Эгоистичная митохондрия. Как сохранить здоровье и отодвинуть старость

Любая форма жизни, неспособная генерировать собственную энергию, обречена на гибель. Без энергии жизнь существовать не может. Дыхание снабжает кровь кислородом, который затем поступает практически в каждую из триллионов клеток нашего организма. Клетка направляет этот кислород в митохондрии, которые в ходе процесса клеточного (аэробного) дыхания используют его для превращения глюкозы, жирных кислот и (иногда) аминокислот в энергию. В это трудно поверить, но, постепенно эволюционируя, мы, жители Земли, стали наиболее могущественными генераторами энергии во всей Вселенной. В своей книге «Энергия, секс и самоубийство: митохондрии и смысл жизни»[3] Ник Лэйн приводит следующие данные: человеческие существа каждую секунду производят в 10 тыс. раз больше энергии (на грамм), нежели Солнце.

Здесь мы вновь сделаем небольшое художественное отступление и обратимся к фильму «Матрица». В этом фильме машины удовлетворяют свои потребности в движущей силе, собирая урожай с фабрик человеческой энергии. С точки зрения Лэйна, это вполне возможно. Кстати, он указывает на тот факт, что некоторые бактерии, включая азотобактеров[4], превосходят Солнце в 50 млн раз. Отсюда следует вопрос: почему никто не взял азотобактеров и не создал источник чистой органической энергии? Наверняка эта идея, стоящая триллионы долларов, пришла в голову не только мне!

Основа структуры митохондрий

На большинстве иллюстраций митохондрия изображена в виде палочки, хотя она может принимать разнообразные формы. В действительности митохондрии очень гибкие и могут делиться, подобно клеткам, или объединяться, формируя сложные структуры.

Данные исследований говорят о том, что они постоянно находятся в движении, перемещаясь туда, где в них есть нужда. Передвижение митохондрий происходит вдоль микротрубочек, пронизывающих матрикс клетки (речь идет о цитоскелете, который придает клетке форму), при помощи моторных белков.

Метаболически активные клетки сердца, мышц и головного мозга обладают тысячами митохондрий. Яйцеклетка же (ооцит) содержит целую сотню тысяч митохондрий (!), тогда как в сперматозоидах их число обычно не превышает сотню. Красные же кровяные тельца и клетки кожи практически лишены этих генераторов энергии. На долю митохондрий приходится до 10 % массы человеческого тела. В целом их там порядка десяти миллионов миллиардов. Поговорка «сила в цифрах» представляется здесь вполне уместной.

Так как митохондрии в свое время были бактериями, их облик и размеры до сих пор напоминают вид и размеры бактерий. Однако, в отличие от бактерий, они отделены от остальной части внутреннего пространства клетки внешней мембраной (аналогом клеточной оболочки). Внутренняя же их мембрана напоминает мембрану бактерий, но образует многочисленные гребневидные складки – кристы (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Митохондрия с двумя мембранами – внутренней и внешней. Складки внутренней мембраны увеличивают общую площадь ее поверхности

Кристы придают внутренней мембране характерную измятую форму, что значительно увеличивает поверхность для протекания биохимических реакций и, соответственно, производства энергии. При этом энергия генерируется за счет движения электронов по дыхательной цепи переноса электронов (электрон-транспортной цепи). Электрон-транспортная цепь (ЭТЦ) и ферменты, отвечающие за производство энергии, локализованы на мембране (на ее внутренней стороне) и в самой митохондрии.

Внутреннее пространство митохондрии (матрикс) содержит ферменты цикла трикарбоновой кислоты (ЦТК), по-другому называемого циклом Кребса. Прохождение одного полного цикла трикарбоновой кислоты приводит к образованию трех молекул НАДН и одной молекулы ФАДН₂, которые снабжают топливом ЭТЦ. Две ферментные системы расположены в непосредственной близости друг к другу, и поэтому все процессы протекают без задержки.

Основы клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования

Каждый ребенок знает: чтобы жить – нужно дышать и есть. Однако возникает вопрос: почему это так? Почему (или как) обеспечение организма кислородом и питательными веществами наполняет нас живительной энергией? Клеточное дыхание – это самая важная из выполняемых митохондриями функций. Ферменты цикла Кребса и ЭТЦ используют молекулы, которые становятся доступными в ходе расщепления пищи, стыкуя их с кислородом (О₂), что приводит к высвобождению энергии. Важно отметить, что митохондрии – единственное место в клетке, где молекулы питательных веществ могут быть окислены для производства нужной для жизни энергии.

Несмотря на то что такое объяснение может удовлетворить большинство, мы должны подробней разобрать этот вопрос, потому что он напрямую выводит нас на тему здоровья и болезней, а ведь ради нее вы и пробираетесь сквозь дебри научного материала.