الميتوبلاست

الميتوبلاست هو ميتوكوندريون تم تجريده من غشائه الخارجي مع بقاء الغشاء الداخلي والمادة الأساسية سليمة. ^{[ 1 ]}

لبدء العملية، يجب أولاً فصل الميتوكوندريا عن الخلايا المزروعة . عادةً ما تتم هذه العملية على مرحلتين: التجنيس لتحرير محتويات الخلية، والطرد المركزي التفاضلي لفصل الميتوكوندريا عن العضيات الأخرى . بمجرد عزل الميتوكوندريا، يمكن تكوين الميتوبلاستات. تُشكل الميتوبلاستات عادةً باستخدام جهاز يُسمى " المكبس الفرنسي" . عند مرور الميتوكوندريا عبر الصمام الضيق للمكبس الفرنسي، تتعرض لضغوط عالية للغاية تصل إلى حوالي 2000 رطل لكل بوصة مربعة، مما يؤدي إلى تمزق الغشاء الخارجي للميتوكوندريا. بعد ذلك، تُرسب الميتوبلاستات وتُحفظ في محلول تخزين خاص لحين استخدامها. عند الحاجة إلى الميتوبلاستات، تُوضع ببساطة في محلول حضانة كلوريد البوتاسيوم (KCl) الذي يتسبب في انتفاخ مصفوفة الميتوكوندريا. نتيجةً لهذا الانتفاخ، يبرز الغشاء الداخلي من الغشاء الخارجي ليشكل أحد شكلين مميزين. ^{[ ٢ ]} عادةً ما تُنتج الميتوبلاستات المُحضّرة بطريقة الضغط الفرنسي حويصلة ثنائية الفصوص، وتكون على شكل الرقم ٨. ^{[ ٣ ]} تُفضّل هذه الميتوبلاستات ذات الشكل ٨ لأنها تُعتبر الأكثر صحة. مع ذلك، يُمكن أن تتكوّن ميتوبلاستات على شكل حرف O، ولكن هذا النوع غير مُفضّل للاستخدام التجريبي لأنه غالبًا ما يكون مُتضررًا.

شهد الفهم العلمي للميتوكوندريا نموًا هائلًا منذ ثلاثينيات القرن العشرين بفضل تطوير المجهر الإلكتروني . وبحلول أوائل خمسينيات القرن العشرين، تمكن العلماء من إثبات أن للميتوكوندريا غشائين متميزين. ومع ذلك، ولأن أبحاث الميتوكوندريا كانت تركز في المقام الأول على سلسلة نقل الإلكترون والفسفرة التأكسدية ، لم تُطوَّر طرق فصل غشائي الميتوكوندريا عن بعضهما إلا بعد أكثر من عقد من الزمن.

خلال منتصف إلى أواخر ستينيات القرن العشرين، ادّعت عدة مختبرات مستقلة نجاحها في فصل الغشاء الخارجي للميتوكوندريا عن الغشاء الداخلي. في مارس 1967، نشر فريق من الباحثين من مختبر علم وظائف الأعضاء الغذائية في فرنسا مقالًا ناقشوا فيه دراساتهم حول الأنشطة الإنزيمية للغشاء الخارجي للميتوكوندريا. ولأن دراساتهم تطلّبت عزل الغشاء الخارجي، فقد وُصفت أيضًا طريقة تعتمد على التأثيرات المتتالية للديجيتونين والمعالجة بالموجات فوق الصوتية لفصل غشائي الميتوكوندريا. ولإتمام عملية العزل، نُقّي الجزء الخام من الغشاء الخارجي باستخدام الطرد المركزي التفاضلي. ^{[ 4 ]} بعد ذلك بعام تقريبًا، في يوليو 1968، نشر فريق بحثي من قسم الكيمياء الفيزيولوجية في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز مقالًا يصف طريقتهم لفصل أغشية الميتوكوندريا في أكباد الفئران، باستخدام الديجيتونين والطرد المركزي التفاضلي أيضًا. إضافةً إلى فصل الغشائين الخارجي والداخلي، تمكن الباحثون من فصل الغشاء الداخلي والمادة الخلالية بشكلٍ أكبر من خلال المعالجة بمنظف غير أيوني يُسمى لوبرول. سمحت هذه العملية بحساب المحتوى البروتيني النسبي داخل كل مكون من مكونات الميتوكوندريا. ^{[ 5 ]} استندت كلتا الدراستين إلى استخدام تراكيز منخفضة من الديجيتونين لفصل الغشاء الخارجي للميتوكوندريا، وذلك لغناه بالكوليسترول الذي يُسهّل ارتباطه بالديجيتونين. بعد مزيد من الدراسة، تمكن فريق البحث من جامعة جونز هوبكنز من تحسين طريقة تحضير الميتوبلاست لإنتاج ميتوكوندريا بدون غشاء خارجي، مع الحفاظ على سلامة الغشاء الداخلي والمادة الخلالية.

وصفت مجموعتان بحثيتان إضافيتان إجراءً آخر لتحضير الميتوبلاست، استغل الانكماش الانتقائي للغشاء الداخلي بعد تعريض ميتوكوندريا الكبد لدورة تورم وانقباض. خلال هذا الإجراء، يتمزق الغشاء الخارجي المتورم إما تلقائيًا أو بعد تعريضه لموجات فوق صوتية خفيفة. بعد تمزق الغشاء الخارجي، يمكن فصل مكونات الغشاء الداخلي عنه بواسطة الطرد المركزي التفاضلي. ^{[ 6 ]} يُعد هذا الإجراء فعالًا نظرًا للاختلافات الواضحة بين غشائي الميتوكوندريا الخارجي والداخلي، وتحديدًا تلك المتعلقة بالسلوك الأسموزي والنفاذية. وفقًا لأبحاث مستفيضة، يستطيع الغشاء الداخلي الاستجابة لتغيرات الضغط الأسموزي عن طريق الانفتاح وإعادة الانطواء. مع ذلك، لم يُظهر الغشاء الخارجي أي استجابات عكسية لتغيرات الضغط الأسموزي. لذلك، يُعد تمدد وتمزق الغشاء الخارجي عملية سلبية ناتجة عن انفتاح الغشاء الداخلي بسبب تغير الضغط الأسموزي.

على الرغم من أن طرق الفصل هذه أثبتت أنها فعالة إلى حد ما في ذلك الوقت، إلا أن طبيعتها الميكانيكية أصبحت قديمة مع ظهور تقنيات جديدة، مثل جهاز الضغط الفرنسي، لجعل عملية إنشاء الميتوبلاست أسرع وأسهل للباحثين.

أتاحت قدرة الباحثين على فصل غشائي الميتوكوندريا لتكوين الميتوبلاست إمكانيات جديدة عديدة لدراسات الميتوكوندريا. وكما ذُكر سابقًا، أصبح بإمكان الباحثين الآن حساب المحتوى البروتيني النسبي داخل كل مكون من مكونات الميتوكوندريا. إضافةً إلى ذلك، مكّنت الميتوبلاستات من تحديد التوزيع الداخلي للإنزيمات داخل الميتوكوندريا، وهو أمر كان مستحيلاً سابقًا نظرًا لأن الغشاء الداخلي كان محاطًا بالغشاء الخارجي. ولذلك، بعد فترة وجيزة من سهولة تكوين الميتوبلاستات، توفرت بيانات متنوعة حول جميع الإنزيمات التي كان يُشتبه في وجودها في الميتوكوندريا تقريبًا.

تُعدّ الميتوبلاستات مفيدةً أيضًا في التحليل الفيزيولوجي الكهربائي لوظيفة الميتوكوندريا، إذ يمكن للميتوكوندريا الاحتفاظ بوظيفتها الطبيعية حتى بعد إزالة غشائها الخارجي. وعلى وجه التحديد، برزت تقنية التثبيت الموضعي للغشاء كطريقةٍ جديدةٍ لدراسة وظائف الغشاء الداخلي. ^{[ 7 ]} تُسهّل هذه الطريقة قياس التيار بدقةٍ عاليةٍ عبر الغشاء، وهو أمرٌ مفيدٌ لدراسة سلسلة نقل الإلكترون وتسرب البروتونات (أي انفصال حركة البروتونات وفقًا لتدرجها الكهروكيميائي عن تخليق الأدينوسين ثلاثي الفوسفات عبر إنزيم سينثاز الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ).