Дорогой читатель, представляем тебе нашего бьюти-колумниста Айлин Царькову!
Айлин – действующий врач-диетолог, гастроэнтеролог, терапевт, натуропат и ароматерапевт, health-коуч, врач интегративной медицины с холистическим подходом. И теперь она будет делиться с нами своими знаниями в сфере здоровья, как физического, так и ментального, питания и многого другого.
В этом материале Айлин расскажет, как устроены митохондрии, на что они способны и как мы можем помочь им работать долго и активно. Это поможет избежать массы недугов и раз и навсегда избавиться от ненавистной «хронической усталости».
Айлин Царькова
Каждый наш вдох, стук сердца, рост волос, движение тела, мыслей в голове, наша жизнь – все это невозможно без энергии… Но откуда она берется в нас и во всех живых существах на планете Земля?
Первоисточником энергии стало Солнце, а затем и геотермальное тепло самой Земли. Первые микроскопические формы жизни научились принимать ее и перерабатывать в органические углеродсодержащие молекулы (углеводы) путем фотосинтеза или в результате химических реакций неорганических соединений (бактерии хемосинтетики).
Что было потом?
Согласно теории симбиогенеза, около двух с половиной миллиардов лет назад произошло удивительное событие, переоценить которое невозможно: древние одноклеточные организмы, не умевшие использовать для своей жизнедеятельности кислород, впустили в себя уникальные бактерии, обладавшие этим ценнейшим навыком. Это событие привело к появлению гетеротрофов, которые стали расщеплять с помощью кислорода органические соединения, получаемые из других организмов (пищи), и превращать их в универсальную энергетическую «валюту» для всех живых существ – молекулу АТФ.
Со временем эти структуры перекочевали и в наши клетки, снабдив их собственными фабриками по производству энергии, и стали называться «митохондрии». Именно благодаря этим крошечным органеллам наш организм получает энергию для своей жизнедеятельности. А когда они работают плохо, мы чувствуем усталость, снижение жизненного тонуса, а со временем могут развиться серьезные болезни, особенно нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной и мышечной систем.
Что такое митохондрии?
Митохондрии занимают около четверти объема клетки, имеют вытянутую форму и размер примерно с бактерию – около 1 мкм в диаметре и длиной не более 10 мкм. Несмотря на то, что они стали частью клетки, митохондрии сохранили свою независимость: у них есть собственная ДНК, а размножаются они делением – как бактерии.
Митохондрии отделены от клетки двумя мембранами – главной структурой, где и происходит вся магия процесса образования энергии. Они весьма подвижны и своенравны, многое умеют, выполняют большое количество функций и часто действуют независимо от самой клетки. При этом они активно с ней общаются и могут ощутимо видоизменять процессы, происходящие в ней.
Как они устроены?
Первооткрывателем этих структур в 1897 году стал немецкий гистолог Рихард Альтман. Через три года его коллега Карл Бенд дал им название «митохондрии» (в переводе с греческого – «нить» и «зернышко»). Спустя 56 лет американский биолог Джордж Паладе смог впервые описать их внутреннюю структуру с помощью электронного микроскопа. Ученый увидел, что митохондрии имеют две мембраны. Внешняя пронизана каналами, через которые проходят ионы и небольшие молекулы (например пируват – продукт распада глюкозы – или жирные кислоты).
Внутренняя мембрана образует многочисленные складки – кристы, что увеличивает ее площадь в несколько раз. Это необходимо для размещения в ней большого количества особых белковых комплексов, участвующих в образовании АТФ (универсальный источник энергии для всех биохимических процессов), в том числе и главную ее производительницу – фермента АТФ-синтетазу.
В отличие от внешней, внутренняя мембрана плохо проницаема даже для ионов. Она может пропускать их только через специальные белковые структуры «дыхательной цепи» (в первую очередь через АТФ-синтетазу), активируя ее на производство молекул АТФ. Хотя общее количество АТФ в организме невелико (всего около 60 г), молекулы постоянно синтезируются и разрушаются, создавая ежедневный энергетический оборот, равный массе нашего тела.
Как работают митохондрии?
Процесс образования АТФ называется окислительным фосфорилированием и происходит в два этапа:
Первый этап. Во внутренней мембране митохондрий встроены особые белковые комплексы, которые отрывают электроны от молекул НАДН и ФАДН2 (образующихся при расщеплении жиров, белков и углеводов). Электроны и протоны перекачиваются в межмембранное пространство, создавая разницу концентраций и энергетический запас.
Второй этап. Эту энергию использует особая молекула – АТФ-синтетаза, встроенная во внутреннюю мембрану митохондрий. Как это происходит? Протоны, возвращаясь, заставляют, словно поток воды, вращаться жернова «водяной мельницы» – части АТФ-синтетазы и сердцевидной структуры этого процесса. В этот момент к АДФ (аденозиндифосфату) присоединяется остаток фосфорной кислоты (Н3PO4), рождая молекулы АТФ (аденозинтрифосфат) – носители универсальной энергии для всего живого.
Через внутреннюю мембрану электроны возвращают обратно специальный белок цитохром С, который при необходимости может запустить процесс апоптоза – запрограммированной гибели клетки с целью уничтожения старых, дефектных, поврежденных, мутировавших или инфицированных клеток. Благодаря апоптозу организм может самостоятельно лечиться и омолаживаться (если ему в этом не мешать).
АТФ, высвободив энергию, снова распадается на АДФ и фосфат и возвращается в митохондрию для повторного синтеза.
Источники энергии: глюкоза и жиры
В качестве «быстрого топлива», например при кратковременных интенсивных физических нагрузках, митохондрии используют глюкозу, которая сначала расщепляется до пирувата, а затем превращается в ацетил-КоА, который попадает в цикл Кребса, где подвергается дальнейшему окислению до образования восстановительных эквивалентов (НАДН). В результате этих процессов производится 36 молекул АТФ. Это более простой и быстрый способ образования энергии.
Больше всего энергии митохондрии получают, перерабатывая жирные кислоты. Но этот процесс для митохондрий более длительный и сложный, хотя и более производительный. Из одной молекулы пальмитиновой кислоты образуется примерно 129 молекул АТФ. Жиры – главное топливо для сердца, мозга и мышц при длительных умеренных нагрузках. Поэтому именно такие нагрузки запускают жиросжигание.
Если же углеводов слишком много, а движение ограниченно, избыток ацетил-КоА превращается в жиры и холестерин – и это уже путь к атеросклерозу.
Помощники митохондрий
Для процесса выработки энергии митохондрии нуждаются в специальном оборудовании, особых структурах – коферментах НАД и ФАД, которые переносят электроны. НАД образуется из аминокислот аспартата и триптофана (он также участвует в регенерации ДНК), а ФАД синтезируется из рибофлавина (витамина В2).
Эти коферменты переносят электроны и протоны в реакциях гликолиза и в цикле Кребса, направляя их в электронно-транспортную цепь, где образуется АТФ. В конце пути протоны проходят через АТФ-синтетазу, где образуются молекулы АТФ, а электроны соединяются с кислородом, образуя воду и приводя систему в исходное состояние, чтобы она смогла вновь запустить процесс производства АТФ для выработки следующей порции энергии.
Как на любой другой фабрике, во время процесса производства внутриклеточной энергии образуются неоднозначные побочные продукты — активные формы кислорода, способные повредить митохондриальную ДНК и другим структурам клетки. Их нейтрализуют антиоксиданты. В идеале количество «вредителей» и «защитников» должно находиться в балансе. Тогда активные формы кислорода способны приносить только пользу: контролировать жизнь и смерть клеток или защищать их от бактерий.
Но если равновесие нарушено, начинается окислительный стресс, приводящий к повреждению клеток, преждевременному старению и болезням. Подробнее об этом читайте здесь.
Какую роль играют митохондрии в жизни организма?
Производство энергии.
Главная задача митохондрий – создание АТФ, а значит, энергии для всего живого. Для ее производства используется глюкоза или жирные кислоты, а также до 80% всего поглощаемого при вдохе кислорода. Вот почему так важно больше гулять на свежем воздухе и выполнять особые дыхательные практики.
Регуляция ферментов.
АТФ может активировать или подавлять работу ферментов, влияя на множество биохимических процессов.
Термогенез.
Митохондрии помогают нам согреваться, вырабатывая тепло.
Синтез веществ.
Митохондрии участвуют в образовании белков, мембран, стероидных гормонов (прогестерон, тестостерон, кортизол и др.), создавая для них молекулы-предшественники, а также в распаде холестерина.
Регуляция уровня кальция.
Митохондрии удерживают его уровень в норме, защищая клетки от разрушения при хроническом стрессе.
Иммунная защита.
Митохондрии снабжают иммунные клетки активными формами кислорода, сигнализируют о патогенах, запускают специальные клетки защиты – макрофаги и Т-клетки, а также взаимодействуют с нашим микробиомом, активируя его на борьбу с болезнетворными агентами.
Процесс «апоптоза».
Митохондрии запускают удаление старых и дефектных клеток, очищая и омолаживая ткани. При необходимости они активизируют этот процесс путем повышения проницаемости собственных мембран, что ведет к набуханию этих органелл и разрыву наружной оболочки с выходом в клетку белка цитохрома С. Именно он активирует особые ферменты (каспазы), запускающие и осуществляющие процесс самоуничтожения клетки.
Таким образом, эти удивительные структуры не только снабжают все наши клетки энергией, но и выполняют массу других важных функций в организме, без которых просто невозможна его нормальная жизнь. Благодаря этим крохотным органеллам мы можем не просто существовать, а жить полной жизнью, расти, иметь детей, двигаться, танцевать, любоваться природой, чувствовать, общаться, испытывать радость и вдохновение, творить и созидать…
И они достойны того, чтобы мы о них позаботились. Как? Об этом, мои дорогие читатели, я обязательно расскажу вам в своей следующей статье.