我們的線粒體是否在50攝氏度下運(yùn)行
我們的體溫保持在相當(dāng)穩(wěn)定的37.5°C,我們的假設(shè)一直是我們的大部分生理過程都是在這個(gè)溫度下進(jìn)行的。在較冷的環(huán)境中維持這種溫度所需的熱量是由稱為線粒體的微小亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。但是1月25日在INSERM和CNRS研究人員在巴黎HôpitalRobertDebré領(lǐng)導(dǎo)的開放獲取期刊PLOS Biology上發(fā)表的一項(xiàng)新研究,由Pierre Rustin博士(及其來(lái)自芬蘭,韓國(guó),黎巴嫩和德國(guó)的國(guó)際合作者)領(lǐng)導(dǎo),提供了令人驚訝的證據(jù),即線粒體比人體的整體溫度溫度高10°C以上,確實(shí)經(jīng)過優(yōu)化。由于這些索賠的特殊性,PLOS Biology倫敦大學(xué)學(xué)院的尼克萊恩教授是一位進(jìn)化生物能學(xué)專家。
為了確保穩(wěn)定的內(nèi)部溫度,人體利用食物消耗的最后階段產(chǎn)生的熱量:稱為線粒體的結(jié)構(gòu)中的營(yíng)養(yǎng)物燃燒,其中每個(gè)細(xì)胞中有數(shù)十或數(shù)百個(gè)。線粒體在細(xì)胞內(nèi)形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),其內(nèi)容物通過兩個(gè)膜與細(xì)胞的其余部分分離。在其內(nèi)部發(fā)生了大量的生物催化化學(xué)反應(yīng);它們釋放的能量的40%以化學(xué)化合物ATP的形式被捕獲,ATP用于驅(qū)動(dòng)身體的功能,例如心跳,大腦活動(dòng)或肌肉收縮。然而,剩余的60%作為熱量消散。
作者的結(jié)果似乎表明,在將我們的身體保持在37.5°C的恒定溫度下,線粒體的運(yùn)行方式與隔熱性差的房間中的恒溫散熱器非常相似,其運(yùn)行溫度遠(yuǎn)高于周圍環(huán)境。
通過使用熒光對(duì)溫度特別敏感的化學(xué)探針使這項(xiàng)工作成為可能。當(dāng)將這種“分子溫度計(jì)”(Mito Thermo Yellow)引入線粒體的心臟時(shí),它們能夠表現(xiàn)出約50℃的穩(wěn)定溫度。具體而言,探針的熒光表明,只要線粒體有功能,活體和完整細(xì)胞中線粒體的溫度(自身置于保持在38°C的培養(yǎng)基中)高出10°C以上。當(dāng)線粒體通過各種方式滅活時(shí),該高溫被廢除。研究人員還發(fā)現(xiàn),幾種人類線粒體酶的最佳溫度接近50°C,這有助于支持他們對(duì)分子溫度計(jì)數(shù)據(jù)的解釋。
Nick Lane沒有參與這項(xiàng)研究,但幫助期刊評(píng)估手稿,發(fā)現(xiàn)結(jié)果可能令人興奮,但警告說還需要做進(jìn)一步的工作。在他的隨行入門書中,他說:“這是一個(gè)激進(jìn)的主張,如果確實(shí)如此,我們?cè)趺磿?huì)在很久以前就不知道這么重要的東西呢?”
Lane詢問了關(guān)于Mito Thermo Yellow探針的一系列問題,關(guān)于作者解釋所暗示的極端溫度梯度的合理性,以及在這種微觀尺度上“溫度”概念的含義。“在我們得出關(guān)于'溫度'的任何確切結(jié)論之前,我們需要更多地了解Mito Thermo Yellow的特定行為及其在線粒體內(nèi)的確切位置。與此同時(shí),我懷疑10°C溫差應(yīng)該從字面上理解。但應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待。“
作者承認(rèn)線粒體內(nèi)微空間核心的這些高溫是意料之外的,但強(qiáng)調(diào)這一啟示應(yīng)該導(dǎo)致我們對(duì)線粒體功能及其在細(xì)胞中的作用的看法的重新評(píng)估。“我們對(duì)線粒體,酶的活性,膜的滲透性,損害其活性的遺傳缺陷的后果,毒素或藥物的影響的大部分知識(shí)都建立在37.5°C;溫度為人體,當(dāng)然,但顯然不是線粒體,“他們說。
“熱量在生物學(xué)方面已經(jīng)不再流行。無(wú)論所有這些想法是否正確,細(xì)胞內(nèi)線粒體的分布和發(fā)熱都應(yīng)該更加認(rèn)真。這些研究人員將這一重要課題帶回中心舞臺(tái),這正是它應(yīng)該是,“萊恩總結(jié)道。
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