研究發(fā)現(xiàn)線粒體的工作原理與特斯拉電池組很像

多年來(lái)，科學(xué)家一直認(rèn)為線粒體(活細(xì)胞的能量產(chǎn)生中心)的工作方式與家用電池非常相似，是通過(guò)單個(gè)腔室或細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能量的?，F(xiàn)在，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員表明，線粒體由許多單獨(dú)的生物電單元組成，這些生物電單元以陣列形式產(chǎn)生能量，類(lèi)似于特斯拉電動(dòng)汽車(chē)電池，該電池裝有成千上萬(wàn)個(gè)電池單元，可以安全地管理能量并提供快速獲得非常大電流的途徑。

David Geffen醫(yī)學(xué)院內(nèi)分泌和藥理學(xué)教授Orian Shirihai博士說(shuō)：“ 以前沒(méi)有人看過(guò)這個(gè)，因?yàn)槲覀儽贿@種思維所束縛;假設(shè)是線粒體意味著一個(gè)電池。”曾在UCLA任職，并發(fā)表于EMBO Journal上。這并非巧合，發(fā)生在加利福尼亞州，那里的電動(dòng)汽車(chē)革命已在校園中無(wú)處不在。

線粒體是一種細(xì)胞器-在細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行特定功能的微小結(jié)構(gòu)。人體中除紅細(xì)胞外的所有細(xì)胞都含有一個(gè)或多個(gè)(有時(shí)幾千個(gè))線粒體。這些細(xì)胞器具有光滑的外膜和褶皺的內(nèi)膜，該膜的褶皺稱(chēng)為toward，向著線粒體的中心延伸。直到現(xiàn)在，研究人員還認(rèn)為內(nèi)膜起皺的目的僅僅是增加表面積以產(chǎn)生能量。

Shirihai表示：“電動(dòng)汽車(chē)工程師告訴我，使用許多小型電池而不是一個(gè)大型電池的好處;如果一個(gè)電池發(fā)生故障，系統(tǒng)可以繼續(xù)工作，并且多個(gè)小型電池可以在需要時(shí)提供很高的電流。”說(shuō)過(guò)。

例如，根據(jù)汽車(chē)型號(hào)，特斯拉汽車(chē)由5,000至7,000個(gè)小型電池供電。排列在大網(wǎng)格中的小電池可讓車(chē)輛快速充電，有效冷卻并迅速使用大量動(dòng)力來(lái)加速行駛。

Shirihai使用常規(guī)顯微鏡觀察到，細(xì)胞在少數(shù)極長(zhǎng)的線粒體中功能良好，這與許多小型電池的想法不符。他開(kāi)始懷疑每個(gè)線粒體是否真的是一個(gè)大電池。

Shirihai及其同事面臨著一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，以開(kāi)發(fā)一種以前所未有的分辨率繪制活細(xì)胞線粒體膜上電壓的方法。兩名學(xué)生Dane Wolf和Mayuko Segawa優(yōu)化了一種高分辨率顯微鏡，以可視化線粒體的內(nèi)部并觀察細(xì)胞器內(nèi)部的能量產(chǎn)生和電壓分布。

Shirihai說(shuō)：“這些圖像告訴我們，這些cr口中的每一個(gè)都是電氣獨(dú)立的，起著自主電池的作用。” “一個(gè)cr可能會(huì)受損并停止運(yùn)作，而其他cr則保持其膜電位。”

每個(gè)嵴，其中間內(nèi)膜的線粒體的循環(huán)回到向外，蛋白質(zhì)的簇形成每個(gè)嵴的邊界。研究人員知道，沒(méi)有這些蛋白質(zhì)，線粒體對(duì)損傷更敏感。現(xiàn)在，Shirihai解釋了原因：這些蛋白質(zhì)通常將每個(gè)cr從其鄰居中分離出來(lái)，充當(dāng)電絕緣體。在缺乏那些蛋白質(zhì)的細(xì)胞中，Shirihai發(fā)現(xiàn)每個(gè)線粒體都變成了一個(gè)巨大的電池。

Shirihai說(shuō)：“我最初與之交談的電池專(zhuān)家很高興聽(tīng)到他們說(shuō)的沒(méi)錯(cuò)。“事實(shí)證明，線粒體和特斯拉以及許多小型電池是融合進(jìn)化的案例。”

研究人員說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于對(duì)線粒體在衰老，疾病和醫(yī)學(xué)并發(fā)癥中的作用有了新的認(rèn)識(shí)。作者指出，許多醫(yī)學(xué)狀況都與cr結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重紊亂有關(guān)。