Mitokondria adalah pembangkit tenaga listrik dalam sel kita, menghasilkan energi untuk semua proses vital. Menggunakan cryo-electron tomography, para peneliti di University of Basel sekarang telah mendapatkan wawasan tentang arsitektur mitokondria pada resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Mereka menemukan bahwa protein yang bertanggung jawab untuk pembangkit energi berkumpul menjadi “superkompleks” besar, yang memainkan peran penting dalam menyediakan energi sel.
Sebagian besar organisme hidup di planet kita -apakah tanaman, hewan, atau manusia -lahan mitokondria dalam sel mereka. Fungsi utama mereka adalah memasok energi untuk hampir semua proses seluler. Untuk mencapai hal ini, mitokondria menggunakan oksigen yang kami hirup dan karbohidrat dari makanan untuk meregenerasi ATP, mata uang energi sel universal. Fungsi ini dilakukan oleh protein yang dikenal sebagai kompleks pernapasan, yang bekerja bersama dalam proses penghasil energi.
Meskipun kompleks pernapasan ini ditemukan 70 tahun yang lalu, organisasi mereka yang tepat di dalam mitokondria tetap sulit dipahami sampai sekarang. Menggunakan tomografi cryo-elektron yang canggih, para peneliti yang dipimpin oleh Florent Waltz dan Prof. Ben Engel di Biozentrum dari University of Basel mampu membuat gambar resolusi tinggi dari rantai pernapasan langsung di dalam sel pada resolusi yang belum pernah dicapai sebelumnya. Hasil penelitian ini diterbitkan dalam “Sains”.
Arsitektur mitokondria untuk produksi energi yang efisien
“Data kami menunjukkan bahwa protein pernapasan mengorganisir di daerah membran spesifik mitokondria, tetap bersama dan membentuk satu jenis superkompleks utama,” jelas Florent Waltz, SNSF Ambizione Fellow dan penulis pertama penelitian. “Menggunakan mikroskop elektron, superkompleks individu terlihat jelas – kita dapat secara langsung melihat struktur mereka dan bagaimana mereka bekerja. Superkompleks pernapasan memompa proton melintasi membran mitokondria. Kompleks produksi ATP, yang bertindak mirip dengan air, menggunakan aliran proton ini untuk menggerakkan generasi ATP.”
Para peneliti memeriksa mitokondria dalam sel -sel hidup alga Chlamydomonasreinhardtii. “Kami sangat terkejut bahwa semua protein sebenarnya diatur dalam superkompleks seperti itu,” kata Waltz. “Arsitektur ini mungkin membuat produksi ATP lebih efisien, mengoptimalkan aliran elektron, dan meminimalkan kehilangan energi”.
Selain superkompleks, para peneliti juga dapat memeriksa arsitektur membran mitokondria lebih dekat. “Agak mengingatkan pada jaringan paru -paru: membran mitokondria bagian dalam memiliki banyak lipatan yang meningkatkan area permukaan agar sesuai dengan sebanyak mungkin kompleks pernapasan,” kata Engel.
Perspektif evolusi dan kesehatan
Di masa depan, para peneliti bertujuan untuk mengungkap mengapa kompleks pernapasan saling berhubungan dan bagaimana sinergi ini meningkatkan efisiensi respirasi seluler dan produksi energi.
Studi ini juga dapat menawarkan wawasan baru untuk bioteknologi dan kesehatan. “Dengan memeriksa arsitektur kompleks ini dalam organisme lain, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih luas tentang organisasi fundamental mereka,” jelas Waltz. “Ini tidak hanya dapat mengungkapkan adaptasi evolusioner tetapi juga membantu kita memahami mengapa gangguan pada kompleks ini berkontribusi pada penyakit manusia.”
Publikasi asli
Florent Waltz, Ricardo, D. Righeto, Ron Kelley, Blue, Martin Obr, Sayang Khavnekar, Benjamin D. Engel
Arsitektur dalam sel rantai pernapasan mitokondria
Sains (2025), doi: 10.1101/2024.09.03.610704
