Važnu ulogu u životu svake stanice imaju posebne strukture – mitohondriji. Struktura mitohondrija omogućuje organeli da rade u poluautonomnom načinu rada.
opće karakteristike
Mitohondriji su otkriveni 1850. Međutim, postalo je moguće razumjeti strukturu i funkcionalnu svrhu mitohondrija tek 1948.
Zbog svoje prilično velike veličine, organele su jasno vidljive u svjetlosnom mikroskopu. Maksimalna duljina je 10 mikrona, promjer ne prelazi 1 mikron.
Mitohondriji su prisutni u svim eukariotskim stanicama. To su organele s dvostrukom membranom, obično u obliku graha. Mitohondriji se također nalaze u sferičnom, nitastom i spiralnom obliku.
Broj mitohondrija može značajno varirati. Primjerice, u stanicama jetre ima ih oko tisuću, a u jajnim stanicama 300 tisuća. Biljne stanice sadrže manje mitohondrija od životinjskih stanica.
TOP 4 artiklakoji čitaju uz ovo
Riža. 1. Položaj mitohondrija u stanici.
Mitohondriji su plastični. Mijenjaju oblik i kreću se prema aktivnim središtima stanice. Tipično, mitohondrija ima više u onim stanicama i dijelovima citoplazme gdje je potreba za ATP-om veća.
Struktura
Svaki mitohondrij je odvojen od citoplazme s dvije membrane. Vanjska membrana je glatka. Građa unutarnje membrane je složenija. Formira brojne nabore - kriste, koje povećavaju funkcionalnu površinu. Između dviju membrana nalazi se prostor od 10-20 nm ispunjen enzimima. Unutar organele nalazi se matriks - tvar slična gelu.
Riža. 2. Unutarnja građa mitohondrija.
Tablica "Struktura i funkcije mitohondrija" detaljno opisuje komponente organela.
|
Spoj |
Opis |
Funkcije |
|
Vanjska membrana |
Sastoji se od lipida. Sadrži veliku količinu proteina porina, koji tvori hidrofilne tubule. Cijela vanjska membrana prožeta je porama kroz koje molekule tvari ulaze u mitohondrije. Također sadrži enzime uključene u sintezu lipida |
Štiti organele, pospješuje transport tvari |
|
Nalaze se okomito na os mitohondrija. Mogu izgledati poput ploča ili cijevi. Broj krista varira ovisno o vrsti stanice. U stanicama srca ih ima tri puta više nego u stanicama jetre. Sadrži tri vrste fosfolipida i proteina: Katalizirajući - sudjeluju u oksidativnim procesima; Enzimski - sudjeluju u stvaranju ATP-a; Transport - transport molekula iz matrice van i natrag |
Provodi drugu fazu disanja pomoću respiratornog lanca. Dolazi do oksidacije vodika, pri čemu nastaje 36 molekula ATP-a i vode |
|
|
Sastoji se od mješavine enzima, masnih kiselina, proteina, RNA, mitohondrijskih ribosoma. Ovdje se nalazi vlastiti DNK mitohondrija. |
Provodi prvu fazu disanja - Krebsov ciklus, uslijed čega nastaju 2 ATP molekule |
Glavna funkcija mitohondrija je stvaranje stanične energije u obliku molekula ATP-a zahvaljujući reakciji oksidativne fosforilacije - staničnog disanja.
Osim mitohondrija, biljne stanice sadrže dodatne poluautonomne organele – plastide.
Ovisno o funkcionalnoj namjeni, razlikuju se tri vrste plastida:
- kromoplasti - nakupljaju i pohranjuju pigmente (karotene) različitih nijansi koji daju boju biljnom cvijeću;
- leukoplasti - pohraniti hranjive tvari, poput škroba, u obliku zrna i granula;
- kloroplasti - najvažnije organele koje sadrže zeleni pigment (klorofil) koji biljkama daje boju i provode fotosintezu.
Riža. 3. Plastidi.
Što smo naučili?
Ispitali smo strukturne značajke mitohondrija - dvomembranskih organela koji provode stanično disanje. Vanjska membrana se sastoji od proteina i lipida i prenosi tvari. Unutarnja membrana tvori nabore - kriste, na kojima dolazi do oksidacije vodika. Kriste su okružene matriksom – supstancom nalik gelu u kojoj se odvijaju neke od reakcija staničnog disanja. Matrica sadrži mitohondrijsku DNA i RNA.
Test na temu
Ocjena izvješća
Prosječna ocjena: 4.4. Ukupno primljenih ocjena: 101.
Mitohondriji su organele koje opskrbljuju energijom metaboličke procese u stanici. Njihove veličine variraju od 0,5 do 5-7 mikrona, a broj u stanici kreće se od 50 do 1000 ili više. U hijaloplazmi mitohondriji su obično raspoređeni difuzno, ali u specijaliziranim stanicama koncentrirani su u onim područjima gdje postoji najveća potreba za energijom. Na primjer, u mišićnim stanicama i simplastima, veliki broj mitohondrija koncentriran je duž radnih elemenata - kontraktilnih fibrila. U stanicama čije funkcije uključuju posebno veliku potrošnju energije, mitohondriji tvore višestruke kontakte, ujedinjujući se u mrežu ili klastere (kardiomiociti i simplasti skeletnog mišićnog tkiva). U stanici mitohondriji obavljaju funkciju disanja. Stanično disanje je slijed reakcija kojima stanica koristi energiju veza organskih molekula za sintezu visokoenergetskih spojeva kao što je ATP. ATP molekule nastale unutar mitohondrija prenose se van, razmjenjujući se za ADP molekule koje se nalaze izvan mitohondrija. U živoj stanici mitohondriji se mogu kretati pomoću elemenata citoskeleta. Na ultramikroskopskoj razini mitohondrijska stijenka sastoji se od dvije membrane – vanjske i unutarnje. Vanjska membrana ima relativno glatku površinu, unutarnja formira nabore ili kriste usmjerene prema središtu. Između vanjske i unutarnje membrane pojavljuje se uzak (oko 15 nm) prostor, koji se naziva vanjska komora mitohondrija; unutarnja membrana definira unutarnju komoru. Sadržaj vanjske i unutarnje komore mitohondrija je različit, a kao i same membrane bitno se razlikuju ne samo po reljefu površine, već i po nizu biokemijskih i funkcionalnih karakteristika. Vanjska membrana je po kemijskom sastavu i svojstvima slična ostalim unutarstaničnim membranama i plazmalemi.
Karakterizira ga visoka propusnost zbog prisutnosti hidrofilnih proteinskih kanala. Ova membrana sadrži receptorske komplekse koji prepoznaju i vežu tvari koje ulaze u mitohondrije. Spektar enzima vanjske membrane nije bogat: to su enzimi za metabolizam masnih kiselina, fosfolipida, lipida itd. Glavna funkcija vanjske membrane mitohondrija je odvajanje organela od hijaloplazme i transport potrebnih supstrata. za stanično disanje. Unutarnja membrana mitohondrija u većini stanica tkiva raznih organa formira kriste u obliku ploča (lamelarne kriste), što značajno povećava površinu unutarnje membrane. U potonjem, 20-25% svih proteinskih molekula su enzimi respiratornog lanca i oksidativne fosforilacije. U endokrinim stanicama nadbubrežnih žlijezda i spolnih žlijezda mitohondriji sudjeluju u sintezi steroidnih hormona. U tim stanicama mitohondriji imaju kriste u obliku cjevčica (tubula), raspoređenih u određenom smjeru. Stoga se mitohondrijske kriste u stanicama tih organa koje proizvode steroide nazivaju cjevastima. Mitohondrijski matriks, ili sadržaj unutarnje komore, je struktura slična gelu koja sadrži oko 50% proteina. Osmiofilna tijela, opisana elektronskom mikroskopijom, rezerve su kalcija. Matrica sadrži enzime ciklusa limunske kiseline koji kataliziraju oksidaciju masnih kiselina, sintezu ribosoma i enzime uključene u sintezu RNA i DNA. Ukupan broj enzima prelazi 40. Osim enzima, mitohondrijska matrica sadrži mitohondrijsku DNA (mitDNA) i mitohondrijske ribosome. Molekula mitDNA ima oblik prstena. Mogućnosti intramitohondrijske sinteze proteina su ograničene - ovdje se sintetiziraju transportni proteini mitohondrijskih membrana i neki enzimski proteini uključeni u fosforilaciju ADP. Svi ostali mitohondrijski proteini kodirani su nuklearnom DNA, a njihova se sinteza odvija u hijaloplazmi, a potom se transportiraju u mitohondrije. Životni ciklus mitohondrija u stanici je kratak, pa ih je priroda obdarila dvojnim sustavom razmnožavanja - osim diobe majčinskih mitohondrija, pupanjem je moguć nastanak više organela kćeri.
Mitohondriji su organele veličine bakterije (oko 1 x 2 mikrona). Nalaze se u velikom broju u gotovo svim eukariotskim stanicama. Tipično, stanica sadrži oko 2000 mitohondrija, čiji ukupni volumen iznosi do 25% ukupnog volumena stanice. Mitohondrij je omeđen dvjema membranama – glatkom vanjskom i nabranom unutarnjom koja ima vrlo veliku površinu. Nabori unutarnje membrane prodiru duboko u matriks mitohondrija tvoreći poprečne pregrade - kriste. Prostor između vanjske i unutarnje membrane obično se naziva intermembranski prostor. Mitohondrij je jedini izvor energije stanica. Smješteni u citoplazmi svake stanice, mitohondriji se mogu usporediti s “baterijama” koje proizvode, pohranjuju i distribuiraju energiju potrebnu za stanicu.
Ljudske stanice sadrže prosječno 1500 mitohondrija. Posebno su brojni u stanicama s intenzivnim metabolizmom (na primjer, u mišićima ili jetri).
Mitohondriji su pokretni i kreću se u citoplazmi ovisno o potrebama stanice. Zbog prisutnosti vlastite DNK razmnožavaju se i samouništavaju bez obzira na diobu stanica.
Stanice ne mogu funkcionirati bez mitohondrija; život nije moguć bez njih.
Različite vrste stanica međusobno se razlikuju kako po broju i obliku mitohondrija tako i po broju krista. Mitohondriji u tkivima s aktivnim oksidativnim procesima, na primjer u srčanom mišiću, imaju posebno mnogo krista. Varijacije u obliku mitohondrija, koje ovise o njihovom funkcionalnom stanju, također se mogu uočiti u tkivima iste vrste. Mitohondriji su varijabilne i plastične organele.
Mitohondrijske membrane sadrže integralne membranske proteine. Vanjska membrana sadrži porine koji tvore pore i čine membranu propusnom za tvari molekulske mase do 10 kDa. Unutarnja membrana mitohondrija nepropusna je za većinu molekula; izuzeci su O2, CO2, H20. Unutarnju membranu mitohondrija karakterizira neobično visok sadržaj proteina (75%). To uključuje proteine prijenosnike), enzime, komponente dišnog lanca i ATP sintazu. Osim toga, sadrži neobičan fosfolipid, kardiolipin. Matrica je također obogaćena proteinima, posebno enzimima citratnog ciklusa, mitohondriji su “elektrana” stanice, budući da zbog oksidativne razgradnje hranjivih tvari sintetiziraju većinu ATP-a (ATP) potrebnog stanici. Mitohondrij se sastoji od vanjske membrane, koja je njegova ljuska, i unutarnje membrane, mjesta transformacije energije. Unutarnja membrana tvori brojne nabore koji potiču intenzivnu aktivnost pretvorbe energije.
Specifična DNK: Najznačajnija značajka mitohondrija je da imaju vlastitu DNK: mitohondrijska DNK. Bez obzira na jezgrinu DNA, svaki mitohondrij ima vlastiti genetski aparat, kao što mu ime govori, mitohondrijska DNA (mtDNA) nalazi se unutar mitohondrija, malih struktura smještenih u citoplazmi stanice, za razliku od jezgrene DNA koja je pakirana u kromosome unutar jezgre. . Mitohondriji su prisutni u većini eukariota i imaju jedno podrijetlo, vjeruje se, od jedne drevne bakterije, koju je u zoru evolucije jednom apsorbirala stanica i pretvorila u njen sastavni dio, kojemu su "povjerene" vrlo važne funkcije. Mitohondriji se često nazivaju “energetskim postajama” stanica iz razloga što proizvode adenozin trifosfornu kiselinu (ATP), čiju kemijsku energiju stanica može koristiti gotovo posvuda, baš kao što čovjek koristi energiju goriva ili električne energije za vlastitu svrhe. Na isti način, proizvodnja goriva i električne energije zahtijeva značajnu količinu ljudskog rada i koordinirani rad velikog broja stručnjaka; ogromna količina staničnih resursa, uključujući "gorivo" u obliku kisika i nekih organskih tvari, i naravno uključuje sudjelovanje stotina proteina u ovom procesu, od kojih svaki obavlja svoje specifične funkcije.
Nazvati ovaj proces jednostavno "složenim" vjerojatno neće biti dovoljno, jer je izravno ili neizravno povezan s većinom drugih metaboličkih procesa u stanici, zbog činjenice da je evolucija svakom "zupčaniku" ovog mehanizma dala mnoge dodatne funkcije. Osnovni princip je stvoriti uvjete kada unutar mitohondrijske membrane postane moguće dodati još jedan fosfat molekuli ADP, što je u normalnim uvjetima “energetski” nerealno. Nasuprot tome, kasnija uporaba ATP-a je sposobnost prekida ove veze, oslobađajući energiju koju stanica može koristiti za svoje brojne svrhe. Struktura mitohondrijske membrane je vrlo složena, uključuje veliki broj proteina različitih vrsta, koji su spojeni u komplekse ili, kako kažu, "molekularne strojeve" koji obavljaju strogo određene funkcije. Biokemijski procesi koji se odvijaju unutar mitohondrijske membrane (trikarboksilni ciklus, itd.) uzimaju glukozu kao ulaz i proizvode ugljični dioksid i NADH molekule kao izlazne produkte, koji su sposobni odcijepiti atom vodika, prenoseći ga na membranske proteine. U tom slučaju, proton se prenosi na vanjsku stranu membrane, a elektron na kraju preuzima molekula kisika iznutra. Kada razlika potencijala dosegne određenu vrijednost, protoni se kroz posebne proteinske komplekse počinju kretati u stanicu i spajajući se s molekulama kisika (koje su već primile elektron) tvore vodu, a energija gibajućih protona se koristi za nastanak od ATP-a. Dakle, ulaz u cijeli proces su ugljikohidrati (glukoza) i kisik, a izlaz ugljični dioksid, voda i zaliha “staničnog goriva” - ATP-a, koji se može transportirati u druge dijelove stanice.
Kao što je gore spomenuto, mitohondrij je sve ove funkcije naslijedio od svog pretka - aerobne bakterije. Budući da je bakterija samostalni jednostanični organizam, unutar nje se nalazi molekula DNA koja sadrži nizove koji određuju strukturu svih proteina pojedinog organizma, odnosno, posredno ili izravno, sve funkcije koje obavlja. Kada su se protomitohondrijska bakterija i prastara eukariotska stanica (također bakterija po podrijetlu) spojile, novi organizam dobio je dvije različite molekule DNK - nuklearnu i mitohondrijsku, koje su, očito, u početku kodirale dva potpuno neovisna životna ciklusa. Međutim, pokazalo se da je unutar nove pojedinačne stanice takvo obilje metaboličkih procesa nepotrebno, budući da su se uvelike umnožavali. Postupna međusobna prilagodba dvaju sustava dovela je do zamjene većine mitohondrijskih proteina s vlastitim proteinima eukariotske stanice, sposobnim za obavljanje sličnih funkcija. Kao rezultat toga, dijelovi koda mitohondrijske DNK koji su prethodno obavljali određene funkcije postali su nekodirani i izgubljeni su tijekom vremena, što je dovelo do smanjenja molekule. Zbog činjenice da neki oblici života, kao što su gljive, imaju vrlo duge (i potpuno funkcionalne!) lance mitohondrijske DNK, možemo prilično pouzdano prosuditi povijest pojednostavljenja ove molekule promatrajući kako, tijekom milijuna godine, određene ili različite grane Drveta života izgubile su svoje druge funkcije. Moderni hordati, uključujući sisavce, imaju mtDNA u rasponu od 15 000 do 20 000 nukleotida, čiji su preostali geni smješteni vrlo blizu jedan drugome. Samo nešto više od 10 proteina i samo dvije vrste strukturne RNK su kodirane u samom mitohondriju; sve ostalo što je potrebno za stanično disanje (više od 500 proteina) osigurava jezgra. Možda jedini podsustav koji je u cijelosti sačuvan je prijenosna RNA, čiji geni još uvijek leže u mitohondrijskoj DNA. Prijenosne RNA, od kojih svaka uključuje sekvencu od tri nukleotida, služe za sintezu proteina, pri čemu jedna strana “čita” troslovni kodon koji specificira budući protein, a druga dodaje strogo definiranu aminokiselinu; podudarnost između trinukleotidnih sekvenci i aminokiselina naziva se "translacijska tablica" ili "genetski kod". Mitohondrijske prijenosne RNA uključene su samo u sintezu mitohondrijskih proteina i jezgra ih ne može koristiti jer su se male razlike nakupile između nuklearnog i mitohondrijskog koda tijekom milijuna godina evolucije.
Spomenimo i to da je sama struktura mitohondrijske DNA značajno pojednostavljena budući da su izgubljene mnoge komponente procesa transkripcije (čitanja) DNA, čime je nestala potreba za posebnim strukturiranjem mitohondrijskog koda. Proteini polimeraze koji obavljaju transkripciju (čitanje) i replikaciju (udvostručenje) mitohondrijske DNA nisu kodirani u njoj samoj, već u jezgri.
Glavni i neposredni uzrok raznolikosti životnih oblika su mutacije koda DNA, odnosno zamjena jednog nukleotida drugim, umetanje nukleotida i njihovo brisanje. Kao i nuklearne mutacije DNA, mutacije mtDNA uglavnom nastaju tijekom umnažanja molekule – replikacije. Međutim, ciklusi diobe mitohondrija neovisni su o staničnoj diobi, pa se stoga mutacije u mtDNA mogu dogoditi neovisno o staničnoj diobi. Konkretno, mogu postojati neke manje razlike između mtDNA smještene u različitim mitohondrijima unutar iste stanice, kao i između mitohondrija u različitim stanicama i tkivima istog organizma. Taj se fenomen naziva heteroplazmija. Ne postoji točan analog heteroplazmije u nuklearnoj DNK: organizam se razvija iz jedne stanice koja sadrži jednu jezgru, gdje je cijeli genom predstavljen jednom kopijom. Kasnije, tijekom života jedinke, različita tkiva mogu akumulirati tzv. somatske mutacije, ali sve kopije genoma u konačnici potječu od jednog. Situacija s mitohondrijskim genomom nešto je drugačija: zrela jajna stanica sadrži stotine tisuća mitohondrija koji, dijeleći se, mogu brzo akumulirati male razlike, pri čemu cijeli niz varijanti nasljeđuje novi organizam nakon oplodnje. Dakle, ako su razlike između varijanti nuklearne DNA različitih tkiva uzrokovane samo somatskim (životnim) mutacijama, tada su razlike u mitohondrijskoj DNK uzrokovane i somatskim i germinalnim (germinalnim) mutacijama.
Druga je razlika u tome što je molekula mitohondrijske DNA kružna, dok je nuklearna DNA upakirana u kromosome, koji se (uz određeni stupanj konvencije) mogu smatrati linearnim nizovima nukleotida.
Konačno, posljednja značajka mitohondrijske DNA koju ćemo spomenuti u ovom uvodnom dijelu je njezina nesposobnost rekombinacije. Drugim riječima, izmjena homolognih (tj. sličnih) regija nemoguća je između različitih evolucijskih varijanti mitohondrijske DNA iste vrste, pa se stoga cijela molekula mijenja samo sporom mutacijom tijekom tisuća godina. Kod svih hordata mitohondriji se nasljeđuju samo od majke, pa evolucijsko stablo mitohondrijske DNK odgovara genealogiji u izravnoj ženskoj liniji. Međutim, ova značajka nije jedinstvena; u raznim evolucijskim obiteljima određeni nuklearni kromosomi također nisu podložni rekombinaciji (nemaju parove) i nasljeđuju se samo od jednog od roditelja. Tako. na primjer, kromosom Y kod sisavaca može se prenijeti samo s oca na sina. Mitohondrijska DNK nasljeđuje se samo po majčinoj liniji i prenosi je s koljena na koljeno isključivo od strane žena. Ovaj poseban oblik nasljeđivanja mitohondrijskog genoma omogućio je stvaranje obiteljskog stabla različitih ljudskih etničkih skupina, locirajući naše zajedničke pretke u. Etiopija prije otprilike 200 000 godina Posjedujući izvanredne sposobnosti prilagodbe, s povećanjem energetskih potreba, mitohondriji se također mogu razmnožavati neovisno o diobi stanica. Ovaj fenomen moguć je zahvaljujući mitohondrijskom DNK. Mitohondrijska DNK se ne nasljeđuje prema zakonima citoplazme. Tijekom oplodnje spermij koji prodre u jajnu stanicu gubi bič koji sadrži sve mitohondrije. U embrij se prenose samo mitohondriji koji se nalaze u majčinom jajetu. Dakle, stanice nasljeđuju svoj jedini izvor energije od mitohondrija: elektrana stanice elektrane, vjetroelektrane... Stanica ima samo jedno rješenje za izdvajanje, pretvaranje i skladištenje energije: mitohondrije. Samo mitohondrij može pretvoriti različite vrste energije u ATP, energiju koju koristi stanica.
Proces pretvorbe stanične energije Mitohondriji koriste 80% kisika koji udišemo za pretvaranje potencijalne energije u energiju koju stanica koristi. Tijekom procesa oksidacije oslobađa se velika količina energije koju mitohondriji pohranjuju u obliku molekula ATP-a.
40 kg se pretvara po danu. ATP Energija u stanici može imati mnoge oblike. Princip rada staničnog mehanizma je pretvorba potencijalne energije u energiju koju stanica može izravno iskoristiti putem prehrane u obliku ugljikohidrata, masti i bjelančevina naziva se ATP: Adenozin trifosfat. Sintetizira se kao rezultat transformacije ugljikohidrata, masti i bjelančevina u mitohondrijima. Tijekom dana u tijelu odraslog čovjeka se sintetizira i razgrađuje sljedeći metabolički procesi: pretvorba piruvata u acetil-CoA, katalizirana kompleksom piruvat dehidrogenaze: citratni ciklus; respiratorni lanac povezan sa sintezom ATP-a (kombinacija ovih procesa naziva se "oksidativna fosforilacija"); razgradnju masnih kiselina oksidacijom i djelomično ciklusom uree. Mitohondriji također opskrbljuju stanicu produktima intermedijarnog metabolizma i djeluju, uz ER, kao depo iona kalcija, koji uz pomoć ionskih pumpi održava koncentraciju Ca2+ u citoplazmi na konstantno niskoj razini (ispod 1 µmol). /l).
Glavna funkcija mitohondrija je hvatanje supstrata bogatih energijom (masnih kiselina, piruvata, ugljikovog skeleta aminokiselina) iz citoplazme i njihova oksidativna razgradnja uz stvaranje CO2 i H2O, zajedno sa sintezom ATP-a Citratni ciklus dovodi do potpune oksidacije spojeva koji sadrže ugljik (CO2) i stvaranja ekvivalenata redukcijskih spojeva, uglavnom u obliku reduciranih koenzima. Većina tih procesa događa se u matrici. Enzimi respiratornog lanca koji reoksidiraju reducirane koenzime lokalizirani su u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani. NADH i enzimom povezani FADH2 koriste se kao donori elektrona za redukciju kisika i stvaranje vode. Ova izrazito egzergonska reakcija je višestupanjska i uključuje prijenos protona (H+) kroz unutarnju membranu iz matriksa u intermembranski prostor. Kao rezultat, elektrokemijski gradijent se stvara na unutarnjoj membrani, elektrokemijski gradijent se koristi za sintezu ATP-a (ADP) i anorganskog fosfata (Pi) kataliziranog ATP sintazom. Elektrokemijski gradijent također je pokretačka snaga niza transportnih sustava
215).http://www.chem.msu.su/rus/teaching/kolman/212.htm
Prisutnost vlastite DNK u mitohondrijima otvara nove puteve u istraživanju problema starenja, koji bi mogao biti povezan sa stabilnošću mitohondrija. Osim toga, mutacija mitohondrijske DNA u poznatim degenerativnim bolestima (Alzheimer, Parkinson...) sugerira da bi oni mogli igrati posebnu ulogu u tim procesima, zbog stalne sekvencijalne diobe mitohondrija u cilju proizvodnje energije, njihov DNA se “troši”. . Zalihe mitohondrija u dobrom stanju su iscrpljene, smanjujući jedini izvor stanične energije. Mitohondrijska DNK je 10 puta osjetljivija na slobodne radikale od nuklearne DNK. Mutacije uzrokovane slobodnim radikalima dovode do disfunkcije mitohondrija. Ali u usporedbi sa stanicom, sustav samoizlječenja mitohondrijske DNK vrlo je slab. Kada je oštećenje mitohondrija značajno, oni se sami uništavaju. Taj se proces naziva "autofagija".
2000. godine dokazano je da mitohondriji ubrzavaju proces fotostarenja. Područja kože koja su redovito izložena sunčevoj svjetlosti imaju znatno veće stope mutacija DNK od područja koja su zaštićena Usporedba biopsija (uzimanje uzoraka kože za analizu) s područja kože izloženog ultraljubičastim zrakama i zaštićenog područja pokazuje da. mitohondrijske mutacije zbog UV-zračenja uzrokuju kronični oksidativni stres Stanice i mitohondriji su zauvijek povezani: energija koju daju mitohondriji neophodna je za aktivnost stanica. Održavanje aktivnosti mitohondrija bitno je za bolju aktivnost stanica i poboljšanje kvalitete kože, posebice kože lica koja je prečesto izložena UV zrakama.
Zaključak:
Oštećena mitohondrijska DNA unutar nekoliko mjeseci daje više od 30 sličnih mitohondrija, tj. s istom štetom.
Oslabljeni mitohondriji uzrokuju stanje energetskog gladovanja u “stanicama domaćinima”, što rezultira poremećajem staničnog metabolizma.
Obnavljanje funkcija metahondrija i ograničavanje procesa koji dovode do starenja moguće je primjenom koenzima Q10. Kao rezultat pokusa, utvrđeno je usporavanje procesa starenja i produljenje životnog vijeka kod nekih višestaničnih organizama kao rezultat uvođenja dodataka CoQ10.
Q10 (CoQ10) je “svjećica” ljudskog tijela: baš kao što automobil ne može krenuti bez startne iskre, ljudsko tijelo ne može bez CoQ10. To je najvažnija komponenta mitohondrija, koja proizvodi energiju potrebnu stanicama za diobu, kretanje, skupljanje i obavljanje svih drugih funkcija. CoQ10 također igra važnu ulogu u proizvodnji adenozin trifosfata (ATP), energije koja pokreće sve procese u tijelu. Štoviše, CoQ10 je vrlo važan antioksidans koji štiti stanice od oštećenja.
Iako naša tijela mogu proizvesti CoQ10, ne proizvode ga uvijek dovoljno. Budući da su mozak i srce među najaktivnijim tkivima u tijelu, nedostatak CoQ10 najviše negativno utječe na njih i može dovesti do ozbiljnih problema s tim organima. Nedostatak CoQ10 može biti uzrokovan različitim razlozima, uključujući, na primjer, lošu prehranu, genetske ili stečene nedostatke i povećanu potražnju tkiva. Kardiovaskularne bolesti, uključujući visoke razine kolesterola i visoki krvni tlak, također zahtijevaju povećane razine CoQ10 u tkivima. Osim toga, budući da razine CoQ10 opadaju s godinama, osobama starijim od 50 godina možda će ga trebati više. Mnoga su istraživanja pokazala da brojni lijekovi (prije svega lijekovi za snižavanje lipida kao što su statini) smanjuju razinu CoQ10.
S obzirom na ključnu ulogu CoQ10 u funkciji mitohondrija i zaštiti stanica, ovaj koenzim može biti koristan za niz zdravstvenih problema. CoQ10 može pomoći kod tako širokog spektra bolesti da nema sumnje u njegovu važnost kao hranjive tvari. CoQ10 nije samo opći antioksidans, već može pomoći i kod sljedećih bolesti:
Kardiovaskularne bolesti: visoki krvni tlak, kongestivno zatajenje srca, kardiomiopatija, zaštita tijekom operacije srca, visoki kolesterol liječen lijekovima, osobito statinima
Rak (za poboljšanje imunološke funkcije i/ili ublažavanje nuspojava kemoterapije)
Dijabetes
Muška neplodnost
Alzheimerova bolest (prevencija)
Parkinsonova bolest (prevencija i liječenje)
Parodontna bolest
Makularna degeneracija
Studije na životinjama i ljudima potvrdile su dobrobiti CoQ10 za sve gore navedene bolesti, posebice kardiovaskularne. Zapravo, studije su pokazale da 50 do 75 posto ljudi s raznim kardiovaskularnim bolestima pati od nedostatka CoQ10 u srčanom tkivu. Ispravljanje ovog nedostatka često može dovesti do dramatičnih rezultata kod pacijenata s nekom vrstom bolesti srca. Na primjer, pokazalo se da se nedostatak CoQ10 javlja kod 39 posto pacijenata s visokim krvnim tlakom. Samo ovo otkriće čini nužnim uzimanje dodataka CoQ10. Međutim, čini se da se dobrobiti CoQ10 protežu dalje od liječenja kardiovaskularnih bolesti.
Studija iz 2009. objavljena u časopisu Pharmacology & Therapeutics sugerira da su učinci CoQ10 na krvni tlak vidljivi tek 4 do 12 tjedana nakon tretmana, a tipično smanjenje sistoličkog i dijastoličkog krvnog tlaka u pacijenata s visokim krvnim tlakom prilično je skromno - unutar 10 posto.
Statini, kao što su Crestor, Lipitor i Zocor, djeluju tako da inhibiraju enzim koji je jetri potreban za stvaranje kolesterola. Nažalost, oni također blokiraju proizvodnju drugih tvari potrebnih za funkcioniranje tijela, uključujući CoQ10. Ovo može objasniti najčešće nuspojave ovih lijekova, osobito umor i bolove u mišićima. Jedna velika studija, ENDOTACT, objavljena u International Journal of Cardiology 2005. godine, pokazala je da terapija statinima značajno smanjuje razinu CoQ10 u plazmi, ali da se taj pad može spriječiti uzimanjem dodatka CoQ10 od 150 mg. Uz to, suplementacija CoQ10 značajno poboljšava funkciju sluznice krvnih žila, što je jedan od ključnih ciljeva u liječenju i prevenciji ateroskleroze.
U dvostruko slijepim studijama, suplementacija CoQ10 pokazala se vrlo korisnom za neke pacijente s Parkinsonovom bolešću. Svi pacijenti u ovim studijama imali su tri temeljna simptoma Parkinsonove bolesti - drhtanje, ukočenost i usporenost pokreta - i bolest im je dijagnosticirana u posljednjih pet godina.
Studija iz 2005. objavljena u Archives of Neurology također je pokazala usporavanje funkcionalnog pada kod pacijenata s Parkinsonovom bolešću koji su uzimali CoQ10. Nakon početnog pregleda i osnovnih krvnih pretraga, pacijenti su randomizirani u četiri skupine. Tri skupine primale su CoQ10 u različitim dozama (300 mg, 600 mg i 1200 mg dnevno) tijekom 16 mjeseci, dok je četvrta skupina dobivala placebo. Skupina koja je uzela dozu od 1200 mg pokazala je manji pad u mentalnoj i motoričkoj funkciji i sposobnosti da sami obavljaju dnevne aktivnosti poput hranjenja ili odijevanja. Najveći učinak zabilježen je u svakodnevnom životu. Skupine koje su primale 300 mg i 600 mg dnevno razvile su manje invaliditeta od onih u placebo skupini, ali rezultati za članove tih skupina bili su manje dramatični od onih koji su primili najveću dozu lijeka. Ovi rezultati pokazuju da se korisni učinci CoQ10 kod Parkinsonove bolesti mogu postići pri najvećim dozama lijeka. Nijedan od pacijenata nije iskusio nikakve značajne nuspojave.
Koenzim Q10 je vrlo siguran. Nikada nisu zabilježene ozbiljne nuspojave, čak ni uz dugotrajnu upotrebu. Budući da sigurnost nije dokazana tijekom trudnoće i dojenja, CoQ10 se ne bi trebao koristiti u tim razdobljima osim ako liječnik ne utvrdi da kliničke koristi nadmašuju rizike. Općenito preporučujem uzimanje 100 do 200 mg CoQ10 dnevno. Za najbolju apsorpciju, meke gelove treba uzimati s hranom. Pri višim razinama doziranja, bolje je uzimati lijek u podijeljenim dozama, a ne u jednoj dozi (200 mg tri puta dnevno bolje je nego 600 mg odjednom).
Karakteristično za veliku većinu stanica. Glavna funkcija je oksidacija organskih spojeva i proizvodnja ATP molekula iz oslobođene energije. Mali mitohondrij je glavna energetska stanica cijelog tijela.
Podrijetlo mitohondrija
Danas je među znanstvenicima vrlo popularno mišljenje da se mitohondriji nisu samostalno pojavili u stanici tijekom evolucije. Najvjerojatnije se to dogodilo zbog hvatanja primitivne stanice, koja u to vrijeme nije bila sposobna samostalno koristiti kisik, bakterije koja je to mogla učiniti i, prema tome, bila je izvrstan izvor energije. Takva se simbioza pokazala uspješnom i zavladala je u sljedećim generacijama. Ovu teoriju podupire prisutnost vlastite DNK u mitohondrijima.
Kako su mitohondriji strukturirani?
Mitohondriji imaju dvije membrane: vanjsku i unutarnju. Glavna funkcija vanjske membrane je odvajanje organele od stanične citoplazme. Sastoji se od bilipidnog sloja i proteina koji ga prodiru kroz koje se odvija transport molekula i iona potrebnih za rad. Dok je glatka, unutarnja stvara brojne nabore - kriste, koje joj značajno povećavaju površinu. Unutarnja membrana većinom se sastoji od proteina, uključujući enzime respiratornog lanca, transportne proteine i velike komplekse ATP sintetaze. Upravo na ovom mjestu dolazi do sinteze ATP-a. Između vanjske i unutarnje membrane nalazi se intermembranski prostor sa svojim inherentnim enzimima.
Unutarnji prostor mitohondrija naziva se matrica. Ovdje su smješteni enzimski sustavi za oksidaciju masnih kiselina i piruvata, enzimi Krebsovog ciklusa, kao i nasljedni materijal mitohondrija - DNA, RNA i aparat za sintezu proteina.
Za što su mitohondriji potrebni?
Glavna funkcija mitohondrija je sinteza univerzalnog oblika kemijske energije – ATP-a. Također sudjeluju u ciklusu trikarboksilnih kiselina, pretvarajući piruvat i masne kiseline u acetil-CoA i zatim ga oksidirajući. U ovoj organeli pohranjuje se i nasljeđuje mitohondrijska DNA koja kodira reprodukciju tRNA, rRNA i nekih proteina potrebnih za normalno funkcioniranje mitohondrija.
1 - vanjska membrana;
3 - matrica;
2 - unutarnja membrana;
4 - perimitohondrijski prostor.
Svojstva mitohondrija (proteini, struktura) kodirana su dijelom u mitohondrijskoj DNA, a dijelom u jezgri. Dakle, mitohondrijski genom kodira ribosomske proteine i djelomično prijenosni sustav lanca prijenosa elektrona, a nuklearni genom kodira informacije o enzimskim proteinima Krebsovog ciklusa. Usporedba veličine mitohondrijske DNA s brojem i veličinom mitohondrijskih proteina pokazuje da ona sadrži informacije za gotovo polovicu proteina. To nam omogućuje da smatramo da su mitohondrije, poput kloroplasta, poluautonomni, to jest da nisu potpuno ovisni o jezgri. Imaju vlastitu DNK i vlastiti sustav za sintezu proteina, a s njima i s plastidima povezano je takozvano citoplazmatsko nasljeđe. U većini slučajeva, to je majčino nasljeđe, budući da su početne čestice mitohondrija lokalizirane u jajetu. Dakle, mitohondriji uvijek nastaju iz mitohondrija. O tome kako promatrati mitohondrije i kloroplaste iz evolucijske perspektive naširoko se raspravljalo. Davne 1921. godine ruski botaničar B.M. Kozo-Polyansky je izrazio mišljenje da je stanica simbiotrofni sustav u kojem koegzistira nekoliko organizama. Trenutno je općenito prihvaćena endosimbiotička teorija o podrijetlu mitohondrija i kloroplasta. Prema ovoj teoriji mitohondriji su u prošlosti bili neovisni organizmi. Prema L. Margelisu (1983.), to bi mogle biti eubakterije koje sadrže niz dišnih enzima. U određenoj fazi evolucije prodrli su u primitivnu stanicu koja je sadržavala jezgru. Pokazalo se da se DNK mitohondrija i kloroplasta u svojoj strukturi oštro razlikuje od jezgre DNK viših biljaka i slična je bakterijskoj DNK (kružna struktura, slijed nukleotida). Sličnost se također nalazi u veličini ribosoma. Manji su od citoplazmatskih ribosoma. Sinteza proteina u mitohondrijima, kao i sinteza bakterija, potisnuta je antibiotikom kloramfenikolom, koji ne utječe na sintezu proteina na eukariotskim ribosomima. Osim toga, sustav prijenosa elektrona u bakterijama nalazi se u plazma membrani, što nalikuje organizaciji lanca prijenosa elektrona u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani.