Οι επιστήμονες παρομοιάζουν τα μιτοχόνδρια με τις μπαταρίες Tesla
Νέα έρευνα αποκαλύπτει ότι τα μιτοχόνδρια, οι μικροί σταθμοί παραγωγής ενέργειας που ζουν μέσα σε κελιά και τους δίνουν ενέργεια, λειτουργούν περισσότερο σαν μια μπαταρία Tesla από το είδος της μπαταρίας που βάζετε σε ένα φακό.
Εκτός από τα ερυθρά αιμοσφαίρια, όλα τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος περιέχουν ένα ή περισσότερα μιτοχόνδρια και μερικά περιέχουν χιλιάδες. Αυτές οι εσωτερικές κυτταρικές δομές, ή οργανίδια, χρησιμοποιούν οξυγόνο για την παραγωγή χημικών μονάδων ενέργειας για το κύτταρο.
Τα μιτοχόνδρια είναι ασυνήθιστα στο ότι έχουν δύο μεμβράνες: μια λεία στο εξωτερικό και μια ζαρωμένη, διπλωμένη στο εσωτερικό.
Οι επιστήμονες αποκαλούν τις πτυχές της εσωτερικής μεμβράνης του μιτοχονδρίου. Μέχρι πρόσφατα, πίστευαν ότι ο σκοπός της αναδίπλωσης ήταν η αύξηση της επιφάνειας παραγωγής ενέργειας.
Ωστόσο, οι συγγραφείς ενός πρόσφατου Εφημερίδα EMBO μελέτη εργασίας διαλύσει αυτήν την ιδέα.
Αντ 'αυτού, προτείνουν ότι τα cristae μοιάζουν περισσότερο με ανεξάρτητες μπαταρίες που συνεργάζονται σε μια σειρά, παρόμοια με τις μπαταρίες Tesla που τροφοδοτούν ηλεκτρικά αυτοκίνητα.
Μια σειρά από αυτόνομες μπαταρίες
Οι ερευνητές κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα αφού απεικόνισαν την παραγωγή ενέργειας στα μιτοχόνδρια με τη βοήθεια μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης.
«Αυτό που μας είπαν οι εικόνες ήταν ότι κάθε ένα από αυτά τα cristae είναι ηλεκτρικά ανεξάρτητο, λειτουργεί ως αυτόνομη μπαταρία», λέει ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Dr. Orian S. Shirihai, καθηγητής ιατρικής στην ενδοκρινολογία και φαρμακολογία στη Σχολή Ιατρικής του David Geffen στο το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες.
«Ένα crista», προσθέτει, «μπορεί να καταστραφεί και να σταματήσει να λειτουργεί, ενώ οι άλλοι διατηρούν το δυναμικό της μεμβράνης τους».
Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι κάθε μιτοχόνδριο αποτελούσε μια μοναδική βιοενεργειακή μονάδα. Οι συγγραφείς αναφέρονται σε τυπικά προηγούμενα πειράματα, τα αποτελέσματα των οποίων οδήγησαν τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι «ολόκληρο το οργανικό λειτουργεί ως μία ηλεκτροχημική μονάδα».
Πράγματι, αυτό που ο Δρ Shirihai μπορούσε να δει με παραδοσιακή μικροσκοπία φαίνεται να το επιβεβαιώνει. Η παρατήρηση των κυττάρων που λειτουργούν καλά με μερικά πολύ μεγάλα μιτοχόνδρια δεν υποδηλώνει την ιδέα πολλών μικρών μπαταριών.
«Κανείς δεν το είχε κοιτάξει στο παρελθόν, επειδή είμαστε τόσο κλειδωμένοι σε αυτόν τον τρόπο σκέψης. η υπόθεση ήταν ότι ένα μιτοχόνδριο σήμαινε μια μπαταρία », εξηγεί.
Πρωτόγνωρη απεικόνιση υψηλής ανάλυσης
Ωστόσο, οι συνομιλίες με μηχανικούς που σχεδιάζουν ηλεκτρικά οχήματα έκαναν τον Δρ Shirihai να γνωρίζει τα πλεονεκτήματα των συστοιχιών πολλών μικρών μπαταριών αντί μιας μεγάλης.
«[Συμβαίνει κάτι σε ένα [μπαταρία] κελί», σημειώνει, «το σύστημα μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί και πολλές μικρές μπαταρίες μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλό ρεύμα όταν το χρειάζεστε».
Ανάλογα με το μοντέλο, τα ηλεκτρικά οχήματα Tesla μπορούν να έχουν έως και 7.000 μικρές μπαταρίες. Αυτά έχουν τη μορφή πλέγματος που επιτρέπει στο όχημα να φορτίζει γρήγορα και αποτελεσματικά. Μια τέτοια διάταξη παρέχει επίσης μεγάλη ισχύ για επιτάχυνση.
Για να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα μιτοχόνδρια, η ομάδα «ανέπτυξε μια νέα προσέγγιση για την απεικόνιση της [εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης] σε υψηλή χωρική χρονική ανάλυση σε ζωντανά κύτταρα». Οι επιστήμονες δεν είχαν ξαναδεί μια τόσο υψηλή ανάλυση.
Με την πρόσφατα βελτιστοποιημένη μικροσκοπία υψηλής ανάλυσης, η ομάδα θα μπορούσε να απεικονίσει την κατανομή τάσης και την παραγωγή ενέργειας μέσα στα μιτοχόνδρια.
Οι πρωτεϊνικές συστάδες δρουν σαν ηλεκτρικοί μονωτές
Οι ερευνητές είδαν πώς οι πρωτεϊνικές συστάδες μεταξύ των κρίκων δρούσαν ως ηλεκτρικοί μονωτές. Ήξεραν ήδη ότι χωρίς τις συστάδες πρωτεϊνών, τα μιτοχόνδρια διαλύονται πιο εύκολα. Στην πραγματικότητα, η ομάδα διαπίστωσε επίσης πώς τα μιτοχόνδρια που δεν είχαν τις πρωτεϊνικές συστάδες συμπεριφέρθηκαν περισσότερο σαν ένα μεγάλο κελί μπαταρίας.
Οι συγγραφείς προτείνουν ότι αυτά τα ευρήματα της μελέτης αυξάνουν την κατανόηση όχι μόνο του πώς λειτουργούν τα μιτοχόνδρια, αλλά και του τρόπου με τον οποίο τα οργανίδια συμβάλλουν σε ασθένειες, γήρανση, ακόμη και ιατρικές επιπλοκές.
Οι ειδικοί έχουν συνδέσει μια σειρά από ιατρικές επιπλοκές - όπως τραυματισμό ισχαιμίας - επαναιμάτωση - με τη σοβαρή διαταραχή των κρίσεων στα μιτοχόνδρια.
Ο Δρ Shirihai σκέφτεται: «Οι εμπειρογνώμονες των μπαταριών με τους οποίους είχα αρχικά μιλήσει ήταν πολύ ενθουσιασμένοι που άκουγαν ότι είχαν δίκιο.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα μιτοχόνδρια εξελίχθηκαν από μια αρχαία συνεργασία που προέκυψε όταν κύτταρα με πυρήνες καταπλήρωσαν απλά κύτταρα που εξαρτώνται από οξυγόνο και δεν είχαν πυρήνα. Σε αντάλλαγμα για προστασία, το εσωτερικευμένο κύτταρο, ή το οργανικό, παρέχει στον ξενιστή του ενέργεια.
«Αποδεικνύεται ότι τα μιτοχόνδρια και ο Teslas, με τις πολλές μικρές μπαταρίες τους, αποτελούν μια περίπτωση συγκλίνουσας εξέλιξης».
Δρ Orian S. Shirihai
