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科學家一直認為線粒體的工作方式與家用電池非常相似,是透過單個腔室或細胞內的化學反應產生能量的。現在,加州大學洛杉磯分校的研究人員表明,線粒體由許多單獨的生物電單元組成,這些生物電單元以陣列形式產生能量,類似於特斯拉電動汽車電池,該電池裝有成千上萬顆電池,可以安全地管理能量,並提供快速獲得非常大電流的途徑。

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多年來,科學家一直認為線粒體的工作方式與家用電池非常相似,是透過單個腔室或細胞內的化學反應產生能量的。現在,加州大學洛杉磯分校的研究人員表明,線粒體由許多單獨的生物電單元組成,這些生物電單元以陣列形式產生能量,類似於特斯拉電動汽車電池,該電池裝有成千上萬顆電池,可以安全地管理能量,並提供快速獲得非常大電流的途徑。

David Geffen醫學院內分泌與藥理學醫學教授Orian Shirihai博士,在EMBO Journal上發表了「同一線粒體內的單個內褶膜顯示不同的膜電位並且在功能上獨立」的論文,說道:「以前沒有人看過這個,因為我們被假設線粒體意味著一個電池的思想束縛。」

線粒體是一種細胞器-一種在細胞內執行特定功能的微小結構。人體除紅細胞外的所有細胞,都含有一個或多個(有時是數千個)線粒體。這些細胞器具有光滑的外膜和褶皺的內膜,該膜的褶皺稱為toward,向著線粒體的中心延伸。直到現在,研究人員還認為內膜起皺的目的,僅僅是增加表面積以產生能量。

Shirihai博士表示:「電動汽車工程師告訴我,使用許多小型電池而不是一個大型電池的好處,那就是如果一個電池發生故障,系統可以繼續工作,並且多個小型電池可以在需要時提供很高的電流。」

例如,特斯拉汽車由5,000至7,000個小型電池供電,具體取決於汽車型號。排列在大網格中的小電池可讓車輛快速充電,有效冷卻並迅速使用大量動力來加速行駛。

Shirihai使用常規顯微鏡觀察到,細胞在少數極長的線粒體中功能良好,這與許多小型電池的想法不符。他開始懷疑每個線粒體是否真的是一個大電池。

Shirihai研究團隊面臨著一個艱鉅的挑戰,以開發一種以前所未有的分辨率,繪製活細胞線粒體膜上電壓的方法。Dane Wolf和Mayuko Segawa優化了一種高分辨率顯微鏡,以可視化線粒體的內部,並觀察細胞器內部的能量產生和電壓分佈。

Shirihai說:「這些圖像告訴我們,這些內褶膜中的每一個都是電氣獨立的,有著自主電池的作用。一個內褶膜可能會受損並停止運作,而其他內褶膜則保持其膜電位。」

在每個內褶膜之間,線粒體的內膜向外循環,蛋白質簇形成每個內褶膜的邊界。研究人員知道,沒有這些蛋白質,線粒體對損傷更敏感。現在,Shirihai解釋了原因:這些蛋白質通常將每個內褶膜從旁邊的內褶膜中分離出來,充當電絕緣體。在缺乏那些蛋白質的細胞中,Shirihai發現每個線粒體都變成了一個巨大的電池。

Shirihai說:「事實證明,線粒體和特斯拉以及許多小型電池是融合進化的案例。」

研究人員說,這一發現可能有助於對線粒體在衰老、疾病和醫學併發症中的作用有了新的認識。作者指出,許多醫學狀況都與內褶膜結構的嚴重紊亂有關。

資料來源:https://www.hea.com.tw

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