Structuur van cellulaire energiecentrales ondersteunt de verbranding
ArrayMi
tochondrien zijn de buitengewoon effectieve energiecentrales van de cel. Ze danken die effectiviteit onder andere aan hun interne architectuur. Biochemici van het UMC St Radboud hebben hiervoor belangrijk bewijs geleverd.
Bijna alle lichaamscellen hebben ze: mitochondrien, de energiecentrales van het lichaam. Het aantal mitochondrien per cel varieert, wat waarschijnlijk te maken heeft met hun verschillende energiebehoeften. De mitochondrien gebruiken onder andere suiker (glucose) als brandstof. De suiker wordt door het mitochondrion opgenomen, samen met zuurstof, en omgezet in energie in de vorm van ATP. Dit ATP molecuul wordt vervolgens gebruikt om de cel van energie te voorzien, bijvoorbeeld om spieren samen te trekken. Het mooie van de mitochondrien is, dat het verbrandingsproces heel effectief is: vijf ingenieuze enzymcomplexen zorgen ervoor dat er een maximaal aantal moleculen ATP geproduceerd wordt uit elk suiker molecuul.
Een mitochondrion ziet er uit als een dubbelwandig worstje. De binnenwand zit vol instulpingen, cristae genaamd. De hoeveelheid, de vorm en de lengte ervan kunnen varieren. Overal op de cristae bevinden zich exemplaren van de vijf enzymcomplexen.
Waar dienen de cristae voor? Een voor de hand liggende verklaring is dat ze het verbrandingsproces optimaliseren door de tussenproducten van de verbranding via een uitgekiende route langs de enzymcomplexen te leiden. Tot nu toe was het echter niemand gelukt om hiervoor ook daadwerkelijk het bewijs te leveren. Biochemicus dr. Werner Koopman van het UMC St Radboud zegt: ‘Experimenten in het verleden leken er zelfs op te wijzen, dat de cristae geen enkele invloed hebben op de beweging van de tussenproducten en dat deze zonder enige sturing door de mitochondrien buitelen. Dat vond iedereen natuurlijk heel gek. Die binnenarchitectuur is toch niet voor niets zo kunstig gevormd?’
De Nijmeegse biochemici ontwierpen een uniek experiment om voor eens en voor altijd aan te tonen dat de cristae een essentiele functie hebben. Ze deden in levende cellen een groot aantal experimenten om de beweging van moleculen in het mitochondrion te meten. Daarna ontwikkelden ze, in samenwerking met medisch fysicus prof.dr. Stan Gielen, een computermodel voor het mitochondrion om deze beweging en de invloed van de cristae te kunnen begrijpen. Door de uitkomsten van de laboratoriumexperimenten te vergelijken met het computermodel konden ze bewijzen, dat de cristae de beweging van de moleculen vertragen. ‘Dit suggereert dat veranderingen in de vorm en het aantal van de cristae de cel in staat stellen om hun mitochondriale energieproductie te regelen en aan te passen aan de energiebehoefte’, zegt Koopman.
Er is ook een duidelijke link naar stofwisselingsziekten. Bij veel kinderen met een stofwisselingsziekte zijn allerlei afwijkingen in de inwendige structuur van de mitochondrien te zien. Bij hen is het verbrandingsproces niet goed gereguleerd. Juist voor deze kinderen kan dit Nijmeegse onderzoek van belang zijn omdat een goed inzicht in de werking van het mitochondriele verbrandingsproces essentieel is voor de ontwikkeling van eventuele geneesmiddelen in de toekomst.
