Митохондрия – энегетический центр клетки

Более 90% энергии, требующейся нам для жизнедеятельности, генерируется митохондриями.  Они есть во всех клетках организма, за исключением зрелых эритроцитов.

Если в клетке серьезно повреждено значительное количество митохондрий, называемых еще «энергетическими станциями», она испытывает недостаток в энергии и в конце концов выходит из строя. А когда в том или ином органе увеличивается число таких поврежденных клеток, его деятельность приходит в упадок. О том, какую важную роль играют эти «энергетические станции» в жизнедеятельности клеток организма, мы побеседовали с Екатериной Всеволодовной Розовой, доктором биологических наук, ведущим научным сотрудником отдела по изучению гипоксических состояний в Институте физиологии им. А. А. Богомольца НАН Украины.

Немного истории

Впервые митохондрии были обнаружены в виде гранул в мышечных клетках в 1850 году. Эти органеллы – постоянные компоненты клетки, жизненно необходимые для ее существования, – назвали митохондриями (от греческого mitos – «нить» и chondron – «зерно», «крупинка»). Их окончательная идентификация была завершена в конце XIX века.

Новые исследования в этой области были предприняты 100 лет спустя – в 50-х годах ХХ века. В 1960 году ученые установили, что митохондрии – это, образно говоря, государство в государстве, ведь у них есть собственная ДНК (мтДНК), благодаря чему они размножаются и самоуничтожаются независимо от деления клетки. На расшифровку митохондриального генома человека ушло более 20 лет – информация о его полной последовательности была получена в 1981 году и опубликована в 1982-м.

В 1958-м и 1962 годах исследователи впервые описали две болезни, причиной которых стали дефекты митохондриальных функций, – синдром Кернса-Сейра (миопатия с типичным началом до 20-летнего возраста) и болезнь Люфта (нетироидальный гиперметаболизм). В 1988-м ученым удалось выявить причастность митохондрий к дегенеративным заболеваниям.

ДНК митохондрий

В митохондриях имеется небольшая кольцевая хромосома с несколькими функционирующими генами (остальные объединились с геномом клетки в ядре). ДНК митохондрий в человеческих клетках содержит всего 37 генов, а в ядерной ДНК их 20–25 тысяч. Такая генная независимость дает митохондриям возможность заниматься «саморемонтом».

«Митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии и передается из поколения в поколение исключительно женщинами, – рассказывает Екатерина Всеволодовна Розова. – При этом митохондриальные заболевания могут проявляться у представителей обоих полов, поскольку обусловлены объемом повреждений, которые митохондрии унаследовали либо получили при жизни. И если раньше считалось, что митохондриальные заболевания – это редкость, то в настоящее время установлено, что один из каждых 200 человек в мире страдает той или иной болезнью данного типа».

В среднем человеческая клетка содержит около 2000 митохондрий,
что составляет примерно 25% от ее общего объема.

Процесс образования энергии в митохондриях может быть разбит на 4 основные стадии: превращение поступивших из цитоплазмы в митохондрию пировиноградной кислоты (пирувата) и жирных кислот в ацетил-СоА; окисление ацетил-СоА в цикле Кребса; перенос электронов по дыхательной цепи с образованием Н2О; образование АТФ – поставщика энергии для синтеза белков, углеводов, жиров, а также для избавления от отходов, транспорта вещества и других задач.

В ходе этого процесса образуются побочные продукты – свободные радикалы, продуцирование которых в организме увеличивается с возрастом на протяжении всей жизни. Они повреждают клетки, вызывают мутации мтДНК, перенося их затем в ДНК ядра. Митохондриальная ДНК в 10 раз чувствительнее к действию свободных радикалов, чем ядерная. «Мутации, вызванные свободными радикалами, – отмечает Е. В. Розова, – могут запускать формирование дисфункции митохондрий. Кстати, многие заболевания – болезнь Альц­геймера, некоторые формы болезни Паркинсона и инсулиннезависимого сахарного диабета – связывают именно с окислительно-мутационным повреждением митохондрий. Когда повреждения митохондрий значительны, происходит их самоуничтожение».

Научные исследования последних лет показывают, что головной мозг, нервы, скелетные мышцы, печень, сердце, почки, слуховой аппарат, глаза и поджелудочная железа из-за высоких энергетических потребностей особенно страдают в результате повреждения митохондрий. Умеренные нарушения клеточной энергетики проявляются, к примеру, при синдроме хронической усталости, более выраженные приводят к кардиомиопатии, заболеваниям соединительной ткани, диабету, печеночной недостаточности и т. д.

«Так как митохондрии наиболее чувствительные к недостатку кислорода структуры клетки, – отмечает доктор биологических наук Е. В. Розова, – изучение их состояния в условиях гипоксии представляет большой интерес.

К примеру, при небольшом снижении количества кислорода в воздухе, которое мы ощущаем, поднимаясь в горы, дыхательная система перестраивается, приспосабливаясь к новым условиям: увеличивается объем дыхания, усиливается кровообращение, происходит наращивание количества эритроцитов и гемоглобина и увеличивается число митохондрий.

Именно так проявляются адаптационные возможности организма при повышенной потребности в кислороде. Но продолжительное или слишком сильное снижение концентрации кислорода приводит к нарушению энергетики клетки и резко изменяет скорость генерации митохондриями свободных радикалов. Пока довольно сложно оценить вклад митохондрий в развитие той или иной болезни, но, по моему мнению, в основе многих патологических состояний организма лежит именно митохондриальная дисфункция».

 

Подробнее
telegram

Мнение специалиста

Подпишитесь на еженедельную рассылку наших новостей

Читают также

Случайная статья

Ученые выяснили, почему некоторые так любят жирную пищу
Исследователи из Института исследования метаболизма Общества Макса Планка (Германия) обнаружили, что группа специализированных нервных клеток в мозге – а точнее, ноцицептинных нейронов в гип ...
[ читать далее ]
Загрузка...
Load next
Facebook Twitter Telegram