科学者たちはミトコンドリアをテスラのバッテリーパックに例えています
新しい研究によると、細胞内に住んでエネルギーを与える小さな発電所であるミトコンドリアは、懐中電灯に入れる種類の電池というよりも、テスラの電池パックのように機能することが明らかになっています。
赤血球を除いて、人体のすべての細胞は1つ以上のミトコンドリアを含み、いくつかは数千を含みます。これらの内部細胞構造、または細胞小器官は、酸素を使用して細胞のエネルギーの化学単位を作成します。
ミトコンドリアは、外側に滑らかな膜と内側に折り目が付いたしわの寄った膜の2つの膜があるという点で珍しいものです。
科学者たちはミトコンドリアの内膜クリステのひだを呼びます。最近まで、彼らは折り畳みの目的はエネルギーを生み出すための表面積を増やすことであると信じていました。
しかし、最近の著者 EMBOジャーナル 研究論文はこの考えを払拭します。
代わりに、彼らは、クリステは、電気自動車に電力を供給するテスラのバッテリーパックと同様に、アレイで一緒に動作する独立したバッテリーのようなものであると提案しています。
自律型バッテリーの配列
研究者たちは、高解像度顕微鏡の助けを借りてミトコンドリア内のエネルギー生成を視覚化した後、この結論に達しました。
「画像からわかることは、これらのクリステはそれぞれ電気的に独立しており、自律型バッテリーとして機能しているということです」と、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の内分泌学および薬理学の医学教授である上級研究著者のDr. Orian S.Shirihaiは述べています。カリフォルニア大学ロサンゼルス校。
「1つのクリスタは、他のクリスタが膜電位を維持している間、損傷を受けて機能を停止する可能性があります」と彼は付け加えます。
長い間、科学者たちは、各ミトコンドリアが単一の生体エネルギーユニットを構成していると信じていました。著者らは、典型的な以前の実験を参照し、その結果から、研究者は「オルガネラ全体が1つの電気化学ユニットとして機能する」と結論付けました。
確かに、Shirihai博士が従来の顕微鏡で見ることができたものはこれを確認するように見えました。いくつかの非常に長いミトコンドリアで細胞がうまく機能していることを観察しても、たくさんの小さなバッテリーのアイデアは示唆されませんでした。
「私たちがこの考え方に固執していたため、これまで誰もこれを見たことがありませんでした。 1つのミトコンドリアが1つのバッテリーを意味するという仮定がありました」と彼は説明します。
前例のない高解像度イメージング
しかし、電気自動車を設計するエンジニアとの会話により、Shirihai博士は、1つの大きなバッテリーではなく、多くの小さなバッテリーを配列することの利点に気づきました。
「1つの[バッテリー]セルに何かが起こった場合、システムは動作し続けることができ、複数の小さなバッテリーが必要なときに非常に高い電流を供給することができます。」と彼は述べています。
モデルによっては、テスラの電気自動車には最大7,000個の小型バッテリーセルを搭載できます。これらは、車両が迅速に充電し、効率的に冷却できるようにするグリッドの形を取ります。そのような配置はまた加速のために多くの力を提供します。
ミトコンドリアの内部を詳しく調べるために、チームは「生細胞内の[ミトコンドリア内膜]を高い時空間分解能で画像化するための新しいアプローチを開発しました」。科学者たちはこれほど高い解像度を見たことがありませんでした。
新しく最適化された高解像度顕微鏡を使用して、チームはミトコンドリア内の電圧分布とエネルギー生成を視覚化することができました。
タンパク質クラスターは電気絶縁体のように機能します
研究者たちは、クリステ間のタンパク質クラスターが電気絶縁体としてどのように機能するかを見ました。彼らは、タンパク質クラスターがないとミトコンドリアがより簡単に分解することをすでに知っていました。実際、チームはまた、タンパク質クラスターを欠くミトコンドリアがどのように1つの大きなバッテリーセルのように振る舞うかを見ました。
著者らは、これらの研究結果は、ミトコンドリアがどのように機能するかだけでなく、オルガネラが病気、老化、さらには医学的合併症にどのように寄与するかについての理解を深めることを示唆しています。
専門家は、虚血再灌流障害などの多くの合併症をミトコンドリアのクリステの深刻な破壊に関連付けています。
シリハイ博士は、「私が最初に話したバッテリーの専門家は、彼らが正しいと聞いて非常に興奮していました。」とミューズします。
科学者たちは、ミトコンドリアは、核を持つ細胞が核を欠く酸素依存性の単純細胞を飲み込んだときに生じた古代の共同研究から進化したと信じています。保護の見返りに、内在化された細胞、または細胞小器官は、その宿主にエネルギーを提供します。
「ミトコンドリアとテスラは、多くの小さなバッテリーを備えており、収斂進化の事例であることがわかりました。」
オリアン・S・シリハイ博士
