Tutkijat vertaavat mitokondrioita Tesla-akkuihin
Uusi tutkimus paljastaa, että mitokondriot, pienet voimalat, jotka elävät solujen sisällä ja antavat heille energiaa, toimivat enemmän kuin Tesla-akku kuin sellainen akku, jonka laitat taskulamppuun.
Punasolujen lisäksi kaikki ihmiskehon solut sisältävät yhden tai useampia mitokondrioita ja jotkut sisältävät tuhansia. Nämä sisäiset solurakenteet tai organellit käyttävät happea solun kemiallisten energiayksiköiden tekemiseen.
Mitokondriot ovat epätavallisia siinä mielessä, että niissä on kaksi kalvoa: sileä ulkopuolelta ja ryppyinen, taitettu sisäpuolelta.
Tutkijat kutsuvat mitokondrioiden sisäisen kalvon taitoksia cristaeiksi. Viime aikoihin asti he uskoivat, että taittamisen tarkoituksena oli lisätä pinta-alaa energian tuottamiseksi.
Kirjoittajat kuitenkin viime aikoina EMBO-lehti opinnäytetyö hajottaa tämän ajatuksen.
Sen sijaan he ehdottavat, että cristae ovat enemmän kuin riippumattomia akkuja, jotka työskentelevät yhdessä joukossa, samanlaisia kuin Tesla-akut, jotka käyttävät sähköautoja.
Joukko itsenäisiä paristoja
Tutkijat tulivat tähän johtopäätökseen nähtyään energiantuotannon mitokondrioiden sisällä korkean resoluution mikroskopian avulla.
"Mitä kuvat kertoivat meille, oli, että jokainen näistä cristaeista on sähköisesti itsenäinen ja toimii itsenäisenä paristona", sanoo tutkimuksen vanhempi tutkija Dr. Orian S. Shirihai, endokrinologian ja farmakologian professori David Geffenin lääketieteellisessä koulussa Kalifornian yliopisto, Los Angeles.
"Yksi crista", hän lisää, "voi vahingoittua ja lakata toimimasta samalla kun muut ylläpitävät kalvopotentiaaliaan."
Pitkään tutkijat uskoivat, että jokainen mitokondrio sisälsi yhden bioenergisen yksikön. Kirjoittajat viittaavat tyypillisiin aikaisempiin kokeisiin, joiden tulosten perusteella tutkijat päättelivät, että "koko organelli toimii yhtenä sähkökemiallisena yksikkönä".
Se, mitä tohtori Shirihai näki perinteisellä mikroskopialla, näytti vahvistavan tämän. Hyvien solujen tarkkailu muutamilla erittäin pitkillä mitokondrioilla ei ehdottanut ajatusta monista pienistä paristoista.
"Kukaan ei ollut tarkastellut tätä aikaisemmin, koska olimme niin lukkiutuneet tähän ajattelutapaan; oletuksena oli, että yksi mitokondrio tarkoitti yhtä akkua ”, hän selittää.
Ennennäkemätön korkean resoluution kuvantaminen
Keskustelut sähköajoneuvoja suunnittelevien insinöörien kanssa saivat tohtori Shirihain tiedostamaan monien pienten paristojen joukon edut yhden ison sijaan.
"[Jos] yhdelle [akku] kennolle tapahtuu jotain", hän toteaa, "järjestelmä voi jatkaa toimintaansa, ja useat pienet paristot voivat tuottaa erittäin suuren virran, kun tarvitset sitä."
Mallista riippuen Teslan sähköajoneuvoissa voi olla jopa 7000 pientä akkukennoa. Ne ovat ruudukon muodossa, jonka avulla ajoneuvo voi ladata nopeasti ja viilentyä tehokkaasti. Tällainen järjestely tuottaa myös paljon voimaa kiihdytykseen.
Tutkiakseen tarkemmin mitokondrioita, tiimi "kehitti uuden lähestymistavan [sisäisen mitokondriokalvon] kuvantamiseen suurella spatiotemporaalisella resoluutiolla elävissä soluissa". Tutkijat eivät olleet koskaan ennen nähneet niin suurta resoluutiota.
Äskettäin optimoidulla korkean resoluution mikroskopialla tiimi voisi visualisoida jännitteen jakautumisen ja energiantuotannon mitokondrioiden sisällä.
Proteiiniklusterit toimivat kuin sähköeristimet
Tutkijat näkivät, kuinka kristallien väliset proteiiniklusterit toimivat sähköeristiminä. He tiesivät jo, että ilman proteiiniklustereita mitokondriot hajoavat helpommin. Itse asiassa tiimi näki myös, kuinka mitokondriot, joista puuttui proteiiniklustereita, käyttäytyivät enemmän kuin yksi iso akkukenno.
Kirjoittajat ehdottavat, että nämä tutkimustulokset lisäävät ymmärrystä paitsi mitokondrioiden toiminnasta myös siitä, kuinka organellit vaikuttavat sairauksiin, ikääntymiseen ja jopa lääketieteellisiin komplikaatioihin.
Asiantuntijat ovat liittäneet useita lääketieteellisiä komplikaatioita - kuten iskemia-reperfuusiovamma - mitokondrioiden kristusten vakavaan häiriöön.
Tohtori Shirihai pohtii: "Akkuasiantuntijat, joiden kanssa olin alun perin puhunut, olivat innoissaan kuullessaan olevansa oikeassa."
Tutkijat uskovat, että mitokondriot kehittyivät muinaisesta yhteistyöstä, joka syntyi, kun solut, joissa oli ytimiä, nielivät hapesta riippuvaisia yksinkertaisia soluja, joista puuttui ydin. Vastineeksi suojauksesta sisäistetty solu eli organelli antaa isännälleen energiaa.
"On käynyt ilmi, että mitokondriot ja Teslas, monine pienine paristoineen, ovat konvergenttisen evoluution tapauksia."
Tohtori Orian S.Shirihai
