۱۸آوریل ۲۰۲۵ - پنجاه سال پس از کشف حامل پیرووات میتوکندریایی، دانشمندان سرانجام دریافتند که چگونه این ماشین مولکولی موجود در میتوکندری به ما امکان می دهد سوخت مورد نیاز خود را از قندها بسازیم، فرآیندی حیاتی برای تمام حیات روی زمین.
دانشمندان واحد زیست‌شناسی میتوکندریایی شورای تحقیقات پزشکی (MRC) دانشگاه کمبریج، ساختار این ماشین را بررسی کرده و نشان دادند که چگونه این حامل مانند قفلی روی یک کانال عمل می کند تا پیرووات - مولکولی که در بدن از تجزیه قندها تولید می شود - را به داخل میتوکندری منتقل کند.
پیشنهاد وجود این ماشین مولکولی که به عنوان حامل پیرووات میتوکندریایی شناخته می شود، اولین بار در سال ۱۹۷۱داده شد، اما 50 سال طول کشید تا دانشمندان ساختار آن را در مقیاس اتمی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی کرایو، تکنیکی که برای بزرگنمایی تصویر یک جسم تا حدود ۱۶۵۰۰۰برابر اندازه واقعی آن استفاده می‌شود، مشخص کنند. جزئیات این مطالعه در مجله ی Science Advances منتشر شده است.
دکتر سوتیریا تاوولاری، پژوهشگر ارشد دانشگاه کمبریج، که برای اولین بار ترکیب این دستگاه مولکولی را تعیین کرد، گفت: «قندهای موجود در رژیم غذایی ما انرژی لازم برای عملکرد بدن ما را فراهم می کنند. وقتی آنها در داخل سیتوپلاسم سلول های ما تجزیه می شوند، پیرووات تولید می کنند، اما برای بهره برداری حداکثری از این مولکول، پیرووات باید به داخل نیروگاه های سلول، یعنی میتوکندری، منتقل شود. در آنجا، به افزایش ۱۵برابری انرژی تولید شده به شکل سوخت سلولیATP کمک می کند».
ماکسیمیلیان سیچروفسکی، دانشجوی دکترا در هیوز هال و نویسنده اول مشترک این مطالعه، گفت: "وارد کردن پیرووات به میتوکندری های ما ساده به نظر می رسد، اما تاکنون نتوانسته بودیم مکانیسم چگونگی وقوع این فرآیند را درک کنیم. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی کرایو پیشرفته، ما توانستیم نه تنها تصویری از ظاهر این ناقل بدست آوریم، بلکه دقیقاً نحوه عملکرد آن را نیز کشف کنیم. این یک فرآیند بسیار مهم است و درک آن می تواند به درمان های جدیدی برای طیف وسیعی از بیماری های مختلف از جمله دیابت منجر شود."
میتوکندری‌ها توسط دو غشا احاطه شده اند. غشای بیرونی متخلخل است و پیروات می تواند به راحتی از آن عبور کند، اما غشای داخلی نسبت به پیروات نفوذناپذیر است. برای انتقال پیروات به میتوکندری، ابتدا یک "دروازه" بیرونی حامل باز می شود و به پیروات اجازه می دهد وارد حامل شود. سپس این دروازه بسته می شود و دروازه داخلی باز می شود و به مولکول اجازه می دهد از غشای داخلی میتوکندری عبور کند.
پروفسورEdmund Kunji از واحد زیست‌شناسی میتوکندریMRC و عضو هیئت علمی ترینیتی هال، کمبریج، گفت: "این مانند قفل های روی یک کانال اما در مقیاس مولکولی عمل می کند. در آنجا، یک دروازه در یک انتها باز می شود و به قایق اجازه ورود می دهد. سپس بسته می شود و دروازه در انتهای مخالف باز می شود تا قایق به راحتی از آن عبور کند.
به دلیل نقش محوری آن در کنترل نحوه عملکرد میتوکندری برای تولید انرژی، این حامل اکنون به عنوان یک هدف دارویی امیدوارکننده برای طیف وسیعی از بیماری‌ها، از جمله دیابت، بیماری کبد چرب، بیماری پارکینسون، سرطان‌های خاص و حتی ریزش مو شناخته می شود.
پیروات تنها منبع انرژی موجود برای ما نیست. سلول های ما همچنین می توانند انرژی خود را از چربی های ذخیره شده در بدن یا از اسیدهای آمینه موجود در پروتئین‌ها دریافت کنند. مسدود کردن حامل پیرووات، بدن را مجبور می کند تا به دنبال سوخت دیگری باشد - و فرصت هایی را برای درمان تعدادی از بیماری ها ایجاد می کند. به عنوان مثال، در بیماری کبد چرب، مسدود کردن دسترسی به ورود پیرووات به میتوکندری می تواند بدن را به استفاده از چربی بالقوه خطرناکی که در سلول های کبدی ذخیره شده است، تشویق کند.
به همین ترتیب، سلول های توموری خاصی وجود دارند که به متابولیسم پیرووات متکی هستند، مانند برخی از انواع سرطان پروستات. این سرطان‌ها معمولاً بسیار "گرسنه" هستند و حامل های انتقال پیرووات اضافی تولید می کنند تا اطمینان حاصل شود که می توانند بیشتر تغذیه کنند. مسدود کردن این حامل می تواند این نوع از سلول های سرطانی را از انرژی مورد نیاز برای زنده ماندن محروم کند و آنها را بکشد.
مطالعات قبلی همچنین نشان داده‌اند که مهار حامل پیروات میتوکندریایی ممکن است ریزش مو را معکوس کند. فعال شدن سلول‌های فولیکول انسان که مسئول رشد مو هستند، به متابولیسم و به ویژه تولید لاکتات متکی است. هنگامی که از ورود حامل پیروات میتوکندریایی به میتوکندری در این سلول ها جلوگیری می شود، در عوض پیرووات به لاکتات تبدیل می شود.
پروفسور Kunji، گفت: "داروهایی که عملکرد این حامل را مهار می کنند، می توانند نحوه عملکرد میتوکندری را تغییر دهند، که می تواند در شرایط خاص مفید باشد. میکروسکوپ الکترونی به ما این امکان را می دهد که دقیقاً نحوه اتصال این داروها به داخل حامل و مسدود کردن آن را مشاهده کنیم - می توان گفت که این یک آچار فرانسه در حال کار است. این امر فرصت های جدیدی را برای طراحی دارو مبتنی بر ساختار ایجاد می کند تا داروهای بهتر و هدفمندتری تولید شود. این یک تغییر دهنده واقعی بازی خواهد بود."
منبع:
https://www.news-medical.net/news/20250418/Mitochondrial-pyruvate-carrier-structure-solved-after-fifty-years.aspx