UMC St Radboud
Structuur van cellulaire energiecentrales ondersteunt de verbranding
05-09-2011
Mitochondriën 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: mitochondriën, de energiecentrales
van het lichaam. Het aantal mitochondriën per cel varieert, wat
waarschijnlijk te maken heeft met hun verschillende energiebehoeften.
De mitochondriën 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 mitochondriën 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 variëren. 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
mitochondriën 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 essentiële 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 mitochondriën 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 mitochondriële verbrandingsproces essentieel is voor de
ontwikkeling van eventuele geneesmiddelen in de toekomst.