کشف راز نیروگاه سلولی با تصویری بی‌سابقه از میتوکندری

دانشمندان دانشگاه بازل موفق به شناسایی سازمان‌دهی جدید پروتئین‌های تولیدکننده انرژی در میتوکندری‌ها شدند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که این پروتئین‌ها به‌صورت مجتمع‌های بزرگ موسوم به ابرکمپلکس‌ها سازماندهی می‌شوند که موجب افزایش کارایی تولید ATP، منبع اصلی انرژی سلول، می‌شود.

به گزارش ساینس دیلی، این کشف می‌تواند دیدگاه‌های تازه‌ای در زمینه زیست‌شناسی سلولی، تکامل و بیماری‌های مرتبط با میتوکندری ارائه دهد.

تصویربرداری با وضوح بالا از ساختار میتوکندری

میتوکندری‌ها که به‌عنوان «نیروگاه سلولی» شناخته می‌شوند، مسئول تأمین انرژی موردنیاز برای فرایند‌های حیاتی سلولی هستند. گروهی از پژوهشگران دانشگاه بازل در سوئیس با استفاده از توموگرافی کرایوالکترونی موفق شدند تصویری دقیق از ساختار داخلی میتوکندری به دست آورند.

یافته‌های آنها نشان می‌دهد که پروتئین‌های تولیدکننده انرژی موسوم به کمپلکس‌های تنفسی به‌طور مستقل فعالیت نمی‌کنند، بلکه در کنار یکدیگر مجتمع‌هایی بزرگ‌تر به نام ابرکمپلکس را تشکیل می‌دهند که نقشی کلیدی در افزایش بازده تولید ATP ایفا می‌کند.

کشف سازماندهی جدید در میتوکندری

میتوکندری‌ها در سلول‌های تمامی جانداران، از جمله گیاهان، جانوران و انسان‌ها، یافت می‌شوند. این اندامک‌ها از اکسیژن و کربوهیدرات‌های موجود در غذا برای تولید ATP استفاده می‌کنند که انرژی موردنیاز سلول را تأمین می‌کند.

اگرچه کمپلکس‌های تنفسی حدود ۷۰ سال پیش کشف شده بودند، اما نحوه دقیق سازمان‌یابی آنها درون میتوکندری تاکنون ناشناخته باقی مانده بود. پژوهشگران به سرپرستی دکتر فلوران والتز و پروفسور بن انگل از مرکز بیوزنتروم دانشگاه بازل با بهره‌گیری از فناوری پیشرفته تصویربرداری الکترونی، توانستند ساختار این زنجیره تنفسی را درون سلول‌ها با دقتی بی‌سابقه مشاهده کنند. نتایج این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.

مشاهده مستقیم ابرکمپلکس‌های تنفسی

فلوران والتز، پژوهشگر مؤسسه بنیاد ملی علوم سوئیس و نویسنده اصلی این مقاله، درباره این کشف می‌گوید: «داده‌های ما نشان می‌دهد که پروتئین‌های تنفسی در بخش‌های خاصی از غشای میتوکندری قرار گرفته و به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک نوع اصلی از ابرکمپلکس را تشکیل دهند.»

والتز توضیح می‌دهد که این ابرکمپلکس‌های تنفسی، پروتون‌ها را از طریق غشای میتوکندری پمپ می‌کنند. کمپلکس‌های تولیدکننده ATP، مشابه آسیاب‌های آبی، از این جریان پروتون برای تولید ATP بهره می‌برند.

طراحی ویژه برای افزایش بازده انرژی

این پژوهشگران در مطالعه خود از سلول‌های زنده جلبک Chlamydomonas reinhardtii استفاده کردند. والتز دراین‌باره اظهار داشت: «ما کاملاً شگفت‌زده شدیم که تمامی این پروتئین‌ها به شکل ابرکمپلکس‌ها سازماندهی شده بودند. این ساختار احتمالاً موجب افزایش بازده تولید ATP، بهینه‌سازی جریان الکترون و کاهش اتلاف انرژی می‌شود.»

علاوه بر ابرکمپلکس‌ها، محققان توانستند معماری غشای داخلی میتوکندری را نیز بررسی کنند. بن انگل دراین‌باره می‌گوید: «ساختار غشای داخلی میتوکندری تا حدی شبیه به بافت ریه است؛ این غشا دارای چین‌خوردگی‌های زیادی است که سطح تماس را افزایش داده و امکان جای‌گیری تعداد بیشتری از کمپلکس‌های تنفسی را فراهم می‌کند.»

پیامد‌های این کشف در حوزه تکامل و سلامت

در ادامه تحقیقات، پژوهشگران قصد دارند بررسی کنند که چرا کمپلکس‌های تنفسی به‌صورت به‌هم‌پیوسته عمل می‌کنند و چگونه این هماهنگی باعث افزایش بازده تنفس سلولی و تولید انرژی می‌شود.

والتز دراین‌باره می‌گوید: «با مطالعه معماری این کمپلکس‌ها در سایر موجودات، می‌توانیم درک گسترده‌تری از نحوه سازمان‌یابی بنیادین آنها به دست آوریم.»

این کشف می‌تواند علاوه بر ارائه بینش‌های جدید در زیست‌فناوری، به درک بهتر اختلالات مرتبط با میتوکندری در بیماری‌های انسانی کمک کند.

انتهای پیام/