk kā Tesla akumulators, nevis tāds, kādu ievietojat lukturītī.
Izņemot sarkanās asins šūnas, visās cilvēka ķermeņa šūnās ir viens vai vairāki mitohondriji, un dažos ir tūkstošiem. Šīs iekšējās šūnu struktūras jeb organelli izmanto skābekli, lai šūnai izveidotu ķīmiskas enerģijas vienības.
Mitohondrijas ir neparastas ar to, ka tām ir divas membrānas: gluda ārpuse un grumbaina, salocīta iekšpusē.
Mitohondrija iekšējās membrānas krokas zinātnieki sauc par cristae. Vēl nesen viņi uzskatīja, ka locīšanas mērķis bija palielināt virsmas laukumu enerģijas ražošanai.
Tomēr nesenā autora autori EMBO žurnāls mācību darbs šo ideju kliedē.
Tā vietā viņi ierosina, ka cristae ir vairāk kā neatkarīgi akumulatori, kas darbojas kopā masīvā, līdzīgi Tesla akumulatoru blokiem, kas darbina elektriskās automašīnas.
Autonomo bateriju klāsts
Pētnieki pie šī secinājuma nonāca pēc tam, kad ar augstas izšķirtspējas mikroskopijas palīdzību vizualizēja enerģijas ražošanu mitohondrijos.
"Tas, ko mums stāstīja attēli, bija tas, ka katra no šīm cristae ir elektriski neatkarīga, darbojas kā autonoma baterija," saka vecākais pētījuma autors Dr. Orians S. Širihai, endokrinoloģijas un farmakoloģijas medicīnas profesors Deivids Geffens Medicīnas skolā plkst. Kalifornijas Universitāte, Losandželosa.
"Viena crista," viņš piebilst, "var sabojāt un pārtraukt darbību, kamēr citi saglabā savu membrānas potenciālu."
Ilgu laiku zinātnieki uzskatīja, ka katrs mitohondrijs satur vienu bioenerģētisko vienību. Autori atsaucas uz tipiskiem iepriekšējiem eksperimentiem, kuru rezultāti pētniekiem lika secināt, ka “visa organelle darbojas kā viena elektroķīmiskā vienība”.
Patiešām, tas apstiprināja to, ko Dr Shirihai varēja redzēt ar tradicionālo mikroskopiju. Novērojot šūnas, kas labi funkcionē ar dažiem ļoti gariem mitohondrijiem, netika ieteikts domāt par daudzām mazām baterijām.
“Neviens iepriekš to nebija skatījies, jo mēs tik ļoti bijām ieslēgti šādā domāšanā; pieņēmums bija tāds, ka viens mitohondrijs nozīmēja vienu akumulatoru, ”viņš skaidro.
Bezprecedenta augstas izšķirtspējas attēlveidošana
Tomēr sarunas ar inženieriem, kuri projektē elektriskos transportlīdzekļus, ļāva Dr Širihai apzināties daudzu mazu akumulatoru, nevis viena liela akumulatora, priekšrocības.
"[Ja] kaut kas notiek ar vienu [akumulatora] šūnu," viņš atzīmē, "sistēma var turpināt darboties, un vairākas mazas baterijas var nodrošināt ļoti lielu strāvu, kad jums tas nepieciešams."
Atkarībā no modeļa Tesla elektriskajiem transportlīdzekļiem var būt līdz 7000 mazu akumulatoru elementu. Tie izpaužas kā režģis, kas ļauj transportlīdzeklim ātri uzlādēt un efektīvi atdzist. Šāds izkārtojums dod arī lielu jaudu paātrināšanai.
Lai tuvāk apskatītu mitohondriju iekšpusē, komanda "izstrādāja jaunu pieeju [iekšējās mitohondriju membrānas] attēlošanai ar augstu spatiotemporālo izšķirtspēju dzīvās šūnās". Zinātnieki vēl nekad nebija redzējuši tik augstu izšķirtspēju.
Ar nesen optimizēto augstas izšķirtspējas mikroskopiju komanda varēja vizualizēt sprieguma sadalījumu un enerģijas ražošanu mitohondrijos.
Olbaltumvielu kopas darbojas kā elektriskie izolatori
Pētnieki redzēja, kā olbaltumvielu kopas starp cristae darbojās kā elektriskie izolatori. Viņi jau zināja, ka bez olbaltumvielu kopām mitohondriji sadalās vieglāk. Faktiski komanda arī redzēja, kā mitohondriji, kuriem trūkst olbaltumvielu kopu, izturējās vairāk kā viena liela akumulatora šūna.
Autori ierosina, ka šie pētījuma rezultāti palielina izpratni ne tikai par mitohondriju darbību, bet arī par to, kā organoīdi veicina slimības, novecošanos un pat medicīniskas komplikācijas.
Eksperti ir saistījuši vairākas medicīniskas komplikācijas, piemēram, išēmijas-reperfūzijas traumas, ar smagiem cristae traucējumiem mitohondrijos.
Dr Širihai piebilst: "Bateriju eksperti, ar kuriem es sākotnēji runāju, bija ļoti priecīgi dzirdēt, ka viņiem ir taisnība."
Zinātnieki uzskata, ka mitohondriji izveidojās no senas sadarbības, kas radās, kad šūnas ar kodoliem pārņēma vienkāršas šūnas, kas atkarīgas no skābekļa un kurām trūka kodola. Apmaiņā pret aizsardzību internalizētā šūna jeb organelle nodrošina tās saimniekam enerģiju.
"Izrādās, ka mitohondriji un Teslas ar daudzajām mazajām baterijām ir konverģences evolūcijas gadījums."
Dr Orians S. Širihai
