Notes

Mitokondrier och antioxidanter: En saga av två forskare

Science Breaktroughs The Koyal Group InfoMag reviews – Det finns ett litet mirakel av vetenskap som händer i din kropp just nu. När du läser detta, en minimal 5 gram av en hög energi molekyl som kallas adenosintrifosfat - ATP - orsakar alla typer av reaktioner för att ge dig energi att sitta vid datorn. Totalt är 8 uns av ATP återvinns hundratals gånger varje dag, så många gånger att en människa kan använda sin kroppsvikt - 200 pounds av ATP i mitt fall - var 24: e timme.

ATP lagras inte och tillkallade efter behov, det är skapat på språng. Denna vetenskap mirakel sker i små energifabriker som kallas mitokondrier. Mitokondrier är med rätta kallas cellernas energifabriker eftersom de tar energi som finns i maten och omvandla det till något som våra celler kan använda.

Det är lätt att föreställa sig att i ett system så viktigt, när saker går fel de går riktigt fel. Räkna ut det hur man gör fel saker rätt igen har varit målet för vetenskapen sedan upptäckten av ATP av forskare år 1929, framför allt när man insåg att mitokondriella sjukdomar är roten till vissa sjukdomar trots att skadan inte är mitokondriell.

Förvirrande, eller hur? Tänk dig att en vetenskapsman och med att försöka lista allt det ut. Under årtionden, det var så mycket information tillgänglig om mitokondrier och dess inverkan på sjukdom och åldrande ... förutom det som är inne i en "svart låda" i mitokondriens matrix, där alla visste vad som måste hända, men kunde inte hitta ett sätt att göra en positiv skillnad. "Positiv" kommer att visa sig vara en ordlek, eftersom du kommer att se i slutet av artikeln.

För att lösa mysteriet, intervjuade jag två forskare på de ledande kanterna av området vid olika tidpunkter, Dr Michael Murphy i Cambridge, nyligen co-uppfinnare av en molekyl som kallas MitoQ, som gjorde externa antioxidanter verkligen biotillgängligt för mitokondrier; och professor Fredrik Crane, som upptäckte kroppens naturliga antioxidant, coenzym Q, 1957.

*****

Praktiskt taget alla har hört talas om antioxidanter nu. De är den breda kategori av livsmedel eller kosttillskott som förhindrar cellskador, och innehålla saker som vitamin C och vitamin E. Antioxidanter förhindrar oxidativ stress från en annan reaktion alla har hört talas om - fria radikaler, molekyler som bildas när vi omvandla mat till energi eller när vi motion. Samma process för reduktion och oxidation, som ger oss energi kan skada celler, och denna skada har kopplats till allt från cancer till Parkinsons sjukdom.

Att förebygga skador är nyckeln till att förebygga sjukdom. Men det är inte så enkelt som att ta en antioxidant eller äta mer kött.

Mitokondrierna har två hinder som är utformade för att hjälpa till att försäkra att det enda som händer i fabriken är det som naturen bestämt är tänkt att hända - en inre och yttre membran. Det yttre membranet är porös nog att molekyler kan komma igenom, och så antioxidanter har haft lite problem där. Det inre membranet är mycket mer restriktiv eftersom det skyddar mitochondrial matrisen, de proteiner som ger oss energi. Inuti denna matris är de maskiner som hjälper köra en transportkedja elektron i det mitokondriella innermembranet, vilket är precis vad det låter som - elektroner som färdas från ett protein till nästa. Den elektron transportkedjan skapar det som kallas "molekylär valutaenhet" i cellernas energi - ATP.

När problemet är inne mitokondrier, som till exempel i mitokondriella sjukdomar, behöver naturen lite hjälp.

Det finns hjälpare molekyler som ger biokemiska hjälp under hela denna mitokondriell process, som kallas kofaktorer i biokemi, men mer känd som co-enzymer. Och en coenzym i synnerhet blev känd eftersom det konstaterats finnas i en helt oxiderad form eller ett helt reducerad form hos människor, vilket innebär att den kan fungera som en del av transportkedjan elektron och även fungera som en antioxidant. Det kallas coenzym Q10 och det banade vägen för att förstå hur ATP gjordes, vilket fick Dr Peter Mitchell en Nobelpriset i kemi 1978. Det ledde också, över fyra decennier senare, en molekyl som heter MitoQ som listat ut hur man får mitokondrierna fungerar i äldre människor som det gör i yngre. Liksom transportkedjan elektron i sig, kopplingen mellan arbete Crane och Murphy, 40 år ifrån varandra, kan visas ganska tydligt när du vet var du ska leta.

*****

Om du vill veta om Q10, måste vi gå tillbaka till University of Wisconsin-Madison Enzyme Institute på 1950-talet, där Dr Frederick Crane var en ung postdoktoral forskare som arbetar på en av de svåraste problemen inom vetenskapen; de biokemiska vägar som är involverade i hur mitokondrier i celler producerar energi. Crane är numera professor emeritus vid Purdue och semi-pensionerad i sitt hem i Illinois. Han skriver fortfarande papper, han fortfarande håller jämna steg med den senaste forskningen, och han minns sin tid på Enzyme institutet som det var igår.

Född 1925, tog Crane en okonventionell väg att låsa upp hemligheter antioxidant försvar hos människor - han var en växtfysiolog studerar niacin syntes som började som en kemist men blev avbruten av andra världskriget. Det är en väg mindre rest för de flesta forskare.

Han fick sin doktorsexamen från University of Michigan och, som många forskare på den tiden, undrade vad han kunde arbeta på nästa. Vi kommunicerade via telefonintervjuer och e-post, och han förklarade att tidiga historia och hur han hamnade i Wisconsin.

"Min rådgivare vid University of Michigan, professor Gustavson, sade att han gillade vad DE Grön gjorde i metabolism på Enzyme institutet så jag skrev till honom och sa "Jag skulle älska att studera metabolism". David svarade att han studerade energikoppling, inte metabolismen, men om jag skulle älska att han också skulle skicka in en ansökan ", säger Crane.

Applicera han gjorde. Crane är en blygsam sort och säger att det var nog få människor som är intresserade av den typen av arbete, vilket gjorde det lättare för honom att få. Han berättade också sin oro över sin förmåga för att han haft begränsad framgång i början, till en punkt där han blev orolig för hans framtid.