Вчені порівнюють мітохондрії з акумуляторними батареями Tesla
Нові дослідження виявляють, що мітохондрії, крихітні електростанції, що живуть усередині клітин і надають їм енергію, працюють більше як акумулятор Тесла, ніж той акумулятор, який ви вкладаєте у ліхтарик.
Окрім еритроцитів, усі клітини людського тіла містять одну або кілька мітохондрій, а деякі містять тисячі. Ці внутрішні клітинні структури, або органели, використовують кисень для створення хімічних одиниць енергії для клітини.
Мітохондрії незвичайні тим, що мають дві мембрани: гладку зовні і зморшкувату, складену - зсередини.
Вчені називають складки внутрішньої оболонки мітохондрії кристами. Донедавна вони вважали, що метою складання є збільшення площі поверхні для виробництва енергії.
Однак автори недавнього Журнал EMBO навчальна робота розвіє цю ідею.
Натомість вони припускають, що кристи більше схожі на незалежні акумулятори, що працюють разом у цілому масиві, подібно до акумуляторних батарей Tesla, які живлять електромобілі.
Безліч автономних акумуляторів
До такого висновку дослідники дійшли після візуалізації виробництва енергії в мітохондріях за допомогою мікроскопії високої роздільної здатності.
"Те, що нам показали зображення, було те, що кожна з цих крист є електрично незалежною, працює як автономна батарея", - говорить старший автор дослідження д-р Оріан С. Ширіхай, професор медицини з ендокринології та фармакології в Медичній школі Девіда Геффена в Університет Каліфорнії, Лос-Анджелес.
"Одна криста, - додає він, - може пошкодитися і перестати функціонувати, поки інші підтримують свій мембранний потенціал".
Довгий час вчені вважали, що кожна мітохондрія складається з однієї біоенергетичної одиниці. Автори посилаються на типові попередні експерименти, результати яких змусили дослідників зробити висновок, що "вся органела функціонує як одна електрохімічна одиниця".
Дійсно, те, що доктор Ширіхай міг побачити за допомогою традиційної мікроскопії, підтверджує це. Спостереження за клітинами, які добре функціонують з кількома дуже довгими мітохондріями, не наводило на думку про велику кількість маленьких батарей.
«Ніхто раніше на це не дивився, тому що ми були так замкнуті в цьому способі мислення; припущенням було те, що один мітохондрій означав одну батарею », - пояснює він.
Безпрецедентна візуалізація з високою роздільною здатністю
Однак розмови з інженерами, які розробляють електричні транспортні засоби, змусили доктора Ширіхай усвідомити переваги масивів безлічі маленьких акумуляторів замість однієї великої.
"[Якщо] щось трапляється з однією [батареєю] елементом, - зазначає він, - система може продовжувати працювати, а кілька маленьких акумуляторів можуть забезпечувати дуже сильний струм, коли вам це потрібно".
Залежно від моделі, електромобілі Tesla можуть мати до 7000 маленьких акумуляторних елементів. Вони мають форму сітки, яка дозволяє транспортному засобу швидко заряджатись та ефективно охолоджуватися. Таке розташування також забезпечує велику потужність для прискорення.
Щоб уважніше розглянути всередині мітохондрій, команда «розробила новий підхід для зображення [внутрішньої мітохондріальної мембрани] з високим просторово-часовим дозволом у живих клітинах». Вчені ще ніколи не бачили такої високої роздільної здатності.
За допомогою нещодавно оптимізованої мікроскопії з високою роздільною здатністю команда могла візуалізувати розподіл напруги та виробництво енергії всередині мітохондрій.
Білкові скупчення діють як електричні ізолятори
Дослідники побачили, як білкові скупчення між кристатами діяли як електричні ізолятори. Вони вже знали, що без кластерних білків мітохондрії легше руйнуються. Фактично, команда також побачила, як мітохондрії, у яких відсутні білкові кластери, поводяться більше як одна велика батарейка.
Автори припускають, що ці результати дослідження покращують розуміння не тільки того, як працюють мітохондрії, але й того, як органели сприяють захворюванню, старінню і навіть медичним ускладненням.
Експерти пов’язали низку медичних ускладнень, таких як ішемічно-реперфузійна травма, із серйозним руйнуванням крист в мітохондріях.
Доктор Ширіхай роздумує: «Експерти з акумуляторів, з якими я спочатку спілкувався, були дуже раді почути, що вони мали рацію».
Вчені вважають, що мітохондрії еволюціонували завдяки стародавній співпраці, яка виникла, коли клітини з ядрами поглинали киснезалежні прості клітини, яким не було ядра. В обмін на захист, інтерналізована клітина, або органела, забезпечує свого господаря енергією.
"Виявляється, мітохондрії та Тесла з їх численними маленькими батареями є випадком конвергентної еволюції".
Доктор Оріан С. Ширіхай
