과학자들은 미토콘드리아를 테슬라 배터리 팩에 비유합니다
새로운 연구에 따르면 세포 내부에 살고 에너지를 공급하는 작은 발전소 인 미토콘드리아는 손전등에 넣는 종류의 배터리보다 테슬라 배터리 팩처럼 작동합니다.
적혈구 외에도 인체의 모든 세포에는 하나 이상의 미토콘드리아가 포함되어 있으며 일부에는 수천 개가 포함되어 있습니다. 이러한 내부 세포 구조 또는 세포 기관은 산소를 사용하여 세포의 화학 에너지 단위를 만듭니다.
미토콘드리아는 두 개의 막을 가지고 있다는 점에서 특이합니다. 하나는 바깥쪽에 부드러운 것이고 다른 하나는 안쪽에 주름진 접힌 것입니다.
과학자들은 미토콘드리아의 내부 막의 주름을 크리스 태라고 부릅니다. 최근까지 그들은 폴딩의 목적이 에너지 생산을위한 표면적을 늘리는 것이라고 믿었습니다.
그러나 최근의 저자 EMBO 저널 연구 논문은이 아이디어를 타파합니다.
대신 그들은 크리스 태가 전기 자동차에 동력을 공급하는 테슬라 배터리 팩과 유사하게 배열로 함께 작동하는 독립 배터리와 비슷하다고 제안합니다.
다양한 자율 배터리
연구원들은 고해상도 현미경의 도움으로 미토콘드리아 내부의 에너지 생산을 시각화 한 후이 결론에 도달했습니다.
“이미지가 우리에게 말 해준 것은 각각의 크리스타가 전기적으로 독립적이며 자율 배터리 역할을한다는 것입니다. 캘리포니아 대학교 로스 앤젤레스.
"하나의 크리스타는 손상을 입어 기능을 멈출 수 있고 나머지는 막 잠재력을 유지합니다."라고 그는 덧붙입니다.
오랫동안 과학자들은 각 미토콘드리아가 하나의 생체 에너지 단위를 구성한다고 믿었습니다. 저자는 전형적인 이전 실험을 참조했으며, 그 결과 연구자들은 "전체 세포 기관이 하나의 전기 화학 단위로 기능한다"는 결론을 내 렸습니다.
실제로 Shirihai 박사가 전통적인 현미경으로 볼 수 있었던 것이 이것을 확인하는 것처럼 보였다. 매우 긴 미토콘드리아 몇 개로 잘 기능하는 세포를 관찰하는 것은 많은 작은 배터리에 대한 아이디어를 제시하지 못했습니다.
“우리가 이런 사고 방식에 너무 갇혀 있었기 때문에 아무도 이것을 본 적이 없었습니다. 미토콘드리아 하나가 배터리 하나를 의미한다고 가정했습니다.”라고 그는 설명합니다.
전례없는 고해상도 이미징
그러나 전기 자동차를 설계하는 엔지니어들과의 대화를 통해 Shirihai 박사는 하나의 큰 배터리 대신 많은 작은 배터리의 장점을 인식하게되었습니다.
“하나의 [배터리] 셀에 문제가 발생하면 시스템이 계속 작동 할 수 있으며 여러 개의 소형 배터리가 필요할 때 매우 높은 전류를 제공 할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다.
모델에 따라 Tesla 전기 자동차는 최대 7,000 개의 소형 배터리 셀을 가질 수 있습니다. 이들은 차량을 빠르고 효율적으로 충전 할 수있는 그리드 형태를 취합니다. 이러한 배치는 또한 가속을위한 많은 힘을 제공합니다.
미토콘드리아 내부를 자세히 살펴보기 위해 연구팀은 "살아있는 세포에서 높은 시공간 해상도로 [내부 미토콘드리아 막]을 이미징하는 새로운 접근 방식을 개발했습니다." 과학자들은 이러한 고해상도를 본 적이 없었습니다.
새로 최적화 된 고해상도 현미경을 사용하여 팀은 미토콘드리아 내부의 전압 분포와 에너지 생산을 시각화 할 수있었습니다.
단백질 클러스터는 전기 절연체처럼 작동합니다.
연구원들은 크리스타 사이의 단백질 클러스터가 전기 절연체 역할을하는 방법을 보았습니다. 그들은 단백질 클러스터가 없으면 미토콘드리아가 더 쉽게 분해된다는 것을 이미 알고있었습니다. 사실, 연구팀은 단백질 클러스터가없는 미토콘드리아가 하나의 큰 배터리 셀처럼 작동하는 방식도 확인했습니다.
저자들은 이러한 연구 결과가 미토콘드리아가 어떻게 작동하는지뿐만 아니라 세포 기관이 질병, 노화, 심지어 의학적 합병증에 어떻게 기여하는지에 대한 이해를 증가 시킨다고 제안합니다.
전문가들은 허혈 재관류 손상과 같은 여러 가지 의학적 합병증을 미토콘드리아에서 크리스타의 심각한 파괴와 연관 시켰습니다.
Shirihai 박사는 다음과 같이 말합니다. "처음에 제가 이야기했던 배터리 전문가들은 그들이 옳았다는 소식을 듣고 매우 기뻤습니다."
과학자들은 미토콘드리아가 핵이있는 세포가 핵이없는 산소 의존적 단순 세포를 삼켰을 때 발생했던 고대 협력으로부터 진화했다고 믿습니다. 보호를 위해 내부화 된 세포 또는 세포 기관은 숙주에게 에너지를 제공합니다.
작은 배터리가 많은 미토콘드리아와 테슬라는 수렴 진화의 사례입니다.”
Orian S. Shirihai 박사
