Специалните структури - митохондриите - играят важна роля в живота на всяка клетка. Структурата на митохондриите позволява на органела да работи в полуавтономен режим.
основни характеристики
Митохондриите са открити през 1850 г. Въпреки това стана възможно да се разбере структурата и функционалната цел на митохондриите едва през 1948 г.
Поради доста големия си размер, органелите са ясно видими в светлинен микроскоп. Максималната дължина е 10 микрона, диаметърът не надвишава 1 микрон.
Митохондриите присъстват във всички еукариотни клетки. Това са органели с двойна мембрана, обикновено с форма на боб. Митохондриите също се срещат в сферична, нишковидна и спирална форма.
Броят на митохондриите може да варира значително. Например, има около хиляда от тях в чернодробните клетки и 300 хиляди в овоцитите. Растителните клетки съдържат по-малко митохондрии от животинските клетки.
ТОП 4 статиикоито четат заедно с това
Ориз. 1. Разположението на митохондриите в клетката.
Митохондриите са пластични. Те променят формата си и се придвижват към активните центрове на клетката. Обикновено има повече митохондрии в тези клетки и части от цитоплазмата, където нуждата от АТФ е по-висока.
Структура
Всяка митохондрия е отделена от цитоплазмата с две мембрани. Външната мембрана е гладка. Структурата на вътрешната мембрана е по-сложна. Образува множество гънки - кристи, които увеличават функционалната повърхност. Между двете мембрани има пространство от 10-20 nm, изпълнено с ензими. Вътре в органела има матрица - гелообразно вещество.
Ориз. 2. Вътрешна структура на митохондриите.
Таблицата „Структура и функции на митохондриите“ описва подробно компонентите на органела.
|
Съединение |
Описание |
Функции |
|
Външна мембрана |
Състои се от липиди. Съдържа голямо количество поринов протеин, който образува хидрофилни тубули. Цялата външна мембрана е проникната от пори, през които молекулите на веществата навлизат в митохондриите. Също така съдържа ензими, участващи в липидния синтез |
Защитава органела, насърчава транспорта на вещества |
|
Те са разположени перпендикулярно на митохондриалната ос. Те могат да изглеждат като плочи или тръби. Броят на кристите варира в зависимост от типа клетка. В клетките на сърцето ги има три пъти повече, отколкото в клетките на черния дроб. Съдържа фосфолипиди и протеини от три вида: Катализиращи - участват в окислителните процеси; Ензимни - участват в образуването на АТФ; Транспорт - транспортира молекули от матрицата навън и обратно |
Извършва втория етап на дишане с помощта на дихателната верига. Настъпва водородно окисление, при което се получават 36 молекули АТФ и вода |
|
|
Състои се от смес от ензими, мастни киселини, протеини, РНК, митохондриални рибозоми. Това е мястото, където се намира собствената ДНК на митохондриите. |
Осъществява първия етап на дишането - цикъла на Кребс, в резултат на който се образуват 2 молекули АТФ |
Основната функция на митохондриите е генерирането на клетъчна енергия под формата на АТФ молекули поради реакцията на окислително фосфорилиране - клетъчно дишане.
В допълнение към митохондриите растителните клетки съдържат допълнителни полуавтономни органели - пластиди.
В зависимост от функционалното предназначение се разграничават три вида пластиди:
- хромопласти - натрупват и съхраняват пигменти (каротини) с различни нюанси, които придават цвят на цветята на растенията;
- левкопласти - съхранявайте хранителни вещества, като нишесте, под формата на зърна и гранули;
- хлоропласти - най-важните органели, които съдържат зеления пигмент (хлорофил), който дава цвета на растенията и извършва фотосинтеза.
Ориз. 3. Пластиди.
Какво научихме?
Разгледахме структурните особености на митохондриите - двумембранни органели, които осъществяват клетъчното дишане. Външната мембрана се състои от протеини и липиди и транспортира вещества. Вътрешната мембрана образува гънки - кристи, върху които протича водородното окисление. Кристите са заобиколени от матрица - гелообразно вещество, в което протичат някои от реакциите на клетъчното дишане. Матрицата съдържа митохондриална ДНК и РНК.
Тест по темата
Оценка на доклада
Среден рейтинг: 4.4. Общо получени оценки: 101.
Митохондриите са органелите, които доставят енергия на метаболитните процеси в клетката. Техните размери варират от 0,5 до 5-7 микрона, броят им в клетка варира от 50 до 1000 или повече. В хиалоплазмата митохондриите обикновено са разпределени дифузно, но в специализираните клетки те са концентрирани в онези области, където има най-голяма нужда от енергия. Например в мускулните клетки и симпласти голям брой митохондрии са концентрирани по протежение на работните елементи - контрактилни фибрили. В клетките, чиито функции включват особено висока консумация на енергия, митохондриите образуват множество контакти, обединявайки се в мрежа или клъстери (кардиомиоцити и симпласти на скелетната мускулна тъкан). В клетката митохондриите изпълняват функцията на дишане. Клетъчното дишане е последователност от реакции, чрез които клетката използва енергията на връзките на органичните молекули, за да синтезира високоенергийни съединения като АТФ. Молекулите на АТФ, образувани вътре в митохондрията, се прехвърлят навън, обменяйки се с молекули на АДФ, разположени извън митохондрията. В жива клетка митохондриите могат да се движат с помощта на цитоскелетни елементи. На ултрамикроскопско ниво стената на митохондриите се състои от две мембрани – външна и вътрешна. Външната мембрана има сравнително гладка повърхност, вътрешната образува гънки или кристи, насочени към центъра. Между външната и вътрешната мембрана се появява тясно (около 15 nm) пространство, което се нарича външна камера на митохондриите; вътрешната мембрана определя вътрешната камера. Съдържанието на външните и вътрешните камери на митохондриите е различно и подобно на самите мембрани, те се различават значително не само по релефа на повърхността, но и по редица биохимични и функционални характеристики. Външната мембрана е сходна по химичен състав и свойства с другите вътреклетъчни мембрани и плазмалемата.
Характеризира се с висока пропускливост поради наличието на хидрофилни протеинови канали. Тази мембрана съдържа рецепторни комплекси, които разпознават и свързват вещества, влизащи в митохондриите. Ензимният спектър на външната мембрана не е богат: това са ензими за метаболизма на мастни киселини, фосфолипиди, липиди и др. Основната функция на външната мембрана на митохондриите е да отделя органела от хиалоплазмата и да транспортира необходимите субстрати за клетъчното дишане. Вътрешната мембрана на митохондриите в повечето тъканни клетки на различни органи образува плочести кристи (ламеларни кристи), което значително увеличава повърхността на вътрешната мембрана. В последния 20-25% от всички протеинови молекули са ензими на дихателната верига и окислителното фосфорилиране. В ендокринните клетки на надбъбречните жлези и половите жлези митохондриите участват в синтеза на стероидни хормони. В тези клетки митохондриите имат кристи под формата на тръби (тубули), подредено разположени в определена посока. Следователно митохондриалните кристи в клетките, произвеждащи стероиди на тези органи, се наричат тубуларни. Митохондриалната матрица или съдържанието на вътрешната камера е гелообразна структура, съдържаща около 50% протеини. Осмиофилните тела, описани чрез електронна микроскопия, са резерви на калций. Матрицата съдържа ензими от цикъла на лимонената киселина, които катализират окисляването на мастни киселини, синтеза на рибозоми и ензими, участващи в синтеза на РНК и ДНК. Общият брой на ензимите надхвърля 40. В допълнение към ензимите митохондриалната матрица съдържа митохондриална ДНК (mitDNA) и митохондриални рибозоми. Молекулата mitDNA има пръстеновидна форма. Възможностите за интрамитохондриален протеинов синтез са ограничени - тук се синтезират транспортни протеини на митохондриални мембрани и някои ензимни протеини, участващи в ADP фосфорилирането. Всички други митохондриални протеини са кодирани от ядрена ДНК и техният синтез се извършва в хиалоплазмата и впоследствие се транспортират в митохондриите. Жизненият цикъл на митохондриите в клетката е кратък, така че природата ги е надарила с двойна система за възпроизвеждане - в допълнение към разделянето на майчините митохондрии е възможно образуването на няколко дъщерни органели чрез пъпкуване.
Митохондриите са органели с размер на бактерии (около 1 х 2 микрона). Те се намират в големи количества в почти всички еукариотни клетки. Обикновено една клетка съдържа около 2000 митохондрии, чийто общ обем е до 25% от общия обем на клетката. Митохондрията е ограничена от две мембрани - гладка външна и нагъната вътрешна, която има много голяма повърхност. Гънките на вътрешната мембрана проникват дълбоко в митохондриалния матрикс, образувайки напречни септи - кристи. Пространството между външната и вътрешната мембрана обикновено се нарича междумембранно пространство Митохондриите са единственият източник на енергия за клетките. Разположени в цитоплазмата на всяка клетка, митохондриите са сравними с „батерии“, които произвеждат, съхраняват и разпределят необходимата за клетката енергия.
Човешките клетки съдържат средно 1500 митохондрии.Те са особено много в клетки с интензивен метаболизъм (например в мускулите или черния дроб).
Митохондриите са подвижни и се движат в цитоплазмата в зависимост от нуждите на клетката. Поради наличието на собствена ДНК те се размножават и самоунищожават независимо от клетъчното делене.
Клетките не могат да функционират без митохондриите, без тях животът е невъзможен.
Различните видове клетки се различават помежду си както по броя и формата на митохондриите, така и по броя на кристалите. Митохондриите в тъканите с активни окислителни процеси, например в сърдечния мускул, имат особено много кристи. Вариации във формата на митохондриите, които зависят от тяхното функционално състояние, могат да се наблюдават и в тъкани от същия тип. Митохондриите са променливи и пластични органели.
Митохондриалните мембрани съдържат интегрални мембранни протеини. Външната мембрана съдържа порини, които образуват пори и правят мембраната пропусклива за вещества с молекулно тегло до 10 kDa. Вътрешната мембрана на митохондриите е непропусклива за повечето молекули; изключения са O2, CO2, H20. Вътрешната мембрана на митохондриите се характеризира с необичайно високо съдържание на протеин (75%). Те включват протеини транспортни носители), ензими, компоненти на дихателната верига и АТФ синтаза. В допълнение, той съдържа необичаен фосфолипид, кардиолипин. Матрицата също е обогатена с протеини, особено ензими от цитратния цикъл.Митохондриите са "електростанцията" на клетката, тъй като поради окислителното разграждане на хранителните вещества те синтезират по-голямата част от АТФ (АТФ), необходим на клетката. Митохондрията се състои от външна мембрана, която е нейната обвивка, и вътрешна мембрана, мястото на енергийните трансформации. Вътрешната мембрана образува многобройни гънки, които подпомагат интензивната активност на преобразуване на енергия.
Специфична ДНК: Най-забележителната характеристика на митохондриите е, че те имат собствена ДНК: митохондриална ДНК. Независимо от ядрената ДНК, всяка митохондрия има свой собствен генетичен апарат. Както подсказва името й, митохондриалната ДНК (mtDNA) се намира вътре в митохондриите, малки структури, разположени в цитоплазмата на клетката, за разлика от ядрената ДНК, която е пакетирана в хромозоми вътре в ядрото . Митохондриите присъстват в повечето еукариоти и имат един единствен произход, смята се, от една древна бактерия, която в зората на еволюцията някога е била абсорбирана от клетката и превърната в нейна съставна част, на която са „поверени“ много важни функции. Митохондриите често се наричат „енергийни станции“ на клетките поради това, че произвеждат аденозинтрифосфорна киселина (АТФ), чиято химическа енергия клетката може да използва почти навсякъде, точно както човек използва енергията на горивото или електричеството за собствена цели. И по същия начин производството на гориво и електричество изисква значително количество човешки труд и координираната работа на голям брой специалисти; производството на АТФ вътре в митохондриите (или „клетъчното дишане“, както се нарича) използва огромно количество клетъчни ресурси, включително "гориво" под формата на кислород и някои органични вещества, и разбира се включва участието на стотици протеини в този процес, всеки от които изпълнява свои специфични функции.
Да наречем този процес просто „сложен“ вероятно няма да е достатъчно, тъй като той е пряко или косвено свързан с повечето други метаболитни процеси в клетката, поради факта, че еволюцията е надарила всяко „зъбче“ от този механизъм с много допълнителни функции. Основният принцип е да се създадат условия, когато вътре в митохондриалната мембрана стане възможно добавянето на друг фосфат към молекулата на ADP, което е „енергийно” нереалистично при нормални условия. Обратно, последващото използване на АТФ е способността да се прекъсне тази връзка, освобождавайки енергия, която клетката може да използва за своите многобройни цели. Структурата на митохондриалната мембрана е много сложна, включва голям брой протеини от различни видове, които са комбинирани в комплекси или, както се казва, „молекулярни машини“, които изпълняват строго определени функции. Биохимичните процеси, протичащи вътре в митохондриалната мембрана (трикарбоксилен цикъл и т.н.), приемат глюкоза като вход и произвеждат въглероден диоксид и NADH молекули като изходни продукти, които са способни да отделят водороден атом, прехвърляйки го към мембранни протеини. В този случай протонът се прехвърля от външната страна на мембраната и електронът в крайна сметка се поема от кислородна молекула отвътре. Когато потенциалната разлика достигне определена стойност, протоните започват да се движат в клетката чрез специални протеинови комплекси и комбинирайки се с кислородни молекули (които вече са получили електрон), те образуват вода, а енергията на движещите се протони се използва при образуването на АТФ. По този начин входът на целия процес е въглехидрати (глюкоза) и кислород, а изходът е въглероден диоксид, вода и запас от „клетъчно гориво“ - АТФ, който може да бъде транспортиран до други части на клетката.
Както бе споменато по-горе, митохондриите са наследили всички тези функции от своя прародител - аеробна бактерия. Тъй като бактерията е независим едноклетъчен организъм, вътре в нея има ДНК молекула, която съдържа последователности, които определят структурата на всички протеини на даден организъм, тоест пряко или косвено всички функции, които изпълнява. Когато протомитохондриална бактерия и древна еукариотна клетка (също бактерия по произход) се сляха, новият организъм получи две различни ДНК молекули - ядрена и митохондриална, които, очевидно, първоначално кодираха два напълно независими жизнени цикъла. Но вътре в една нова клетка такова изобилие от метаболитни процеси се оказа ненужно, тъй като те до голяма степен се дублираха. Постепенното взаимно адаптиране на двете системи доведе до замяната на повечето митохондриални протеини със собствени протеини на еукариотната клетка, способни да изпълняват подобни функции. В резултат на това участъци от кода на митохондриалната ДНК, които преди това са изпълнявали определени функции, са станали некодиращи и са били загубени с течение на времето, което води до намаляване на молекулата. Поради факта, че някои форми на живот, като например гъбите, имат много дълги (и напълно функциониращи!) вериги от митохондриална ДНК, можем да преценим историята на опростяването на тази молекула доста надеждно, като наблюдаваме как в течение на милиони години определени или различни клонове на Дървото на живота са били загубени.другите му функции. Съвременните хордови животни, включително бозайници, имат мтДНК с дължина от 15 000 до 20 000 нуклеотида, останалите гени от които са разположени много близо един до друг. Само малко повече от 10 протеина и само два вида структурна РНК са кодирани в самата митохондрия; всичко останало, което е необходимо за клетъчното дишане (повече от 500 протеина), се осигурява от ядрото. Може би единствената подсистема, която е запазена изцяло, е трансферната РНК, чиито гени все още се намират в митохондриалната ДНК. Трансферните РНК, всяка от които включва тринуклеотидна последователност, служат за синтеза на протеини, като от едната страна се "чете" трибуквеният кодон, определящ бъдещия протеин, а от другата се добавя строго определена аминокиселина; съответствието между тринуклеотидните последователности и аминокиселините се нарича „транслационна таблица“ или „генетичен код“. Митохондриалните трансферни РНК участват само в синтеза на митохондриални протеини и не могат да бъдат използвани от ядрото, тъй като са натрупани малки разлики между ядрения и митохондриалния код в продължение на милиони години на еволюция.
Нека споменем също, че структурата на самата митохондриална ДНК е значително опростена, тъй като много компоненти от процеса на транскрипция (четене) на ДНК са загубени, в резултат на което е изчезнала необходимостта от специално структуриране на митохондриалния код. Полимеразните протеини, които извършват транскрипция (четене) и репликация (удвояване) на митохондриална ДНК, са кодирани не в самата нея, а в ядрото.
Основната и непосредствена причина за разнообразието от форми на живот са мутациите на ДНК кода, тоест замяната на един нуклеотид с друг, вмъкването на нуклеотиди и тяхното изтриване. Подобно на ядрените ДНК мутации, мутациите на mtDNA възникват главно по време на размножаването на молекулата - репликация. Въпреки това, циклите на митохондриално делене са независими от клетъчното делене и следователно мутациите в mtDNA могат да възникнат независимо от клетъчното делене. По-специално, може да има някои незначителни разлики между mtDNA, разположена в различни митохондрии в една и съща клетка, както и между митохондриите в различни клетки и тъкани на един и същи организъм. Това явление се нарича хетероплазмия. Няма точен аналог на хетероплазмията в ядрената ДНК: организмът се развива от една клетка, съдържаща едно ядро, където целият геном е представен от едно копие. По-късно, по време на живота на индивида, различни тъкани могат да натрупат т.нар. соматични мутации, но всички копия на генома в крайна сметка произлизат от едно. Ситуацията с митохондриалния геном е малко по-различна: една зряла яйцеклетка съдържа стотици хиляди митохондрии, които, докато се делят, могат бързо да натрупат малки разлики, като целият набор от варианти се наследява от нов организъм след оплождането. По този начин, ако несъответствията между вариантите на ядрена ДНК на различни тъкани са причинени само от соматични (пожизнени) мутации, тогава разликите в митохондриалната ДНК са причинени както от соматични, така и от зародишни (зародишна линия) мутации.
Друга разлика е, че митохондриалната ДНК молекула е кръгла, докато ядрената ДНК е опакована в хромозоми, които могат (с известна степен на условност) да се разглеждат като линейни последователности от нуклеотиди.
И накрая, последната характеристика на митохондриалната ДНК, която ще споменем в този уводен раздел, е нейната неспособност да се рекомбинира. С други думи, обменът на хомоложни (т.е. подобни) региони е невъзможен между различни еволюционни варианти на митохондриална ДНК от един и същи вид и следователно цялата молекула се променя само чрез бавна мутация в продължение на хиляди години. При всички хордови митохондриите се наследяват само от майката, така че еволюционното дърво на митохондриалната ДНК съответства на генеалогията по права женска линия. Тази характеристика обаче не е уникална; в различни еволюционни семейства някои ядрени хромозоми също не са обект на рекомбинация (нямат двойки) и се наследяват само от един от родителите. Така. например Y хромозомата при бозайниците може да се предава само от баща на син. Митохондриалната ДНК се унаследява само по майчина линия и се предава от поколение на поколение изключително от жени.Тази специална форма на унаследяване на митохондриалния геном направи възможно създаването на родословно дърво на различни човешки етнически групи, локализирайки нашите общи предци в Етиопия преди около 200 000 г. Притежавайки изключителни способности за адаптиране, с нарастващи енергийни нужди, митохондриите също са в състояние да се размножават независимо от клетъчното делене. Това явление е възможно благодарение на митохондриалната ДНК. Митохондриалната ДНК се предава изключително от жени. Митохондриалната ДНК не се унаследява според законите на Мендел, а според законите на цитоплазменото наследство. По време на оплождането спермата, която прониква в яйцеклетката, губи флагела си, който съдържа всички митохондрии. Само митохондриите, съдържащи се в яйцеклетката на майката, се прехвърлят в ембриона. Така клетките наследяват единствения си източник на енергия от митохондриите на майката. Митохондриите: електростанцията на клетката. Уникален източник на енергия. В ежедневието има различни начини за извличане на енергия и използването й за битови нужди: слънчеви панели, ядрени електроцентрали, вятърни електроцентрали... Клетката има само едно решение за извличане, преобразуване и съхранение на енергия: митохондриите. Само митохондрията може да преобразува различни видове енергия в АТФ, енергията, използвана от клетката.
Процес на преобразуване на клетъчна енергия Митохондриите използват 80% от кислорода, който дишаме, за да преобразуват потенциалната енергия в енергия, използваема от клетката. По време на процеса на окисление се отделя голямо количество енергия, която се складира от митохондриите под формата на АТФ молекули.
40 кг се преобразуват на ден. ATP Енергията в клетката може да приеме много форми. Принципът на действие на клетъчния механизъм е преобразуването на потенциалната енергия в енергия, която може директно да се използва от клетката.Потенциалните видове енергия навлизат в клетката чрез хранене под формата на въглехидрати, мазнини и протеини.Клетъчната енергия се състои от молекула наречен АТФ: аденозин трифосфат. Синтезира се в резултат на трансформация на въглехидрати, мазнини и протеини в митохондриите.През деня в тялото на възрастен човек се синтезира и разгражда АТФ, еквивалент на 40 kg.В митохондриите се локализират следните метаболитни процеси: превръщане на пируват в ацетил-КоА, катализирано от пируват дехидрогеназния комплекс: цитратен цикъл; дихателната верига, свързана със синтеза на АТФ (комбинацията от тези процеси се нарича "окислително фосфорилиране"); разграждането на мастни киселини чрез окисление и отчасти цикъла на урея. Митохондриите също доставят на клетката продукти от междинния метаболизъм и действат заедно с ER като депо на калциеви йони, което с помощта на йонни помпи поддържа концентрацията на Ca2+ в цитоплазмата на постоянно ниско ниво (под 1 µmol/l) .
Основната функция на митохондриите е улавянето на богати на енергия субстрати (мастни киселини, пируват, въглероден скелет на аминокиселини) от цитоплазмата и тяхното окислително разграждане с образуването на CO2 и H2O, съчетано със синтеза на АТФ. Цитратният цикъл води до пълното окисление на въглеродсъдържащите съединения (CO2) и образуването на еквиваленти на редуциращи съединения, главно под формата на редуцирани коензими. Повечето от тези процеси се случват в матрицата. Ензимите на дихателната верига, които реоксидират редуцирани коензими, са локализирани във вътрешната митохондриална мембрана. NADH и свързаният с ензима FADH2 се използват като донори на електрони за намаляване на кислорода и образуване на вода. Тази силно екзергонична реакция е многоетапна и включва прехвърлянето на протони (H+) през вътрешната мембрана от матрицата в междумембранното пространство. В резултат на това върху вътрешната мембрана се създава електрохимичен градиент.В митохондриите електрохимичният градиент се използва за синтезиране на АТФ от АДФ (ADP) и неорганичен фосфат (Pi), катализиран от АТФ синтаза. Електрохимичният градиент също е движещата сила зад редица транспортни системи
215).http://www.chem.msu.su/rus/teaching/kolman/212.htm
Наличието на собствена ДНК в митохондриите открива нови пътища в изследването на проблема със стареенето, което може да е свързано със стабилността на митохондриите. В допълнение, мутацията на митохондриалната ДНК при известни дегенеративни заболявания (Алцхаймер, Паркинсон...) предполага, че те могат да играят специална роля в тези процеси.Поради постоянното последователно делене на митохондриите, насочено към производство на енергия, тяхната ДНК се "износва" . Запасът от митохондрии в добра форма е изчерпан, намалявайки единствения източник на клетъчна енергия Митохондриалната ДНК е 10 пъти по-чувствителна към свободните радикали от ядрената ДНК. Мутациите, причинени от свободните радикали, водят до митохондриална дисфункция. Но в сравнение с клетката, системата за самовъзстановяване на митохондриалната ДНК е много слаба. Когато увреждането на митохондриите е значително, те се самоунищожават. Този процес се нарича "автофагия".
През 2000 г. е доказано, че митохондриите ускоряват процеса на фотостареене. Участъците от кожата, които са редовно изложени на слънчева светлина, имат значително по-висок процент на ДНК мутации, отколкото областите, които са защитени.Сравнението на биопсии (вземане на кожни проби за анализ) на участък от кожата, изложен на ултравиолетови лъчи, и защитена зона показва, че митохондриалните мутации, дължащи се на излагане на UV радиация, причиняват хроничен оксидативен стрес Клетките и митохондриите са свързани завинаги: енергията, доставяна от митохондриите, е необходима за клетъчната активност. Поддържането на митохондриалната активност е от съществено значение за по-добра клетъчна активност и подобрено качество на кожата, особено кожата на лицето, която твърде често е изложена на UV лъчи.
Заключение:
Повредената митохондриална ДНК в рамките на няколко месеца поражда повече от 30 подобни митохондрии, т.е. със същите щети.
Отслабените митохондрии причиняват състояние на енергиен глад в „клетките гостоприемници“, което води до нарушаване на клетъчния метаболизъм.
Възстановяването на функциите на метахондриите и ограничаването на процесите, водещи до стареене, е възможно с използването на коензим Q10. В резултат на експериментите е установено забавяне на процеса на стареене и увеличаване на продължителността на живота при някои многоклетъчни организми в резултат на въвеждането на добавки с CoQ10.
Q10 (CoQ10) е „запалителната свещ“ на човешкото тяло: точно както една кола не може да работи без запалителна искра, човешкото тяло не може без CoQ10. Това е най-важният компонент на митохондриите, произвеждащ енергията, необходима на клетките, за да се делят, движат, свиват и изпълняват всички други функции. CoQ10 също играе важна роля в производството на аденозин трифосфат (АТФ), енергията, която захранва всички процеси в тялото. Освен това CoQ10 е много важен антиоксидант, който предпазва клетките от увреждане.
Въпреки че телата ни могат да произвеждат CoQ10, те не винаги произвеждат достатъчно от него. Тъй като мозъкът и сърцето са сред най-активните тъкани в тялото, дефицитът на CoQ10 се отразява най-негативно на тях и може да доведе до сериозни проблеми с тези органи. Дефицитът на CoQ10 може да бъде причинен от различни причини, включително лошо хранене, генетични или придобити дефекти и повишено търсене на тъкани, например. Сърдечно-съдовите заболявания, включително високи нива на холестерол и високо кръвно налягане, също изискват повишени тъканни нива на CoQ10. Освен това, тъй като нивата на CoQ10 намаляват с възрастта, хората над 50 може да се нуждаят от повече от него. Много проучвания показват, че редица лекарства (предимно лекарства за понижаване на липидите като статини) намаляват нивата на CoQ10.
Като се има предвид ключовата роля на CoQ10 в митохондриалната функция и защитата на клетките, този коензим може да бъде полезен при редица здравословни проблеми. CoQ10 може да бъде от полза при толкова широк спектър от заболявания, че няма съмнение относно важността му като хранително вещество. CoQ10 е не само общ антиоксидант, но може да помогне и при следните заболявания:
Сърдечно-съдови заболявания: високо кръвно налягане, застойна сърдечна недостатъчност, кардиомиопатия, защита по време на сърдечна операция, висок холестерол, лекуван с лекарства, особено статини
Рак (за подобряване на имунната функция и/или компенсиране на страничните ефекти от химиотерапията)
Диабет
Мъжко безплодие
Болест на Алцхаймер (профилактика)
Болест на Паркинсон (профилактика и лечение)
Пародонтоза
Макулна дегенерация
Изследвания върху животни и хора потвърждават ползите от CoQ10 за всички горепосочени заболявания, особено сърдечно-съдови. Всъщност проучванията показват, че 50 до 75 процента от хората с различни сърдечно-съдови заболявания страдат от дефицит на CoQ10 в сърдечната си тъкан. Коригирането на този дефицит често може да доведе до драматични резултати при пациенти с някакъв вид сърдечно заболяване. Например, доказано е, че дефицитът на CoQ10 се среща при 39 процента от пациентите с високо кръвно налягане. Само това откритие налага приемането на добавки с CoQ10. Изглежда обаче, че ползите от CoQ10 се простират отвъд обръщането на сърдечно-съдовите заболявания.
Проучване от 2009 г., публикувано в списание Pharmacology & Therapeutics, предполага, че ефектите на CoQ10 върху кръвното налягане са забележими само 4 до 12 седмици след лечението, а типичното намаляване на систолното и диастоличното кръвно налягане при пациенти с високо кръвно налягане е доста скромно - в рамките на 10 процента.
Статиновите лекарства, като Crestor, Lipitor и Zocor, действат чрез инхибиране на ензим, от който черният дроб се нуждае, за да произвежда холестерол. За съжаление, те блокират и производството на други вещества, необходими за функционирането на тялото, включително CoQ10. Това може да обясни най-честите странични ефекти на тези лекарства, особено умора и мускулни болки. Едно голямо проучване, ENDOTACT, публикувано в International Journal of Cardiology през 2005 г., демонстрира, че терапията със статини значително намалява плазмените нива на CoQ10, но че този спад може да бъде предотвратен чрез приемане на добавка от 150 mg CoQ10. В допълнение, добавянето на CoQ10 значително подобрява функцията на лигавицата на кръвоносните съдове, което е една от ключовите цели при лечението и превенцията на атеросклерозата.
В двойно-слепи проучвания добавките с CoQ10 са показали, че са доста полезни за някои пациенти с болестта на Паркинсон. Всички пациенти в тези проучвания са имали трите основни симптома на болестта на Паркинсон - треперене, скованост и забавени движения - и са били диагностицирани с болестта през последните пет години.
Проучване от 2005 г., публикувано в Archives of Neurology, също показва забавяне на функционалния спад при пациенти с болест на Паркинсон, които са приемали CoQ10. След първоначален скрининг и изходни кръвни тестове, пациентите бяха рандомизирани в четири групи. Три групи са получавали CoQ10 в различни дози (300 mg, 600 mg и 1200 mg на ден) в продължение на 16 месеца, докато четвъртата група е получавала плацебо. Групата, която приема дозата от 1200 mg, показва по-малък спад в умствената и двигателната функция и способността да извършва ежедневни дейности като хранене или обличане. Най-голям ефект е отбелязан в ежедневието. Групите, които са получавали 300 mg и 600 mg на ден, развиват по-малко увреждания от тези в плацебо групата, но резултатите за членовете на тези групи са по-малко драматични от тези, които получават най-високата доза от лекарството. Тези резултати показват, че полезните ефекти на CoQ10 при болестта на Паркинсон могат да бъдат постигнати при най-високите дози от лекарството. Нито един от пациентите не е имал значителни странични ефекти.
Коензим Q10 е много безопасен. Никога не са докладвани сериозни странични ефекти, дори при продължителна употреба. Тъй като безопасността не е доказана по време на бременност и кърмене, CoQ10 не трябва да се използва през тези периоди, освен ако лекарят прецени, че клиничните ползи превишават рисковете. Обикновено препоръчвам приема на 100 до 200 mg CoQ10 на ден. За най-добра абсорбция меките гелове трябва да се приемат с храна. При по-високи нива на дозиране е по-добре лекарството да се приема на разделени дози, а не на една доза (200 mg три пъти на ден е по-добре от 600 mg наведнъж).
Характерно за по-голямата част от клетките. Основната функция е окисляването на органичните съединения и производството на АТФ молекули от освободената енергия. Малката митохондрия е основната енергийна станция на цялото тяло.
Произход на митохондриите
Днес сред учените има много популярно мнение, че митохондриите не са се появили в клетката самостоятелно по време на еволюцията. Най-вероятно това се е случило поради улавянето от примитивна клетка, която по това време не е била в състояние самостоятелно да използва кислород, на бактерия, която може да направи това и съответно е отличен източник на енергия. Такава симбиоза се оказа успешна и се наложи в следващите поколения. Тази теория се подкрепя от наличието на собствена ДНК в митохондриите.
Как са устроени митохондриите?
Митохондриите имат две мембрани: външна и вътрешна. Основната функция на външната мембрана е да отделя органела от клетъчната цитоплазма. Състои се от билипиден слой и протеини, които проникват в него, през които се осъществява транспортирането на молекули и йони, необходими за работа. Докато е гладък, вътрешният образува множество гънки - кристи, които значително увеличават площта му. Вътрешната мембрана е съставена до голяма степен от протеини, включително ензими на дихателната верига, транспортни протеини и големи ATP синтетазни комплекси. Именно на това място се извършва синтеза на АТФ. Между външната и вътрешната мембрана има интермембранно пространство с присъщите му ензими.
Вътрешното пространство на митохондриите се нарича матрица. Тук са разположени ензимните системи за окисление на мастни киселини и пируват, ензими от цикъла на Кребс, както и наследственият материал на митохондриите - ДНК, РНК и белтъчния синтезиращ апарат.
За какво са необходими митохондриите?
Основната функция на митохондриите е синтезът на универсална форма на химическа енергия - АТФ. Те също участват в цикъла на трикарбоксилната киселина, превръщайки пирувата и мастните киселини в ацетил-КоА и след това го окислявайки. В тази органела се съхранява и наследява митохондриална ДНК, кодираща възпроизвеждането на tRNA, rRNA и някои протеини, необходими за нормалното функциониране на митохондриите.
1 - външна мембрана;
3 - матрица;
2 - вътрешна мембрана;
4 - перимитохондриално пространство.
Свойствата на митохондриите (протеини, структура) са кодирани отчасти в митохондриалната ДНК и отчасти в ядрото. По този начин митохондриалният геном кодира рибозомни протеини и отчасти системата за носител на електрон-транспортна верига, а ядреният геном кодира информация за ензимните протеини от цикъла на Кребс. Сравнението на размера на митохондриалната ДНК с броя и размера на митохондриалните протеини показва, че тя съдържа информация за почти половината от протеините. Това ни позволява да считаме митохондриите, подобно на хлоропластите, за полуавтономни, тоест не напълно зависими от ядрото. Те имат собствена ДНК и собствена система за синтез на протеини и именно с тях и с пластидите е свързано така нареченото цитоплазмено наследство. В повечето случаи това е майчино наследство, тъй като първоначалните частици на митохондриите са локализирани в яйцето. Така митохондриите винаги се образуват от митохондриите. Широко се обсъжда как да се разглеждат митохондриите и хлоропластите от еволюционна гледна точка. Още през 1921 г. руският ботаник B.M. Козо-Полянски изрази мнението, че клетката е симбиотрофна система, в която съжителстват няколко организма. Понастоящем ендосимбиотичната теория за произхода на митохондриите и хлоропластите е общоприета. Според тази теория в миналото митохондриите са били независими организми. Според L. Margelis (1983) това могат да бъдат еубактерии, съдържащи редица респираторни ензими. На определен етап от еволюцията те проникват в примитивна клетка, съдържаща ядро. Оказа се, че ДНК на митохондриите и хлоропластите по своята структура се различава рязко от ядрената ДНК на висшите растения и е подобна на бактериалната ДНК (кръгова структура, нуклеотидна последователност). Сходството се открива и в размера на рибозомите. Те са по-малки от цитоплазмените рибозоми. Протеиновият синтез в митохондриите, подобно на бактериалния синтез, се потиска от антибиотика хлорамфеникол, който не засяга протеиновия синтез на еукариотните рибозоми. В допълнение, системата за транспортиране на електрони в бактериите е разположена в плазмената мембрана, която наподобява организацията на веригата за транспортиране на електрони във вътрешната митохондриална мембрана.