@ 2019.10.19 , 12:00

线粒体堪比最先进的特斯拉电池组

还记得高中生物课本里的细胞器——线粒体吗?线粒体通常被称为“细胞的动力室”。

凭直觉,您可能会认为细胞器类似于传统的电池。但是一项重要的研究发现,它们实际上更像是特斯拉汽车内最先进的电池组——线粒体内部每一层内膜褶皱都可以充当独立的“电源”。

这一研究意义非凡。特斯拉在电动汽车和电力存储业界享有大名,原因就在于其特有的电池系统能够将大量能量封装在狭小的空间中,同时确保部分组件的故障不会导致整个设置的失灵。

现在,美国和德国科学家表明,大自然才是第一发明人。

线粒体把锁定在葡萄糖键中的能量转移到更容易被细胞利用的化学形式中。为了实现该过程,数微米长的豆形结构包含起伏的内膜,内膜上铺有通道,方便带正电荷的氢离子来回穿梭。

内膜褶皱形成的线粒体嵴可增加作用的表面积,从而使单个线粒体的产量最大化。

所以,以往我们自然地将其类比成传统的电池。

两者均以界面附近的化学物质储存器为核心,将能量转化为更有用的形式。因此,拥有更多的褶皱也意味拥有更大的能量交换空间。

这是一个方便的隐喻,很少有人愿意探究其精确性。

加利福尼亚大学洛杉矶分校的内分泌学家Orian Shirihai说:“以前没有人发现这个,因为我们被惯性思维所束缚。”

尽管该模型非常简单明了,但是缺少冗余设计,使系统不得不承担巨大的风险。

“电动汽车工程师告诉我,使用许多小型电池而不是一块大型电池的好处:如果一个电池发生故障,系统还可以继续工作,且多个小型电池可以在需要时提供很强的电流。”

这就是为什么电动汽车(如特斯拉的Model S)所用的锂离子电池不是一块大电池,而是连接在一起的7000多个微型电池。

可能是出于类似的原因,许多活细胞配有一束线粒体,那么损失掉一个,也不成大问题。

但是有些细胞只有几个线粒体,任何损失都可能带来毁灭性的后果。

为了分析线粒体,内分泌学家团队使用高分辨率显微镜和染色技术观察了几种不同类型的人类细胞内线粒体的细节。

染色使他们能够沿内膜曲折观察电势差的变化。

Shirihai说:“图像告诉我们,每一个线粒体嵴都相当于独立的电池。一处损坏,其他线粒体嵴仍能保持膜上的电势。”

对线粒体的认识,有助于解开关于衰老和慢性疲劳综合症等疾病的奥秘。

线粒体是我们细胞内的电池组。大自然远比我们想象的还要先进精巧的多。

这项研究发表在《EMBO》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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