Forskere sammenligner mitokondrier med Tesla-batteripakker
Ny forskning afslører, at mitokondrier, de små kraftcentre, der lever inde i celler og giver dem energi, fungerer mere som en Tesla-batteripakke end den slags batteri, du lægger i en lommelygte.
Bortset fra røde blodlegemer indeholder alle celler i menneskekroppen en eller flere mitokondrier, og nogle indeholder tusinder. Disse interne cellestrukturer eller organeller bruger ilt til at fremstille kemiske enheder af energi til cellen.
Mitokondrier er usædvanlige, fordi de har to membraner: en glat på ydersiden og en krøllet, foldet på indersiden.
Forskere kalder foldene i en mitokondrions indre membran cristae. Indtil for nylig troede de, at formålet med foldningen var at øge overfladearealet til produktion af energi.
Men forfatterne til en nylig EMBO Journal studiepapir fjerne denne idé.
I stedet foreslår de, at cristae er mere som uafhængige batterier, der arbejder sammen i en række, svarende til Tesla-batteripakkerne, der driver elbiler.
En række autonome batterier
Forskerne kom til denne konklusion efter visualisering af energiproduktion inde i mitokondrier ved hjælp af mikroskopi med høj opløsning.
"Hvad billederne fortalte os var, at hver af disse cristae er elektrisk uafhængige og fungerer som et autonomt batteri," siger seniorforfatter Dr. Orian S. Shirihai, professor i medicin i endokrinologi og farmakologi ved David Geffen School of Medicine ved University of California, Los Angeles.
"En crista," tilføjer han, "kan blive beskadiget og stoppe med at fungere, mens de andre opretholder deres membranpotentiale."
I lang tid troede forskere, at hver mitokondrion omfattede en enkelt bioenergetisk enhed. Forfatterne henviser til typiske tidligere eksperimenter, hvis resultater fik efterforskere til at konkludere, at "hele organellen fungerer som en elektrokemisk enhed."
Faktisk syntes det, som Dr. Shirihai kunne se med traditionel mikroskopi, at bekræfte dette. At observere celler, der fungerer godt med nogle få meget lange mitokondrier, antydede ikke ideen om mange små batterier.
”Ingen havde set på dette før, fordi vi var så låst inde i denne måde at tænke på; antagelsen var, at en mitokondrion betød et batteri, ”forklarer han.
Enestående billedbehandling med høj opløsning
Imidlertid gjorde samtaler med ingeniører, der designer elektriske køretøjer, Dr. Shirihai opmærksom på fordelene ved arrays med masser af små batterier i stedet for en stor.
"[I] hvis der sker noget med en [batteri] celle," bemærker han, "systemet kan fortsætte med at arbejde, og flere små batterier kan give en meget høj strøm, når du har brug for det."
Afhængigt af modellen kan Tesla-elbiler have op til 7.000 små battericeller. Disse har form af et gitter, der gør det muligt for køretøjet at oplade hurtigt og køle effektivt. Et sådant arrangement leverer også en masse strøm til acceleration.
For at se nærmere på mitokondrier udviklede holdet "en ny tilgang til billeddannelse af den [indre mitokondriale membran] ved høj spatiotemporal opløsning i levende celler." Forskere havde aldrig før set en så høj opløsning.
Med den nyligt optimerede mikroskopi med høj opløsning kunne teamet visualisere spændingsfordeling og energiproduktion inde i mitokondrierne.
Proteinklynger fungerer som elektriske isolatorer
Forskerne så, hvordan proteinklynger mellem cristae fungerede som elektriske isolatorer. De vidste allerede, at mitokondrier lettere nedbrydes uden proteinklyngerne. Faktisk så holdet også, hvordan mitokondrier, der manglede proteinklynger, opførte sig mere som en stor battericelle.
Forfatterne antyder, at disse undersøgelsesresultater øger forståelsen for ikke kun, hvordan mitokondrier fungerer, men også hvordan organellerne bidrager til sygdom, aldring og endda medicinske komplikationer.
Eksperter har knyttet en række medicinske komplikationer - såsom iskæmi-reperfusionsskade - til den alvorlige forstyrrelse af cristae i mitokondrier.
Dr. Shirihai funderer: "Batterieksperterne, som jeg oprindeligt havde talt med, var meget begejstrede for at høre, at de havde ret."
Forskere mener, at mitokondrier udviklede sig fra et gammelt samarbejde, der opstod, da celler med kerner opslugte iltafhængige enkle celler, der manglede en kerne. Til gengæld for beskyttelse forsyner den internaliserede celle eller organel sin vært med energi.
"Det viser sig, at mitokondrier og Teslas med deres mange små batterier er et tilfælde af konvergent udvikling."
Dr. Orian S. Shirihai
