Bakterier från varma källor löser ämnesomsättningens gåta
Förbränning sker ofta hastigt, som en eld. Hur kan våra celler kontrollera förbränningen av näring så effektivt? Frågan har länge förbryllat forskare. Med hjälp av bakterier från varma källor har forskare från Stockholms universitet nu svaret.
Tänd en tändsticka och för den mot ett ljus. Du kommer att se en låga och känna värme medan stearinet förbrukar syre från luften och omvandlas till koldioxid och vatten. Men när vi förbränner fett, socker eller protein, går vi inte upp i eld och rök, utan använder energin för att röra muskler eller tänka.
Hur kan cellerna kontrollera förbränningen? Forskare har nu äntligen kunnat se förloppet i experiment och lösa hela mekanismen.
Andningskedjor
– Vi har visat hur syret förbränns i cellerna när det har transporterats ut i kroppen av blodet. Vi har också visat hur förbränningen kan ge energi för att till exempel röra muskler eller skapa elektricitet i nervtrådar, säger Peter Brzezinski, professor vid Institutionen för biokemi och biofysik, Stockholms universitet.
Förbränningen styrs i våra celler i den så kallade andningskedjan. Elektroner, som kommer från nedbrytningen av maten, leds till det syre som vi andas. Detta syre är bundet i ett enzym i våra mitokondrier, cellens kraftcentral. Syret förbränns inte omedelbart till vatten, som i en okontrollerad eld, utan omvandlas gradvis i en noggrant kontrollerad reaktion.
Fram tills nu fanns bara ytliga kunskaper om hur detta går till, vilket framförallt beror på att det är så svårt att studera reaktionen – den är för snabb för att fångas med dagens tekniker. En lösning på problemet skulle vara att utföra studierna vid låga temperaturer, runt ‑50 grader, där dessa reaktioner blir tillräckligt långsamma. Detta är dock inte praktiskt möjligt.
Bakterier som trivs i sjudande vatten
I den nya forskningen studerade forskarna förbränning av syrgas i en bakterie som normalt lever i varma källor – de trivs bäst i nästan kokande vatten. När gruppen utförde sina studier vid 10°C var det riktigt kallt för bakterien – ungefär som minus 40 grader för våra mitokondrier – och nu blev reaktionerna så långsamma att de kunde fångas med forskarnas instrument. Genom att kombinera experimenten med beräkningar kunde forskarna överföra de nya kunskaperna till funktionerna i människans celler.
– Förutom att vi är nyfikna och vill veta hur det går till finns det också en hel grupp av sjukdomar vi kan lära oss mer om och kanske bota i framtiden. Så kallade mitokondriella sjukdomar som orsakas av att syret inte kan förbrännas på rätt sätt, säger Peter Brzezinski.
Artikeln i Science Advances: Splitting of the O–O bond at the heme-copper catalytic site of respiratory oxidases
Kontakt: Peter Brzezinski, professor vid Institutionen för biokemi och biofysik, Stockholms universitet. Tfn: 070-60 926 42 e-post: peter.brzezinski@dbb.su.se
