Para peneliti menunjukkan bahwa banyak protein mitokondria memasuki organel selama sintesis, dipandu oleh pola lipat dan sinyal struktural. Penemuan ini merevisi dekade model biokimia.

Mitokondria adalah organel yang paling dikenal sebagai “pembangkit tenaga listrik” karena mereka menghasilkan ATP (adenosin trifosfat), sumber energi utama untuk sebagian besar aktivitas seluler. Mereka berasal lebih dari satu miliar tahun yang lalu ketika sel archaeal leluhur membentuk kemitraan simbiosis dengan bakteri.

Lebih dari waktu evolusioner, mitokondria menjadi sangat diperlukan untuk metabolisme dan produksi energi, mentransfer sebagian besar bahan genetik mereka ke sel inang. Akibatnya, mereka sekarang bergantung pada inang untuk menghasilkan sebagian besar protein mereka, yang disintesis oleh ribosom di luar organel dan harus diangkut secara akurat ke mitokondria.

Para peneliti di Caltech kini telah mengungkapkan wawasan baru tentang bagaimana protein -protein ini dipindahkan dari ribosom dalam sitosol, cairan yang mengelilingi nukleus, ke mitokondria. Tanpa diduga, mereka menemukan bahwa jalur itu sangat dipengaruhi oleh mekanisme lipatan protein.

“Ternyata melokalisasi protein ke mitokondria melibatkan jalur kompleks berlapis-lapis yang terhubung dengan prinsip-prinsip biofisik lipatan protein,” kata Shu-Ou Shan, Profesor Kimia Altair di Caltech.

Menantang model tradisional

Selama bertahun -tahun, pandangan yang berlaku dalam biokimia adalah bahwa protein mitokondria diimpor hanya setelah terjemahan – proses di mana ribosom membangun protein dengan menghubungkan asam amino Bersama -sama menurut kode genetik – telah selesai sepenuhnya. Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan di SelShu-ou Shan dan timnya menantang model ini, melaporkan bahwa sebanyak 20 persen protein mitokondria diimpor secara terkotek. Dengan kata lain, protein ini mulai memasuki mitokondria saat mereka masih dirakit di atas ribosom.

“Setelah kami mengidentifikasi protein mitokondria ini yang diimpor secara cotranslasional, kami bertanya, ‘Apa yang istimewa tentang subset protein ini?’” Kata Zikun Zhu (PhD ’24), mantan mahasiswa pascasarjana Shan dan penulis utama makalah ini.

Protein yang sulit dilipat dan waktu impor

Para peneliti menemukan bahwa sifat yang menentukan protein ini adalah ukuran dan kompleksitas strukturalnya. Banyak dari mereka yang rumit secara topologis, mengandung residu-asam amino di dalam rantai-yang mungkin berjauhan secara berurutan tetapi harus bersatu untuk mencapai lipatan tiga dimensi yang benar. “Itu menjadi proses yang jauh lebih sulit daripada hanya melipat interaksi antara residu tetangga,” catat Shan.

Akibatnya, sistem untuk impor cotranslasional ke dalam mitokondria memprioritaskan protein yang sangat sulit untuk dilipat ini. Ini masuk akal jika Anda menganggap bahwa struktur besar pada akhirnya harus melalui saluran sempit pada membran mitokondria selama impor. “Akan ada masalah jika Anda membiarkan protein besar yang sangat kompleks ini menyelesaikan terjemahan dalam sitosol,” kata Shan. “Mereka akan terjebak dalam struktur yang tidak dapat diubah, dan kemudian Anda tidak hanya akan memblokir impor, Anda akan menyumbat semua saluran.”

Sinyal molekuler dan urutan penargetan

Tim menemukan bahwa hampir semua protein tersebut membawa urutan penargetan mitokondria, yang merupakan sinyal yang mengarahkan protein ke mitokondria. Namun, secara mengejutkan, ini saja tidak cukup untuk memberi tahu subset protein ini untuk disampaikan selama terjemahan. Zhu melakukan percobaan yang menunjukkan bahwa sistem menunggu sinyal molekul kedua untuk memindahkan protein ke mitokondria lebih awal. Sinyal itu datang dalam bentuk domain protein besar pertama, atau unit struktural yang dapat dilipat dalam urutan, yang muncul dari ribosom.

“Ini seperti meminta boarding pass terkunci di koper,” kata Zhu. “Urutan penargetan adalah boarding pass, tetapi untuk mengaksesnya, Anda memerlukan kode untuk membuka koper. Dalam hal ini, domain besar adalah kode itu.”

Para ilmuwan bahkan dapat mentransplantasikan contoh -contoh domain protein besar ke protein mitokondria lain yang biasanya diimpor setelah terjemahan dan menunjukkan bahwa domain memang berfungsi sebagai sinyal yang dapat ditransfer yang mampu mengubah protein untuk diimpor selama terjemahan.

“Penargetan translasi ke mitokondria ternyata benar -benar berbeda dari penargetan ke organel lain,” kata Zhu. “Ke depan, akan menyenangkan untuk mengungkap lebih banyak detail mekanistik dan, pada akhirnya, untuk memanipulasi waktu impor protein mitokondria. Ini tidak hanya akan membantu kita memahami mengapa sel -sel berevolusi jalur penargetan yang canggih untuk protein mitokondria tetapi juga membuka pintu ke aplikasi terapeutik yang potensial.”

Referensi: “Prinsip Impor Protein Mitokondria Cotranslasional” oleh Zikun Zhu, Saurav Mallik, Taylor A. Stevens, Riming Huang, Emmanuel D. Levy dan Shu-Ou Shan, 11 Agustus 2025, Sel.
Doi: 10.1016/j.cell.2025.07.021

Pekerjaan ini didukung oleh Institut Kesehatan Nasional Hibah R35 GM136321 kepada S.-OS dan Howard Hughes Medical Institute melalui hibah Freeman Hrabowski Scholar kepada Rebecca Voorhees. EDL mengakui dukungan dari European Research Council (ERC) di bawah Program Penelitian dan Inovasi Horizon 2020 Uni Eropa (Perjanjian Hibah no. 819318), oleh Organisasi Program Sains Perbatasan Manusia (Ref. RGP0016/2022), dan oleh Israel Science Foundation (hibah no. 1452/18).

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.

Sebuah studi baru mengungkapkan bahwa penumpukan metabolisme dalam sel otak khusus adalah yang memicu kebutuhan untuk tidur.

Tidur dapat berfungsi lebih dari sekadar istirahat untuk pikiran; Ini juga dapat berfungsi sebagai pemeliharaan penting untuk sistem energi tubuh. Studi baru dari Universitas Oxford peneliti, diterbitkan di Alam, menunjukkan bahwa dorongan untuk tidur disebabkan oleh stres listrik yang menumpuk dalam struktur kecil penghasil energi sel otak.

Temuan ini memberikan penjelasan fisik yang konkret untuk kebutuhan biologis untuk tidur dan memiliki potensi untuk membentuk kembali pemikiran ilmiah tentang tidur, penuaan, dan gangguan neurologis.

Mitokondria dan ketidakseimbangan energi

Tim peneliti, yang dipimpin oleh Profesor Gero Miesenböck dari Departemen Fisiologi, Anatomi dan Genetika (DPAG) dan Dr. Raffaele Sarnataro di Pusat Sirkuit dan Perilaku Saraf Oxford, menemukan bahwa tidur dipicu ketika otak merespons ketidakseimbangan energi yang halus. Peran sentral terletak pada mitokondria, organel mikroskopis yang mengubah oksigen dan makanan menjadi energi yang dapat digunakan.

Pada neuron regulasi tidur tertentu yang dipelajari dalam lalat buah, mitokondria yang menjadi kelebihan beban mulai membocorkan elektron. Kebocoran ini menghasilkan produk sampingan berbahaya yang disebut oksigen reaktif jenis. Kebocoran berfungsi sebagai sinyal yang memaksa otak menjadi tidur, memungkinkan keseimbangan dipulihkan sebelum kerusakan sel menyebar lebih jauh.

“Anda tidak ingin mitokondria Anda membocorkan terlalu banyak elektron,” kata Dr. Sarnataro. “Ketika mereka melakukannya, mereka menghasilkan molekul reaktif yang merusak sel.”

Neuron sebagai pemutus sirkuit

Tim juga menemukan bahwa neuron khusus berperilaku seperti pemutus sirkuit: mereka memantau kebocoran elektron dari mitokondria dan memicu tidur begitu ambang kritis tercapai. Dengan mengubah bagaimana sel -sel ini mengelola energinya – baik meningkatkan atau mengurangi aliran elektron – para ilmuwan dapat secara langsung mengontrol jumlah tidur dalam lalat buah.

Bahkan mengganti elektron dengan energi dari cahaya (menggunakan protein yang dipinjam dari mikroorganisme) memiliki efek yang sama: lebih banyak energi, lebih banyak bocor, lebih banyak tidur.

Profesor Miesenböck mengatakan: “Kami mulai memahami apa itu Sleep, dan mengapa kami merasa perlu untuk tidur sama sekali. Terlepas dari beberapa dekade penelitian, tidak ada yang mengidentifikasi pemicu fisik yang jelas. Temuan kami menunjukkan bahwa jawabannya mungkin terletak pada proses yang memicu tubuh kami. Saat ini-dalam hal-hal lain yang membuat sel-sel. Kebocoran menjadi terlalu besar, sel -sel ini bertindak seperti pemutus sirkuit, tersandung sistem menjadi tidur untuk mencegah kelebihan beban. ”

Temuan ini membantu menjelaskan hubungan terkenal antara metabolisme, tidur, dan umur. Hewan yang lebih kecil, yang mengonsumsi lebih banyak oksigen per gram berat badan, cenderung lebih banyak tidur dan hidup lebih pendek. Manusia dengan penyakit mitokondria sering mengalami kelelahan melemahkan bahkan tanpa tenaga, sekarang berpotensi dijelaskan oleh mekanisme yang sama.

“Penelitian ini menjawab salah satu misteri besar biologi,” kata Dr. Sarnataro. “Mengapa kita membutuhkan tidur? Jawabannya tampaknya ditulis ke dalam cara sel -sel kita mengubah oksigen menjadi energi.”

Referensi: “Asal Mitokondria Tekanan untuk Tidur” oleh Raffaele Sarnataro, Cecilia D. Velasco, Nicholas Monaco, Anissa Kempf dan Gero Miesenböck, 16 Juli 2025, Alam.
Doi: 10.1038/s41586-025-09261-y

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.

Para ilmuwan menciptakan metode berbasis sel induk untuk menghasilkan mitokondria berkualitas tinggi pada skala, memungkinkan perawatan yang efektif untuk osteoartritis dan penyakit lain yang terkait dengan disfungsi mitokondria. Para ilmuwan telah mengembangkan metode inovatif untuk memproduksi massal mitokondria manusia berkualitas tinggi, sebuah terobosan yang dapat merevolusi perawatan untuk penyakit degeneratif. Dengan mengoptimalkan kondisi kultur sel induk, para peneliti mencapai peningkatan 854 kali lipat (…)

RisalahPos.com Network

Mitokondria, sering dipandang sebagai pembangkit tenaga seluler, memainkan peran mengejutkan dalam regulasi kekebalan tubuh. Para peneliti menemukan bahwa kompleks mitokondria III menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS), yang membantu sel-sel kekebalan melepaskan IL-10, protein anti-inflamasi. Tanpa fungsi mitokondria yang tepat, respons imun menjadi tidak teratur, yang menyebabkan peradangan yang berkepanjangan dan lambat pemulihan dari infeksi. Peran mitokondria dalam respons imun (…)

RisalahPos.com Network

Related