改變教科書內容,UCLA 發現粒線體像特斯拉電池一樣採網格方式運作

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 15 日 17:17 | 分類 生物科技 follow us in feedly


原本傳統上認為真核生物當中的粒線體,一個粒線體就像一顆電池一樣運作,供給生物活動所需要的能量。但一項新的研究改寫原先的認知,UCLA 學者從驅動特斯拉電動車的電池得到靈感,發現粒線體當中的多個粒線體皺褶,就像特斯拉電池裡單一的電池單元一樣,多個單元組合成大型電池,改寫原先教科書的敘述。

除了成熟的紅血球因沒有細胞質而沒有粒線體之外,人體每個細胞都有粒線體存在,數量則視細胞種類而定。加州大學洛杉磯分校大衛.葛芬醫學院內分泌與藥理學教授 Orian Shirihai 博士說:「先前被既定印象影響,認定一個粒線體就是一顆電池,導致沒有人重新審視實際狀況。」

或許是加州是特斯拉的大本營,因此能夠跨學科刺激新的想像。一顆特斯拉電池因車型差異,具備 5,000~ 7,000 電池單元,帶來快速充電,能高效率冷卻,還有短時間加速的優點。同樣的想法帶進細胞層次,粒線體的構造是否像電動車電池一樣,其實是由好幾個小單元構成的呢?

Shirihai 自己觀察有些種類細胞粒線體不多,但是粒線體呈現長長的形狀,並不符合一顆粒腺體就是一顆電池的說法,細胞仍能生產足夠的能源,因此開始質疑先前教科書的說法。Shirihai 說:「先前電動車工程師提到有許多小電池單元,比起單一一顆大電池的好處;如果一顆電池壞了,其他顆電池仍然繼續工作,整個電池系統仍能運作,而好幾個小電池能在需要的時候,提供夠高的電流。」

▲ 研究人員發現粒線體皺褶構成單獨的電力勢,就像一顆一顆獨立電池,改寫原先教科書的說法。(Source:UCLA)

研究團隊運用特別調整過的超高解析度顯微鏡,一邊觀察粒線體的內部狀況,一邊觀察胞器內能源生產和電壓分布狀況。Shirihai 說:「得到的圖告訴我們,每個粒線體皺褶在電力勢皆獨立,運作上就是個別的電池。如果一個粒線體皺褶受損後停止運作,其他的粒線體皺褶仍能維持它們各自的模電力勢。」

Shirihai 笑著說:「當初討論的那位電動車工程師知道他們是對的可樂了,結果粒線體和特斯拉電池同樣由小單元串接而成,趨同演化的例子。」

除了粒線體代表一顆人體電池,另外還有粒線體皺褶只是增加表面積,增進電化學的進行效率,也在此次研究當中被打破。先前研究者已經知道,如果粒線體皺褶蛋白受損的話,粒線體相當容易受到破壞,如今在新的高解析度影像之下,我們知道原因了,原來是這些在粒線體皺褶的蛋白是充當阻隔用途,才能靠一個一個粒線體皺褶組成單獨的生物產電單元,不然就會變成是一個粒線體就是一個超大的電池。

由於粒線體出毛病,會引起肌肉和神經的問題,而且粒線體與人體老化機制有關。這次研究進一步認識粒線體,進而開發相關的醫療作法。

(首圖來源:NIH)