Высокодетальные изображения раскрыли сложную структуру митохондриальных суперкомплексов

Исследователи из Базельского университета (Швейцария) с помощью крио-электронной томографии получили беспрецедентно детальные данные об архитектуре митохондрий — "энергостанций" клеток.

Результаты исследования опубликованы в Science.

Учёные обнаружили, что белки, ответственные за выработку энергии, собираются в крупные "суперкомплексы", играющие ключевую роль в обеспечении клетки энергией.

Основная функция митохондрий — снабжать энергией почти все клеточные процессы. Для этого они используют кислород из дыхания и углеводы из пищи для регенерации АТФ — универсальной энергетической валюты клеток. Эту функцию выполняют белки, известные как дыхательные комплексы.

Хотя эти комплексы были открыты 70 лет назад, их точная организация внутри митохондрий оставалась неясной.

Используя передовую крио-электронную томографию, исследователи под руководством доктора Флорана Вальца и профессора Бена Энгеля создали высокодетальные изображения дыхательной цепи непосредственно внутри клеток с рекордным разрешением.

"Наши данные показывают, что дыхательные белки организуются в специфических мембранных областях митохондрий, слипаются и образуют один основной тип суперкомплекса", — объясняет Флоран Вальц, первый автор исследования.

"В электронный микроскоп отдельные суперкомплексы были чётко видны — мы могли непосредственно наблюдать их структуры и то, как они работают. Дыхательные суперкомплексы перекачивают протоны через митохондриальную мембрану. Комплексы производства АТФ, которые действуют подобно водяной мельнице, используют этот поток протонов для выработки АТФ".

Архитектура митохондрий для эффективного производства энергии

Исследователи изучили митохондрии в живых клетках водоросли Chlamydomonas reinhardtii.

"Мы были очень удивлены, что все белки действительно организованы в такие суперкомплексы", — говорит Вальц. "Эта архитектура может сделать производство АТФ более эффективным, оптимизировать поток электронов и минимизировать потери энергии".

Помимо суперкомплексов, исследователи также смогли детальнее изучить мембранную архитектуру митохондрий.

"Это несколько напоминает лёгочную ткань: внутренние мембраны митохондрий имеют множество складок, которые увеличивают площадь поверхности, чтобы вместить как можно больше дыхательных комплексов", — говорит Энгель.

В будущем исследователи намерены выяснить, почему дыхательные комплексы взаимосвязаны и как эта синергия повышает эффективность клеточного дыхания и производства энергии.

"Изучая архитектуру этих комплексов у других организмов, мы можем получить более широкое представление об их фундаментальной организации", — объясняет Вальц.

"Это может не только выявить эволюционные адаптации, но и помочь понять, почему нарушения в этих комплексах способствуют развитию человеческих заболеваний".