كشف علماء في بازل أن البروتينات المُنتجة للطاقة في الميتوكوندريا تُشكل مُركبات فائقة كبيرة، مما يُعزز كفاءة إنتاج ATP، ويُقدم رؤى جديدة في بيولوجيا الخلية والتطور والأمراض.
الميتوكوندريا، التي تُعرف غالبًا بمحطات توليد الطاقة في الخلية، مسؤولة عن إنتاج الطاقة اللازمة لجميع العمليات الخلوية الحيوية تقريبًا. وقد استخدم باحثون في جامعة بازل في سويسرا التصوير المقطعي الإلكتروني بالتبريد لدراسة الميتوكوندريا بتفاصيل غير مسبوقة، كاشفين عن رؤى جديدة حول بنيتها الداخلية.
تُظهر نتائجهم أن البروتينات المسؤولة عن توليد الطاقة، والمعروفة باسم المُركبات التنفسية، لا تعمل بمفردها. بل تتجمع في هياكل كبيرة تُسمى “المُركبات الفائقة”، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في إنتاج ATP بكفاءة، وهو مصدر الطاقة الرئيسي للخلية.
توجد الميتوكوندريا في خلايا جميع الكائنات الحية تقريبًا، بما في ذلك النباتات والحيوانات والبشر. تُولد الميتوكوندريا الطاقة باستخدام الأكسجين الذي نتنفسه والكربوهيدرات من الطعام لإنتاج ATP، الذي يُغذي الوظائف الخلوية الأساسية.
على الرغم من اكتشاف هذه المركبات التنفسية قبل 70 عامًا، إلا أن تنظيمها الدقيق داخل الميتوكوندريا ظلّ غامضًا حتى الآن. باستخدام أحدث تقنيات التصوير المقطعي بالتبريد الإلكتروني، تمكّن باحثون بقيادة الدكتور فلورنت والتز والبروفيسور بن إنجل في مركز بيوزنتروم بجامعة بازل من التقاط صور عالية الدقة للسلسلة التنفسية مباشرة داخل الخلايا بدقة لم يسبق لها مثيل. نُشرت نتائج الدراسة في مجلة ساينس.
رؤى جديدة حول مراكز الطاقة في الخلية
يوضح فلورنت والتز، زميل برنامج Ambizione التابع لمؤسسة العلوم الوطنية السويسرية والمؤلف الرئيسي للدراسة: “تُظهر بياناتنا أن بروتينات الجهاز التنفسي تُنظّم في مناطق غشائية محددة من الميتوكوندريا، وتلتصق ببعضها البعض، وتُشكّل نوعًا رئيسيًا واحدًا من المركبات الفائقة”.
باستخدام المجهر الإلكتروني، كانت المركبات الفائقة الفردية مرئية بوضوح – حيث تمكنا من رؤية بنيتها وكيفية عملها مباشرةً. تضخ المركبات الفائقة التنفسية البروتونات عبر غشاء الميتوكوندريا. وتستخدم مركبات إنتاج ATP، التي تعمل بشكل مشابه لطاحونة مائية، هذا التدفق من البروتونات لتحفيز إنتاج ATP.
بنية الميتوكوندريا لإنتاج طاقة فعال
فحص الباحثون الميتوكوندريا في الخلايا الحية لطحالب Chlamydomonas reinhardtii. يقول والتز: “لقد فوجئنا للغاية بأن جميع البروتينات كانت منظمة بالفعل في مثل هذه المركبات الفائقة. قد تزيد هذه البنية من كفاءة إنتاج ATP، وتُحسّن تدفق الإلكترونات، وتُقلل من فقدان الطاقة”.
بالإضافة إلى المركبات الفائقة، تمكن الباحثون أيضًا من فحص بنية غشاء الميتوكوندريا عن كثب. يقول إنجل: “يُذكرنا هذا إلى حد ما بأنسجة الرئة: فالأغشية الداخلية للميتوكوندريا تحتوي على طيات عديدة تزيد من مساحة السطح لاستيعاب أكبر عدد ممكن من المركبات التنفسية”.
مناظير في التطور والصحة
يهدف الباحثون مستقبلًا إلى كشف أسباب ترابط المركبات التنفسية، وكيف يُعزز هذا التآزر كفاءة التنفس الخلوي وإنتاج الطاقة. وقد تُقدم الدراسة أيضًا رؤى جديدة في مجال التكنولوجيا الحيوية والصحة.
يوضح والتز: “من خلال دراسة بنية هذه المركبات في كائنات حية أخرى، يُمكننا اكتساب فهم أوسع لتنظيمها الأساسي. وهذا لا يكشف فقط عن التكيفات التطورية، بل يُساعدنا أيضًا على فهم سبب مساهمة الاضطرابات في هذه المركبات في الأمراض البشرية”.
المرجع: “البنية الخلوية لسلسلة التنفس الميتوكوندريا” بقلم فلورنت والتز، ريكاردو د. ريغيتو، لورينز لام، ثاليا ساليناس-جيجي، رون كيلي، شيانجون تشانغ، مارتن أوبر، ساجار كافنيكار، أبهاي كوتيشا، وبنجامين د. إنجل، ٢٠ مارس ٢٠٢٥، ساينس.
https://scitechdaily.com/scientists-reveal-hidden-machinery-of-mitochondria-in-stunning-detail/