Горение часто является быстрым процессом, подобно огню. Как наши клетки могут так хорошо контролировать процесс горения? Этот вопрос давно озадачивал исследователей. Используя бактерии из горячих источников, исследователи из Стокгольмского университета нашли ответ.
Зажгите спичку и поставьте ее рядом со свечой. Вы увидите огонь и почувствуете тепло, когда горит стеарин, потребляя кислород из воздуха и превращая топливо в углекислый газ и воду. Однако, когда наше тело сжигает жир, сахар или белок, содержащие одинаковое количество энергии, мы не исчезаем в огне и дыме, а используем энергию для движения мышц или для мышления. Как наш организм так хорошо контролирует процесс горения? Исследователи из Стокгольмского университета наконец-то смогли проследить за процессом и раскрыть механизм.
"Мы показали, как сгорает кислород после того, как он был транспортирован кровью к нашим клеткам. Мы также показали, как сгорание кислорода дает энергию, например, для сокращения мышц или для выработки электричества в наших нервных клетках. ", - говорит Питер Бжезински, профессор кафедры биохимии и биофизики Стокгольмского университета.
Сгорание кислорода в наших клетках происходит в так называемой дыхательной цепи, которая тщательно контролирует этот процесс. Электроны, поступающие в результате пищеварения, передаются кислороду, которым мы дышим. Молекулы кислорода связываются с ферментом в наших митохондриях, клеточной электростанцией. Однако связанный кислород не сразу сгорает с образованием воды, как при неконтролируемом пожаре, а постепенно превращается в воду в тщательно контролируемом процессе. До сих пор у нас были только самые базовые знания о механизме этого процесса, так как реакция слишком быстра, чтобы ее можно было изучить с помощью доступных методов. Одной из возможностей было бы проследить реакции при низких температурах, около -50 градусов по Цельсию, когда они были бы достаточно медленными. Однако это практически невозможно.
В рамках этого проекта исследователи Федерика Пойана и Кристоф фон Баллмоос изучали сжигание кислорода в бактериях, живущих в горячих источниках - они процветают в почти кипящей воде. Когда исследовательская группа проводила свои исследования при 10 градусах, бактерия обнаружила, что там очень холодно - как будто наши митохондрии подвергались воздействию минус 40 градусов. Затем реакции стали достаточно медленными, чтобы можно было проводить исследования с использованием доступных инструментов. Объединив свои экспериментальные исследования с теоретическими расчетами, исследователи смогли перенести свои наблюдения на эквивалентные процессы в клетках человека.
«В дополнение к простому любопытству и желанию узнать, как работает этот процесс, наши исследования также мотивированы попыткой понять так называемые митохондриальные заболевания, вызванные нарушением сгорания кислорода», - говорит Питер Бжезинский.
Исследование опубликовано в научном журнале Science Advances.