健康教育网伊利诺伊州，香槟-伊利诺伊大学的研究人员配备了一个可以快速测量细胞内部温度的新型温度计探针，阐明了新陈代谢的一个神秘方面：发热。
研究人员发现，细胞的线粒体通过释放储存在内部质子“电池”中的能量来释放热量。他们说，对这一过程的更好理解可能会为治疗肥胖症和癌症指明新的靶标。
在机械科学与工程教授Sanjiv Sinha的带领下，他们在《自然》杂志《通讯生物学》上发表了他们的发现。
辛哈说：“产生热量是线粒体在新陈代谢活动中心的作用的一部分。”“它需要产生用于细胞活动的能量货币，并且在大多数情况下，热量是副产物之一。但是有一种机制可以使这个过程加速，以在人体需要时产生更多的热量。这就是脂肪细胞在人体温度下降时需要热量时会做什么。
为了更好地理解热量输出的这种上升，研究人员开发了一种微型的快速读取温度计探头，以在内部测量活细胞内部的温度。机械设计被证明具有挑战性：它必须足够长才能在显微镜下到达细胞，但直径必须足够小，以免损坏细胞或破坏其内部过程。
“考虑一下我们如何用探针在舌头下测量温度。我们基本上是在做同样的事情，只是在一个单元内。”“而且我们希望能够非常迅速地衡量正在发生的事情。事情很快就会在细胞内部发生。就像，如果您要测量幼儿的温度，则需要非常快地进行温度测量，否则它们会移动并且温度将不准确。
辛哈（Sinha）小组与伊利诺伊州分子与综合生理学名誉教授Rhanor Gillette实验室的研究人员合作，在富含线粒体的神经元菌株中测试了该探针。他们使用先前工作建立的方法诱使线粒体产生热量，但是它们被探针能够测量的非常快速的温度变化所震惊。
该研究的研究生，第一作者Manjunath Rajagopal说：“我们发现了一些与以前发表的结果完全不同的结果。”“我们看到了一个尖锐的温度尖峰，该尖峰非常大且寿命短-大约5摄氏度，不到一秒钟。测量的黄金标准一直是荧光，但要看到这种短暂的高热量爆发太慢了。仅通过一个简单的高速测量探针，我们就证明了我们可以找到其他方法所遗漏的东西。”
以前，研究人员认为线粒体的热量输出增加是由于葡萄糖分解增加所致，但是Sinha小组测量的热量峰值过高。
“它不可能通过代谢储存的葡萄糖来释放这种能量。辛哈说，这只是没有道理。“它来自哪里？必须有这种能量的来源。”
研究人员确定能量峰值与质子驱动的蜂窝电池的放电一致。他们通过在线粒体膜上打开蛋白质通道的特殊分子诱导相似的温度峰值来验证了这一点。
“在线粒体中，葡萄糖代谢反应的一部分将一部分能量存储为质子电池。它把所有的质子推到膜的一侧，从而产生了能量储存。”“我们基本上将存储的能量短路了。”
研究人员计划使用温度探针来研究其他细胞系中线粒体的短路过程，以期确定治疗靶点。例如，脂肪细胞具有天然存在的蛋白质，这些蛋白质打开质子门以释放储存的质子能量。辛哈（Sinha）小组希望与生物学家合作研究在需要热量时脂肪细胞中自然发生的过程-例如，当人体温度下降时-以及释放质子的蛋白质是否可以作为治疗目标对于肥胖。
拉贾戈帕尔说：“癌症将是另一种应用。”癌细胞具有多种重新编程的代谢途径，这些途径常常被驱使到极端。该探针为我们提供了研究与不同代谢途径相关的热活动的工具。
