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初中生物的明星-线粒体可能比特斯拉汽车电池更为先进 ...

omnivore 2020-5-2 00:06 662人围观 资讯

如果你学过生物学,你就会熟悉线粒体——这种细胞器通常被称为“细胞的动力源”,将锁在葡萄糖键中的能量转化细胞燃料。你可能会意识到,它们经常被拿来与传统的AA电池作比较,每个细胞器都是作为一个单一的单元运行的。

初中生物的明星-线粒体可能比特斯拉汽车电池更为先进

现在,美国和德国科学家的新研究表明,我们体内的线粒体实际上更像是特斯拉汽车内部的尖端电池组——线粒体内部的每一层都独立提供电力,特斯拉之所以在电动汽车和电力存储领域名声大噪,是因为他们的电池系统能够在一个小空间里储存大量能量——同时确保一个部件的故障不会毁掉整个系统。

为了实现这一过程,线粒体内几个微米长的豆状结构包含一个被称为“嵴”的起伏的内膜,内膜上布满了通道,可以来回穿梭带正电的氢离子。“嵴”上褶皱增加了这些蛋白质入口的表面积,最大化了单个线粒体的输出。

“以前没有人研究过这个问题,因为我们太拘泥于这种思维方式;一个线粒体意味着一个电池,”来自加州大学洛杉矶分校的内分泌学家Orian Shirihai说。尽管AA电池的模型非常简单,但就冗余而言,它也存在一些很大的风险。

“电动车工程师告诉我有很多小电池而不是一个大电池的优点;如果一个电池发生故障,系统可以继续工作,多个小电池可以在你需要的时候提供非常高的电流。”Shirihai说。这就是为特斯拉Model S等电动汽车提供动力的锂离子电池不是一个大电池,而是由7000多个小电池连接在一起的部分原因,每个电池在独立工作的同时只提供少量的电力。

许多活细胞都有一堆线粒体,可能是出于类似的原因。如果有一打来弥补空缺,失去一个也不是什么大问题。但是Shirihai看到的细胞只有少量的长线粒体,单个线粒体的丢失可能是毁灭性的。为了测试线粒体模型,内分泌学家和他的团队使用高分辨率显微镜和染色技术来观察几种不同类型人体细胞内线粒体的细节。染色还可以让他们确定一种称为线粒体膜电位的电压差是如何沿着内膜的弯曲面变化的。

“这些图像告诉我们,每个嵴都是电独立的,作为一个自主电池,”Shirihai说。“一个嵴会受损并停止功能,而其他的则保持其膜电位。”

更多地了解线粒体如何控制它们的内部过程可以告诉我们很多关于我们如何变老的信息以及为什么有些人会患上慢性疲劳综合症等疾病,这项研究也将为仿生制造提供重要参考。


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