МОСКВА, 17 января. /ТАСС/. Российские биофизики первыми точно измерили температуры внутри отдельных регионов митохондрий, что помогло им выявить резкие перепады температур внутри различных областей этих органелл. Это открытие поможет ученым раскрыть причину необычно высоких температур митохондрий, сообщила во вторник пресс-служба пущинского Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН.
"Наши данные впервые однозначно указывают на то, что локальные температуры внутри различных внутриклеточных наноскопических "отсеков" с различной метаболической или термодинамической активностью могут отличаться друг от друга на десятки градусов. Это можно сравнить с тем, как рабочая температура двигателя автомобиля значительно отличается от температуры его салона", - заявил заведующий лабораторией ИТЭБ РАН (Пущино) Вадим Цееб, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Митохондрии представляют собой обособленные органеллы, которые являются своеобразными "энергостанциями" клеток. Они поглощают питательные вещества и используют их энергию для производства молекул АТФ - универсальной клеточной энерговалюты, которая используется для ускорения всех реакций в клетках людей и всех остальных многоклеточных живых существ.
Ученых давно интересует, как работают митохондрии и какие условия внутри них поддерживаются. Первые попытки измерить температуру внутри этих органелл в 2018 году привели к неожиданному открытию. Оказалось, что самые горячие части митохондрий разогреваются до температуры в 50 градусов Цельсия, причины и механизмы чего вызвали массу споров среди биологов.
Гигантские перепады температур
Цееб и его коллеги сделали большой шаг к раскрытию этой биологической загадки в рамках сверхточных замеров температуры отдельных регионов митохондрий, которые российские физики и биофизики провели при помощи разработанного ими алмазного нанотермометра. Он представляет собой наноскопический драгоценный камень, внутри которого присутствуют так называемые SiV-дефекты, вкрапления из атомов кремния.
При облучении алмаза при помощи луча лазера эти дефекты вырабатывают свечение, свойства которого сильно зависят от температуры окружающей среды. Это позволяет измерять нагрев регионов вокруг алмазных наночастиц с точностью до 0,1 градуса Цельсия, не вмешиваясь при этом в работу биосистем. Работу этого градусника ученые проверили в опытах на митохондриях, извлеченных из клеток мозга мышей.
Замеры показали, что между различными отделами митохондрии, а также между митохондрией и окружающей средой периодически появляются существенные различия в температуре, составляющие порядка 4-22 градуса Цельсия. Они возникали как при химической стимуляции "энергостанции" клетки, так и спонтанным образом в процессе ее обычной жизнедеятельности, причем в некоторых случаях они существовали десятки секунд.
Подобные замеры, как отмечают Цееб и его коллеги, указывают на то, что клетка способна локально нагревать окружающую среду внутри митохондрий до очень высоких температур, которые в прошлом считались несовместимыми с жизнью. Это говорит о том, что ультралокальные термодинамические явления играют важную роль в работе митохондрий, а также потенциально и других органелл клеток, подвели итог ученые.