นักวิทยาศาสตร์เปรียบไมโตคอนเดรียกับชุดแบตเตอรี่ของเทสลา

งานวิจัยใหม่เผยให้เห็นว่าไมโตคอนเดรียซึ่งเป็นโรงไฟฟ้าขนาดเล็กที่อาศัยอยู่ภายในเซลล์และให้พลังงานทำงานเหมือนแบตเตอรี่เทสลามากกว่าแบตเตอรี่ชนิดที่คุณใส่ในไฟฉาย

งานวิจัยใหม่ทบทวนโครงสร้างของไมโทคอนเดรียที่แสดงไว้ที่นี่

นอกจากเซลล์เม็ดเลือดแดงแล้วเซลล์ทั้งหมดในร่างกายมนุษย์ยังมีไมโทคอนเดรียอย่างน้อยหนึ่งเซลล์และบางเซลล์มีหลายพันเซลล์ โครงสร้างภายในเซลล์หรือออร์แกเนลล์เหล่านี้ใช้ออกซิเจนเพื่อสร้างหน่วยพลังงานทางเคมีให้กับเซลล์

ไมโตคอนเดรียมีลักษณะผิดปกติคือมีเยื่อหุ้มสองชั้นคือด้านนอกเรียบและมีรอยย่นพับอยู่ด้านใน

นักวิทยาศาสตร์เรียกรอยพับของเยื่อหุ้มเซลล์ภายในไมโทคอนดริออน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้พวกเขาเชื่อว่าจุดประสงค์ของการพับคือการเพิ่มพื้นที่ผิวในการผลิตพลังงาน

อย่างไรก็ตามผู้เขียนล่าสุด วารสาร EMBO กระดาษศึกษาปัดเป่าความคิดนี้

แต่พวกเขาเสนอว่า cristae เป็นเหมือนแบตเตอรี่อิสระที่ทำงานร่วมกันในอาร์เรย์คล้ายกับชุดแบตเตอรี่ Tesla ที่ขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า

แบตเตอรี่อิสระจำนวนหนึ่ง

นักวิจัยได้ข้อสรุปนี้หลังจากเห็นภาพการผลิตพลังงานภายในไมโตคอนเดรียด้วยความช่วยเหลือของกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง

“ สิ่งที่ภาพเหล่านี้บอกเราก็คือคริสเตเหล่านี้แต่ละตัวเป็นอิสระทางไฟฟ้าโดยทำหน้าที่เป็นแบตเตอรี่อิสระ” ดร. โอเรียนเอส. ชิริฮายนักวิจัยอาวุโสด้านการแพทย์ด้านต่อมไร้ท่อและเภสัชวิทยาของ David Geffen School of Medicine กล่าว มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียลอสแองเจลิส

“ คริสต้าตัวหนึ่ง” เขากล่าวเสริม“ อาจได้รับความเสียหายและหยุดทำงานในขณะที่อีกตัวรักษาศักยภาพของเมมเบรนไว้ได้”

เป็นเวลานานที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าไมโทคอนดรีออนแต่ละชนิดประกอบด้วยหน่วยพลังงานชีวภาพหน่วยเดียว ผู้เขียนอ้างถึงการทดลองทั่วไปก่อนหน้านี้ซึ่งผลการวิจัยทำให้นักวิจัยสรุปได้ว่า“ ออร์แกเนลล์ทั้งหมดทำหน้าที่เป็นหน่วยไฟฟ้าเคมีเดียว”

แท้จริงแล้วสิ่งที่ดร. ชิริฮายสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิมดูเหมือนจะยืนยันสิ่งนี้ การสังเกตเซลล์ที่ทำงานได้ดีกับไมโทคอนเดรียที่มีความยาวมากไม่ได้แนะนำให้ใช้แบตเตอรี่ขนาดเล็กจำนวนมาก

“ ไม่เคยมีใครมองเรื่องนี้มาก่อนเพราะเราถูกขังอยู่ในวิธีคิดแบบนี้ สมมติฐานคือ mitochondrion หนึ่งอันหมายถึงแบตเตอรี่หนึ่งก้อน” เขาอธิบาย

การถ่ายภาพความละเอียดสูงอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน

อย่างไรก็ตามการสนทนากับวิศวกรผู้ออกแบบยานยนต์ไฟฟ้าทำให้ดร. ชิริฮายตระหนักถึงข้อดีของแบตเตอรี่ขนาดเล็กจำนวนมากแทนที่จะเป็นแบตเตอรี่ขนาดใหญ่เพียงก้อนเดียว

“ [I] f มีบางอย่างเกิดขึ้นกับเซลล์ [แบตเตอรี่] หนึ่งเซลล์” เขาตั้งข้อสังเกต“ ระบบสามารถทำงานได้ต่อไปและแบตเตอรี่ขนาดเล็กหลายก้อนสามารถให้กระแสไฟฟ้าสูงมากเมื่อคุณต้องการ”

รถยนต์ไฟฟ้า Tesla สามารถมีเซลล์แบตเตอรี่ขนาดเล็กได้ถึง 7,000 เซลล์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรุ่น สิ่งเหล่านี้อยู่ในรูปแบบของกริดที่ช่วยให้ยานพาหนะชาร์จไฟได้อย่างรวดเร็วและเย็นลงอย่างมีประสิทธิภาพ การจัดเรียงดังกล่าวยังให้พลังอย่างมากสำหรับการเร่งความเร็ว

ทีมงานได้พัฒนาวิธีการใหม่สำหรับการถ่ายภาพ [เยื่อไมโทคอนเดรียชั้นใน] ที่ความละเอียดเชิงพื้นที่สูงในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต” นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยเห็นความละเอียดสูงเช่นนี้มาก่อน

ด้วยกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ทีมสามารถมองเห็นภาพการกระจายแรงดันไฟฟ้าและการผลิตพลังงานภายในไมโทคอนเดรีย

คลัสเตอร์โปรตีนทำหน้าที่เหมือนฉนวนไฟฟ้า

นักวิจัยได้เห็นว่ากลุ่มโปรตีนระหว่าง cristae ทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้าได้อย่างไร พวกเขารู้แล้วว่าหากไม่มีกลุ่มโปรตีนไมโทคอนเดรียจะสลายตัวได้ง่ายขึ้น ในความเป็นจริงทีมงานยังได้เห็นว่าไมโตคอนเดรียที่ขาดกลุ่มโปรตีนนั้นมีพฤติกรรมเหมือนกับเซลล์แบตเตอรี่ขนาดใหญ่เพียงเซลล์เดียว

ผู้เขียนแนะนำว่าผลการศึกษาเหล่านี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจไม่เพียง แต่วิธีการทำงานของไมโทคอนเดรียเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการที่ออร์แกเนลล์นำไปสู่โรคอายุและแม้แต่ภาวะแทรกซ้อนทางการแพทย์

ผู้เชี่ยวชาญได้เชื่อมโยงภาวะแทรกซ้อนทางการแพทย์หลายอย่างเช่นการบาดเจ็บจากการขาดเลือดเข้ากับการหยุดชะงักอย่างรุนแรงของ cristae ในไมโตคอนเดรีย

ดร. ชิริฮายเล่าว่า“ ผู้เชี่ยวชาญด้านแบตเตอรี่ที่ฉันเคยคุยด้วยในตอนแรกรู้สึกตื่นเต้นมากที่ได้ยินว่าพวกเขาพูดถูก”

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าไมโตคอนเดรียวิวัฒนาการมาจากการทำงานร่วมกันในสมัยโบราณที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์ที่มีนิวเคลียสกลืนกินเซลล์ง่ายๆที่อาศัยออกซิเจนซึ่งขาดนิวเคลียส เพื่อเป็นการตอบแทนการปกป้องเซลล์ที่อยู่ภายในหรือออร์แกเนลล์จะให้พลังงานแก่โฮสต์