Ilmuwan menyamakan mitokondria dengan kemasan baterai Tesla
Penelitian baru mengungkapkan bahwa mitokondria, pembangkit tenaga listrik kecil yang hidup di dalam sel dan memberi mereka energi, bekerja lebih seperti paket baterai Tesla daripada jenis baterai yang Anda masukkan ke dalam senter.
Selain sel darah merah, semua sel dalam tubuh manusia mengandung satu atau lebih mitokondria, dan beberapa mengandung ribuan. Struktur sel internal ini, atau organel, menggunakan oksigen untuk membuat satuan energi kimiawi untuk sel.
Mitokondria tidak biasa karena memiliki dua selaput: yang halus di luar dan yang berkerut, terlipat di dalam.
Ilmuwan menyebut lipatan membran internal mitokondria sebagai krista. Sampai saat ini, mereka percaya bahwa tujuan pelipatan adalah untuk meningkatkan luas permukaan untuk menghasilkan energi.
Namun, penulis baru-baru ini Jurnal EMBO makalah studi menghilangkan ide ini.
Sebaliknya, mereka mengusulkan bahwa krista lebih seperti baterai independen yang bekerja bersama dalam sebuah array, mirip dengan kemasan baterai Tesla yang menggerakkan mobil listrik.
Sederet baterai otonom
Para peneliti sampai pada kesimpulan ini setelah memvisualisasikan produksi energi di dalam mitokondria dengan bantuan mikroskop resolusi tinggi.
“Apa yang ditunjukkan gambar tersebut kepada kami adalah bahwa masing-masing krista ini tidak bergantung secara elektrik, berfungsi sebagai baterai otonom,” kata penulis studi senior Dr. Orian S. Shirihai, seorang profesor kedokteran dalam endokrinologi dan farmakologi di David Geffen School of Medicine di Universitas California, Los Angeles.
"Satu crista," tambahnya, "dapat rusak dan berhenti berfungsi sementara yang lain mempertahankan potensi membrannya."
Untuk waktu yang lama, para ilmuwan percaya bahwa setiap mitokondria terdiri dari satu unit bioenergi. Para penulis mengacu pada eksperimen tipikal sebelumnya, yang hasilnya mengarahkan para peneliti untuk menyimpulkan bahwa "seluruh organel berfungsi sebagai satu unit elektrokimia."
Memang, apa yang dapat dilihat Dr. Shirihai dengan mikroskop tradisional tampaknya mengkonfirmasi hal ini. Mengamati sel yang berfungsi baik dengan beberapa mitokondria yang sangat panjang tidak menunjukkan gagasan tentang banyak baterai kecil.
“Tidak ada yang pernah melihat ini sebelumnya karena kita begitu terkunci pada cara berpikir ini; asumsinya adalah satu mitokondria berarti satu baterai, ”jelasnya.
Pencitraan resolusi tinggi yang belum pernah terjadi sebelumnya
Namun, percakapan dengan para insinyur yang merancang kendaraan listrik membuat Dr. Shirihai sadar akan keuntungan susunan banyak baterai kecil, bukan yang besar.
"[Jika terjadi sesuatu pada satu sel [baterai]," katanya, "sistem dapat terus bekerja, dan beberapa baterai kecil dapat menghasilkan arus yang sangat tinggi saat Anda membutuhkannya."
Tergantung pada modelnya, kendaraan listrik Tesla dapat memiliki hingga 7.000 sel baterai kecil. Ini berbentuk kisi yang memungkinkan kendaraan mengisi daya dengan cepat dan mendingin secara efisien. Pengaturan seperti itu juga memberikan banyak tenaga untuk akselerasi.
Untuk melihat lebih dekat ke dalam mitokondria, tim "mengembangkan pendekatan baru untuk pencitraan [membran mitokondria bagian dalam] pada resolusi spasiotemporal tinggi dalam sel hidup". Ilmuwan belum pernah melihat resolusi setinggi itu.
Dengan mikroskop resolusi tinggi yang baru dioptimalkan, tim dapat memvisualisasikan distribusi tegangan dan produksi energi di dalam mitokondria.
Kelompok protein bertindak seperti isolator listrik
Para peneliti melihat bagaimana kelompok protein di antara krista bertindak sebagai isolator listrik. Mereka sudah tahu bahwa tanpa gugus protein, mitokondria lebih mudah terurai. Faktanya, tim juga melihat bagaimana mitokondria yang kekurangan gugus protein berperilaku lebih seperti satu sel baterai besar.
Para penulis menyarankan bahwa temuan studi ini meningkatkan pemahaman tidak hanya tentang bagaimana mitokondria bekerja tetapi juga bagaimana organel berkontribusi pada penyakit, penuaan, dan bahkan komplikasi medis.
Para ahli telah mengaitkan sejumlah komplikasi medis - seperti cedera iskemia-reperfusi - dengan gangguan parah krista di mitokondria.
Dr. Shirihai merenung: "Ahli baterai yang awalnya saya ajak bicara sangat senang mendengar bahwa mereka benar."
Para ilmuwan percaya bahwa mitokondria berevolusi dari kolaborasi kuno yang muncul ketika sel-sel dengan inti menelan sel-sel sederhana yang bergantung pada oksigen yang tidak memiliki nukleus. Sebagai imbalan atas perlindungan, sel yang terinternalisasi, atau organel, menyediakan energi bagi inangnya.
“Ternyata mitokondria dan Tesla, dengan banyak baterai kecilnya, adalah kasus evolusi konvergen.”
Orian S. Shirihai
