Para saintis menyamakan mitokondria dengan pek bateri Tesla
Penyelidikan baru menunjukkan bahawa mitokondria, rumah kuasa kecil yang tinggal di dalam sel dan memberi mereka tenaga, berfungsi lebih seperti bateri Tesla daripada jenis bateri yang anda masukkan ke dalam lampu suluh.
Selain daripada sel darah merah, semua sel dalam tubuh manusia mengandungi satu atau lebih mitokondria, dan ada yang mengandungi ribuan. Struktur sel dalaman ini, atau organel, menggunakan oksigen untuk membuat unit tenaga kimia bagi sel.
Mitokondria tidak biasa kerana mereka mempunyai dua membran: yang halus di luar dan yang berkerut, dilipat di bahagian dalam.
Para saintis memanggil lipatan cristae membran dalaman mitokondria. Sehingga baru-baru ini, mereka percaya bahawa tujuan lipatan adalah untuk meningkatkan luas permukaan untuk menghasilkan tenaga.
Walau bagaimanapun, pengarang baru-baru ini Jurnal EMBO kertas kajian menghilangkan idea ini.
Sebaliknya, mereka mencadangkan agar cristae lebih mirip bateri bebas yang bekerjasama dalam pelbagai, sama dengan pek bateri Tesla yang memberi kuasa kepada kereta elektrik.
Pelbagai bateri autonomi
Para penyelidik membuat kesimpulan ini setelah memvisualisasikan pengeluaran tenaga di dalam mitokondria dengan bantuan mikroskopi resolusi tinggi.
"Apa yang diceritakan oleh gambar itu adalah bahawa setiap cristae ini bebas elektrik, berfungsi sebagai bateri autonomi," kata penulis kajian kanan Dr. Orian S. Shirihai, seorang profesor perubatan dalam bidang endokrinologi dan farmakologi di David Geffen School of Medicine di Universiti California, Los Angeles.
"Satu crista," tambahnya, "dapat rusak dan berhenti berfungsi sementara yang lain mempertahankan potensi membran mereka."
Untuk masa yang lama, para saintis percaya bahawa setiap mitokondria terdiri daripada satu unit bioenergetik. Penulis merujuk pada eksperimen sebelumnya yang tipikal, hasilnya menyebabkan para penyelidik menyimpulkan bahawa "keseluruhan organel berfungsi sebagai satu unit elektrokimia."
Betul, apa yang dapat dilihat oleh Dr Shirihai dengan mikroskopi tradisional membuktikannya. Memerhatikan sel berfungsi dengan baik dengan beberapa mitokondria yang sangat panjang tidak menunjukkan idea banyak bateri kecil.
"Tidak ada yang melihat perkara ini sebelumnya kerana kita begitu terperangkap dalam cara berfikir seperti ini; andaiannya ialah satu mitokondria bermaksud satu bateri, ”jelasnya.
Pengimejan resolusi tinggi yang belum pernah terjadi sebelumnya
Walau bagaimanapun, perbualan dengan jurutera yang merancang kenderaan elektrik membuat Dr Shirihai menyedari kelebihan susunan bateri kecil dan bukannya bateri besar.
"[Saya] sesuatu berlaku pada satu sel [bateri]," katanya, "sistem dapat terus berfungsi, dan banyak bateri kecil dapat memberikan arus yang sangat tinggi ketika Anda memerlukannya."
Bergantung pada modelnya, kenderaan elektrik Tesla boleh mempunyai sehingga 7.000 sel bateri kecil. Ini berupa grid yang membolehkan kenderaan mengecas dengan cepat dan sejuk dengan cekap. Pengaturan seperti itu juga memberikan banyak kekuatan untuk pecutan.
Untuk melihat lebih dekat di dalam mitokondria, tim "mengembangkan pendekatan baru untuk mencitrakan [membran mitokondria dalaman] pada resolusi spatiotemporal tinggi dalam sel hidup." Para saintis tidak pernah melihat resolusi tinggi seperti itu.
Dengan mikroskopi resolusi tinggi yang baru dioptimumkan, pasukan dapat menggambarkan pengedaran voltan dan pengeluaran tenaga di dalam mitokondria.
Gumpalan protein bertindak seperti penebat elektrik
Para penyelidik melihat bagaimana kelompok protein antara krista bertindak sebagai penebat elektrik. Mereka sudah tahu bahawa tanpa kelompok protein, mitokondria mudah pecah. Malah, pasukan juga melihat bagaimana mitokondria yang kekurangan kelompok protein berkelakuan lebih seperti satu sel bateri besar.
Penulis mencadangkan bahawa penemuan kajian ini meningkatkan pemahaman bukan sahaja bagaimana mitokondria berfungsi tetapi juga bagaimana organel menyumbang kepada penyakit, penuaan, dan juga komplikasi perubatan.
Pakar telah mengaitkan sejumlah komplikasi perubatan - seperti kecederaan iskemia ‐ reperfusi - dengan gangguan teruk pada krista di mitokondria.
Dr. Shirihai merenung: "Pakar bateri yang pada awalnya saya bercakap dengan mereka sangat gembira mendengar bahawa mereka betul."
Para saintis percaya bahawa mitokondria berkembang dari kolaborasi kuno yang terjadi ketika sel-sel dengan nukleus menyelimuti sel-sel sederhana yang bergantung kepada oksigen yang tidak memiliki nukleus. Sebagai balasan untuk perlindungan, sel yang diinternalisasi, atau organel, memberikan tenaga kepada inangnya.
"Ternyata mitokondria dan Teslas, dengan banyak bateri kecil mereka, adalah kes evolusi konvergen."
Orian S. Shirihai
