GLI SCIENZIATI PARAGONANO I MITOCONDRI AI PACCHI BATTERIA TESLA

Una nuova ricerca rivela che i mitocondri, le minuscole centrali elettriche che vivono all'interno delle cellule e danno loro energia, funzionano più come un pacco batterie Tesla che come il tipo di batteria che si inserisce in una torcia.

Una nuova ricerca ripensa la struttura dei mitocondri, mostrata qui.

A parte i globuli rossi, tutte le cellule del corpo umano contengono uno o più mitocondri e alcuni ne contengono migliaia. Queste strutture cellulari interne, o organelli, utilizzano l'ossigeno per produrre unità chimiche di energia per la cellula.

I mitocondri sono insoliti in quanto hanno due membrane: una liscia all'esterno e una rugosa e piegata all'interno.

Gli scienziati chiamano le pieghe delle creste della membrana interna di un mitocondrio. Fino a poco tempo, credevano che lo scopo del ripiegamento fosse quello di aumentare la superficie per la produzione di energia.

Tuttavia, gli autori di un recente EMBO Journal il documento di studio dissipa questa idea.

Invece, propongono che le creste siano più come batterie indipendenti che lavorano insieme in una matrice, simile ai pacchi batteria Tesla che alimentano le auto elettriche.

Una serie di batterie autonome

I ricercatori sono giunti a questa conclusione dopo aver visualizzato la produzione di energia all'interno dei mitocondri con l'aiuto della microscopia ad alta risoluzione.

"Ciò che le immagini ci hanno detto è che ciascuna di queste creste è elettricamente indipendente, funzionando come una batteria autonoma", afferma l'autore senior dello studio, il dottor Orian S. Shirihai, professore di medicina in endocrinologia e farmacologia presso la David Geffen School of Medicine a l'Università della California, Los Angeles.

"Una crista", aggiunge, "può danneggiarsi e smettere di funzionare mentre le altre mantengono il loro potenziale di membrana".

Per molto tempo, gli scienziati hanno creduto che ogni mitocondrio comprendesse una singola unità bioenergetica. Gli autori fanno riferimento a tipici esperimenti precedenti, i cui risultati hanno portato i ricercatori a concludere che "l'intero organello funziona come un'unità elettrochimica".

In effetti, ciò che il dottor Shirihai ha potuto vedere con la microscopia tradizionale sembrava confermarlo. Osservare le cellule che funzionano bene con pochi mitocondri molto lunghi non ha suggerito l'idea di molte piccole batterie.

“Nessuno l'aveva mai visto prima perché eravamo così bloccati in questo modo di pensare; l'ipotesi era che un mitocondrio significasse una batteria ", spiega.

Immagini ad alta risoluzione senza precedenti

Tuttavia, le conversazioni con gli ingegneri che progettano veicoli elettrici hanno reso il dottor Shirihai consapevole dei vantaggi di array di molte piccole batterie invece di una grande.

"[I] Se succede qualcosa a una cella [della batteria]", osserva, "il sistema può continuare a funzionare e più piccole batterie possono fornire una corrente molto elevata quando ne hai bisogno."

A seconda del modello, i veicoli elettrici Tesla possono avere fino a 7.000 piccole celle della batteria. Questi assumono la forma di una griglia che consente al veicolo di ricaricarsi rapidamente e raffreddarsi in modo efficiente. Una tale disposizione fornisce anche molta potenza per l'accelerazione.

Per dare uno sguardo più da vicino all'interno dei mitocondri, il team "ha sviluppato un nuovo approccio per l'imaging della [membrana mitocondriale interna] ad alta risoluzione spazio-temporale nelle cellule viventi". Gli scienziati non avevano mai visto una risoluzione così alta.

Con la microscopia ad alta risoluzione recentemente ottimizzata, il team ha potuto visualizzare la distribuzione della tensione e la produzione di energia all'interno dei mitocondri.

I cluster di proteine agiscono come isolanti elettrici

I ricercatori hanno visto come i cluster di proteine tra le creste agissero come isolanti elettrici. Sapevano già che senza i cluster di proteine, i mitocondri si rompono più facilmente. In effetti, il team ha anche visto come i mitocondri privi di cluster proteici si comportassero più come una grande cella della batteria.

Gli autori suggeriscono che i risultati di questi studi aumentano la comprensione non solo di come funzionano i mitocondri, ma anche di come gli organelli contribuiscono a malattie, invecchiamento e persino complicazioni mediche.

Gli esperti hanno collegato una serie di complicazioni mediche, come il danno da ischemia-riperfusione, alla grave interruzione delle creste nei mitocondri.

Il dottor Shirihai riflette: "Gli esperti di batterie con cui avevo inizialmente parlato erano molto entusiasti di sentire che avevano ragione".

Gli scienziati ritengono che i mitocondri si siano evoluti da un'antica collaborazione nata quando le cellule con nuclei inghiottirono cellule semplici dipendenti dall'ossigeno prive di nucleo. In cambio di protezione, la cellula interiorizzata, o organello, fornisce energia al suo ospite.