شبه العلماء الميتوكوندريا بحزم بطاريات تسلا
يكشف بحث جديد أن الميتوكوندريا ، وحدات الطاقة الصغيرة التي تعيش داخل الخلايا وتمنحها الطاقة ، تعمل مثل حزمة بطارية Tesla أكثر من نوع البطارية التي تضعها في مصباح يدوي.
بصرف النظر عن خلايا الدم الحمراء ، تحتوي جميع خلايا جسم الإنسان على واحد أو أكثر من الميتوكوندريا ، وبعضها يحتوي على الآلاف. تستخدم هياكل الخلايا الداخلية ، أو العضيات ، الأكسجين لتكوين وحدات كيميائية للطاقة للخلية.
الميتوكوندريا غير معتادة من حيث أن لها غشاءين: أحدهما أملس من الخارج والآخر متجعد مطوي من الداخل.
يطلق العلماء على طيات الغشاء الداخلي للميتوكوندريون اسم cristae. حتى وقت قريب ، كانوا يعتقدون أن الغرض من الطي هو زيادة مساحة السطح لإنتاج الطاقة.
ومع ذلك ، فإن مؤلفي مجلة EMBO دراسة ورقة تبدد هذه الفكرة.
بدلاً من ذلك ، يقترحون أن الكريستاي تشبه إلى حد كبير بطاريات مستقلة تعمل معًا في صفيف ، على غرار حزم بطاريات تسلا التي تشغل السيارات الكهربائية.
مجموعة من البطاريات المستقلة
توصل الباحثون إلى هذا الاستنتاج بعد تصور إنتاج الطاقة داخل الميتوكوندريا بمساعدة الفحص المجهري عالي الدقة.
يقول كبير مؤلفي الدراسة الدكتور أوريان س. شيريهاي ، أستاذ الطب في علم الغدد الصماء والصيدلة في كلية ديفيد جيفن للطب في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس.
ويضيف: "يمكن أن يتضرر أحد الأزواج ويتوقف عن العمل بينما يحافظ الآخرون على إمكانات الغشاء".
لفترة طويلة ، اعتقد العلماء أن كل ميتوكوندريا تتألف من وحدة واحدة للطاقة الحيوية. يشير المؤلفون إلى تجارب سابقة نموذجية ، أدت نتائجها إلى استنتاج المحققين أن "العضية بأكملها تعمل كوحدة كهروكيميائية واحدة".
وبالفعل ، يبدو أن ما يمكن أن يراه الدكتور شيريهاي بالمجهر التقليدي يؤكد ذلك. إن مراقبة الخلايا التي تعمل بشكل جيد مع عدد قليل من الميتوكوندريا الطويلة جدًا لا توحي بفكرة وجود الكثير من البطاريات الصغيرة.
"لم ينظر أحد إلى هذا من قبل لأننا كنا محبوسين في طريقة التفكير هذه ؛ كان الافتراض أن ميتوكوندريا واحدة تعني بطارية واحدة ، "يشرح.
تصوير عالي الدقة غير مسبوق
ومع ذلك ، فإن المحادثات مع المهندسين الذين يصممون السيارات الكهربائية جعلت الدكتور شيريهاي يدرك مزايا صفائف الكثير من البطاريات الصغيرة بدلاً من البطاريات الكبيرة.
"[I] إذا حدث شيء لخلية [بطارية] واحدة ،" يلاحظ ، "يمكن للنظام أن يستمر في العمل ، ويمكن أن توفر بطاريات صغيرة متعددة تيارًا عاليًا جدًا عند الحاجة إليها."
اعتمادًا على الطراز ، يمكن أن تحتوي سيارات تسلا الكهربائية على ما يصل إلى 7000 خلية بطارية صغيرة. تأخذ هذه شكل شبكة تسمح للمركبة بالشحن بسرعة والتبريد بكفاءة. يوفر هذا الترتيب أيضًا قدرًا كبيرًا من القوة للتسريع.
لإلقاء نظرة فاحصة داخل الميتوكوندريا ، طور الفريق "نهجًا جديدًا لتصوير [الغشاء الداخلي للميتوكوندريا] بدقة عالية زمانية مكانية في الخلايا الحية." لم ير العلماء من قبل مثل هذه الدقة العالية من قبل.
من خلال الفحص المجهري عالي الدقة المُحسَّن حديثًا ، يمكن للفريق تصور توزيع الجهد وإنتاج الطاقة داخل الميتوكوندريا.
تعمل مجموعات البروتين مثل العوازل الكهربائية
رأى الباحثون كيف تعمل مجموعات البروتين بين الكريست كعوازل كهربائية. لقد عرفوا بالفعل أنه بدون مجموعات البروتين ، تتحلل الميتوكوندريا بسهولة أكبر. في الواقع ، رأى الفريق أيضًا كيف أن الميتوكوندريا التي تفتقر إلى مجموعات البروتين تتصرف مثل خلية بطارية واحدة كبيرة.
يقترح المؤلفون أن نتائج هذه الدراسة تزيد من فهم ليس فقط كيفية عمل الميتوكوندريا ولكن أيضًا كيفية مساهمة العضيات في المرض والشيخوخة وحتى المضاعفات الطبية.
وقد ربط الخبراء عددًا من المضاعفات الطبية - مثل نقص التروية - إصابة إعادة التروية - بالاضطراب الشديد للكرستيات في الميتوكوندريا.
يتأمل الدكتور شيريهاي: "كان خبراء البطاريات الذين تحدثت إليهم في البداية متحمسين جدًا لسماع أنهم على حق."
يعتقد العلماء أن الميتوكوندريا تطورت من تعاون قديم نشأ عندما ابتلعت الخلايا ذات النوى الخلايا البسيطة المعتمدة على الأكسجين والتي تفتقر إلى النواة. في مقابل الحماية ، تزود الخلية أو العضية الداخلية مضيفها بالطاقة.
"اتضح أن الميتوكوندريا وتيسلا ، مع العديد من البطاريات الصغيرة ، هي حالة تطور متقارب."
الدكتور اوريان س. شيريهاي
