Structurile speciale – mitocondriile – joacă un rol important în viața fiecărei celule. Structura mitocondriilor permite organelelor să funcționeze într-un mod semi-autonom.
caracteristici generale
Mitocondriile au fost descoperite în 1850. Cu toate acestea, a devenit posibil să se înțeleagă structura și scopul funcțional al mitocondriilor abia în 1948.
Datorită dimensiunilor lor destul de mari, organelele sunt clar vizibile la microscop cu lumină. Lungimea maximă este de 10 microni, diametrul nu depășește 1 micron.
Mitocondriile sunt prezente în toate celulele eucariote. Acestea sunt organite cu membrană dublă, de obicei în formă de fasole. Mitocondriile se găsesc și în forme sferice, filamentoase și spiralate.
Numărul de mitocondrii poate varia semnificativ. De exemplu, există aproximativ o mie de ele în celulele hepatice și 300 de mii în ovocite. Celulele vegetale conțin mai puține mitocondrii decât celulele animale.
TOP 4 articolecare citesc împreună cu asta
Orez. 1. Localizarea mitocondriilor în celulă.
Mitocondriile sunt din plastic. Ele își schimbă forma și se deplasează în centrele active ale celulei. De obicei, există mai multe mitocondrii în acele celule și părți ale citoplasmei în care nevoia de ATP este mai mare.
Structura
Fiecare mitocondrie este separată de citoplasmă prin două membrane. Membrana exterioară este netedă. Structura membranei interioare este mai complexă. Formează numeroase pliuri - crestae, care măresc suprafața funcțională. Între cele două membrane există un spațiu de 10-20 nm umplut cu enzime. În interiorul organelor există o matrice - o substanță asemănătoare gelului.
Orez. 2. Structura internă a mitocondriilor.
Tabelul „Structura și funcțiile mitocondriilor” descrie în detaliu componentele organelului.
|
Compus |
Descriere |
Funcții |
|
Membrana exterioara |
Constă din lipide. Conține o cantitate mare de proteină porină, care formează tubuli hidrofili. Întreaga membrană exterioară este pătrunsă cu pori prin care moleculele de substanțe pătrund în mitocondrii. Contine si enzime implicate in sinteza lipidelor |
Protejează organele, favorizează transportul substanțelor |
|
Sunt situate perpendicular pe axa mitocondrială. Ele pot arăta ca niște plăci sau tuburi. Numărul de crestae variază în funcție de tipul de celulă. Există de trei ori mai multe dintre ele în celulele inimii decât în celulele hepatice. Conține fosfolipide și proteine de trei tipuri: Catalizare - participa la procesele oxidative; Enzimatic - participă la formarea ATP; Transport - transportul moleculelor din matrice afară și înapoi |
Realizează a doua etapă a respirației folosind lanțul respirator. Are loc oxidarea hidrogenului, producând 36 de molecule de ATP și apă |
|
|
Constă dintr-un amestec de enzime, acizi grași, proteine, ARN, ribozomi mitocondriali. Aici se află propriul ADN al mitocondriilor. |
Efectuează prima etapă a respirației - ciclul Krebs, în urma căruia se formează 2 molecule de ATP |
Funcția principală a mitocondriilor este generarea de energie celulară sub formă de molecule de ATP datorită reacției de fosforilare oxidativă - respirație celulară.
Pe lângă mitocondrii, celulele vegetale conțin organele semi-autonome suplimentare - plastide.
În funcție de scopul funcțional, se disting trei tipuri de plastide:
- cromoplaste - acumuleaza si depoziteaza pigmenti (caroteni) de diferite nuante care dau culoare florilor plantelor;
- leucoplaste - depoziteaza substantele nutritive, precum amidonul, sub forma de boabe si granule;
- cloroplaste - cele mai importante organele care conțin pigmentul verde (clorofila), care dă culoarea plantelor, și realizează fotosinteza.
Orez. 3. Plastide.
Ce am învățat?
Am examinat caracteristicile structurale ale mitocondriilor - organele cu membrană dublă care efectuează respirația celulară. Membrana exterioară este formată din proteine și lipide și transportă substanțe. Membrana interioară formează pliuri - cristae, pe care are loc oxidarea hidrogenului. Cristele sunt înconjurate de o matrice - o substanță asemănătoare gelului în care au loc unele dintre reacțiile respirației celulare. Matricea conține ADN și ARN mitocondrial.
Test pe tema
Evaluarea raportului
Rata medie: 4.4. Evaluări totale primite: 101.
Mitocondriile sunt organelele care furnizează energie proceselor metabolice din celulă. Dimensiunile lor variază de la 0,5 la 5-7 microni, numărul dintr-o celulă variază de la 50 la 1000 sau mai mult. În hialoplasmă, mitocondriile sunt de obicei distribuite difuz, dar în celulele specializate sunt concentrate în acele zone în care există cea mai mare nevoie de energie. De exemplu, în celulele musculare și simplaste, un număr mare de mitocondrii sunt concentrate de-a lungul elementelor de lucru - fibrile contractile. În celulele ale căror funcții implică un consum deosebit de mare de energie, mitocondriile formează contacte multiple, unindu-se într-o rețea sau grupuri (cardiomiocite și simplaste ale țesutului muscular scheletic). În celulă, mitocondriile îndeplinesc funcția de respirație. Respirația celulară este o secvență de reacții prin care o celulă folosește energia legăturilor moleculelor organice pentru a sintetiza compuși de înaltă energie, cum ar fi ATP. Moleculele de ATP formate în interiorul mitocondriului sunt transferate în exterior, schimbându-se cu molecule de ADP situate în afara mitocondriei. Într-o celulă vie, mitocondriile se pot mișca folosind elemente citoscheletice. La nivel ultramicroscopic, peretele mitocondrial este format din două membrane - exterioară și interioară. Membrana exterioară are o suprafață relativ netedă, cea interioară formează pliuri sau criste îndreptate spre centru. Între membranele exterioare și interioare apare un spațiu îngust (aproximativ 15 nm), care se numește camera exterioară a mitocondriei; membrana interioară definește camera interioară. Conținutul camerelor exterioare și interioare ale mitocondriilor este diferit și, la fel ca membranele în sine, diferă semnificativ nu numai în relieful de suprafață, ci și într-o serie de caracteristici biochimice și funcționale. Membrana exterioară este similară ca compoziție chimică și proprietăți cu alte membrane intracelulare și cu plasmalema.
Se caracterizează prin permeabilitate ridicată datorită prezenței canalelor proteice hidrofile. Această membrană conține complexe receptori care recunosc și leagă substanțele care intră în mitocondrii. Spectrul enzimatic al membranei exterioare nu este bogat: acestea sunt enzime pentru metabolismul acizilor grași, fosfolipidelor, lipidelor etc. Funcția principală a membranei exterioare a mitocondriilor este de a separa organele de hialoplasmă și de a transporta substraturile necesare. pentru respirația celulară. Membrana interioară a mitocondriilor din majoritatea celulelor tisulare ale diferitelor organe formează crestae în formă de placă (crestae lamelare), ceea ce mărește semnificativ suprafața membranei interioare. În aceasta din urmă, 20-25% din toate moleculele proteice sunt enzime ale lanțului respirator și ale fosforilării oxidative. În celulele endocrine ale glandelor suprarenale și gonadelor, mitocondriile sunt implicate în sinteza hormonilor steroizi. În aceste celule, mitocondriile au crestae sub formă de tuburi (tubuli), situate ordonat într-o anumită direcție. Prin urmare, cristele mitocondriale din celulele producătoare de steroizi ale acestor organe sunt numite tubulare. Matricea mitocondrială, sau conținutul camerei interioare, este o structură asemănătoare unui gel care conține aproximativ 50% proteine. Corpurile osmiofile, descrise prin microscopie electronică, sunt rezerve de calciu. Matricea conține enzime din ciclul acidului citric, care catalizează oxidarea acizilor grași, sinteza ribozomilor și enzimele implicate în sinteza ARN și ADN-ului. Numărul total de enzime depășește 40. Pe lângă enzime, matricea mitocondrială conține ADN mitocondrial (ADN mitocondrial) și ribozomi mitocondriali. Molecula de ADN mit este în formă de inel. Posibilitățile de sinteză a proteinelor intramitocondriale sunt limitate - aici sunt sintetizate proteine de transport ale membranelor mitocondriale și unele proteine enzimatice implicate în fosforilarea ADP. Toate celelalte proteine mitocondriale sunt codificate de ADN-ul nuclear, iar sinteza lor are loc în hialoplasmă și sunt ulterior transportate în mitocondrie. Ciclul de viață al mitocondriilor dintr-o celulă este scurt, așa că natura le-a înzestrat cu un sistem de reproducere dual - pe lângă diviziunea mitocondriilor mame, este posibilă formarea mai multor organele fiice prin înmugurire.
Mitocondriile sunt organite de dimensiunea bacteriilor (aproximativ 1 x 2 microni). Se găsesc în număr mare în aproape toate celulele eucariote. De obicei, o celulă conține aproximativ 2000 de mitocondrii, al căror volum total este de până la 25% din volumul total al celulei. Mitocondria este delimitată de două membrane - una exterioară netedă și una interioară pliată, care are o suprafață foarte mare. Pliurile membranei interioare pătrund adânc în matricea mitocondrială, formând septuri transversale - cristae. Spațiul dintre membranele exterioare și interioare se numește de obicei spațiu intermembranar.Mitocondria este singura sursă de energie a celulelor. Situate în citoplasma fiecărei celule, mitocondriile sunt comparabile cu „bateriile” care produc, stochează și distribuie energia necesară celulei.
Celulele umane conțin în medie 1.500 de mitocondrii.Sunt mai ales numeroase în celulele cu metabolism intens (de exemplu, în mușchi sau ficat).
Mitocondriile sunt mobile și se deplasează în citoplasmă în funcție de nevoile celulei. Datorită prezenței propriului ADN, se înmulțesc și se autodistrug indiferent de diviziunea celulară.
Celulele nu pot funcționa fără mitocondrii; viața nu este posibilă fără ele.
Diferite tipuri de celule diferă unele de altele atât prin numărul și forma mitocondriilor, cât și prin numărul de crestae. Mitocondriile din țesuturile cu procese oxidative active, de exemplu în mușchiul inimii, au în special multe criste. Variațiile formei mitocondriale, care depind de starea lor funcțională, pot fi observate și în țesuturile de același tip. Mitocondriile sunt organite variabile și plastice.
Membranele mitocondriale conțin proteine membranare integrale. Membrana exterioară conține porine, care formează pori și fac membrana permeabilă la substanțe cu o greutate moleculară de până la 10 kDa. Membrana interioară a mitocondriilor este impermeabilă la majoritatea moleculelor; excepțiile sunt O2, CO2, H20. Membrana interioară a mitocondriilor se caracterizează printr-un conținut neobișnuit de mare de proteine (75%). Acestea includ proteine transportoare), enzime, componente ale lanțului respirator și ATP sintetaza. În plus, conține un fosfolipid neobișnuit, cardiolipina. Matricea este, de asemenea, îmbogățită cu proteine, în special cu enzime ale ciclului citratului.Mitocondriile sunt „centrala electrică” a celulei, deoarece datorită degradării oxidative a nutrienților sintetizează cea mai mare parte a ATP (ATP) necesar celulei. O mitocondrie este formată dintr-o membrană exterioară, care este învelișul său, și o membrană interioară, locul transformărilor energetice. Membrana interioară formează numeroase pliuri care promovează o activitate intensă de conversie a energiei.
ADN specific: Cea mai remarcabilă caracteristică a mitocondriilor este că au propriul lor ADN: ADN mitocondrial. Indiferent de ADN-ul nuclear, fiecare mitocondrie are propriul aparat genetic.Așa cum sugerează și numele, ADN-ul mitocondrial (mtDNA) se găsește în interiorul mitocondriilor, structuri mici situate în citoplasma celulei, spre deosebire de ADN-ul nuclear, care este împachetat în cromozomi în interiorul nucleului. . Mitocondriile sunt prezente la majoritatea eucariotelor și au o singură origine, se crede, dintr-o bacterie străveche, care în zorii evoluției a fost odată absorbită de celulă și transformată în partea sa componentă, căreia i-a fost „încredințată” funcții foarte importante. Mitocondriile sunt adesea numite „stații energetice” ale celulelor pentru că produc acid adenozin trifosforic (ATP), a cărui energie chimică celula o poate folosi aproape peste tot, la fel cum o persoană folosește energia combustibilului sau a electricității pentru propria sa. scopuri. Și, în același mod, producția de combustibil și electricitate necesită o cantitate considerabilă de muncă umană și munca coordonată a unui număr mare de specialiști; producerea de ATP în interiorul mitocondriilor (sau „respirația celulară”, așa cum se numește) utilizează o cantitate imensă de resurse celulare, inclusiv „combustibil” sub formă de oxigen și unele substanțe organice și, desigur, implică participarea a sute de proteine la acest proces, fiecare dintre acestea îndeplinește propriile funcții specifice.
A numi acest proces pur și simplu „complex” nu va fi probabil suficient, deoarece este direct sau indirect conectat cu majoritatea celorlalte procese metabolice din celulă, datorită faptului că evoluția a înzestrat fiecare „rog” al acestui mecanism cu multe funcții suplimentare. Principiul de bază este de a crea condiții când în interiorul membranei mitocondriale devine posibil să se adauge un alt fosfat la molecula ADP, care este „energetic” nerealist în condiții normale. În schimb, utilizarea ulterioară a ATP este capacitatea de a rupe această legătură, eliberând energie pe care celula o poate folosi în numeroasele sale scopuri. Structura membranei mitocondriale este foarte complexă; include un număr mare de proteine de diferite tipuri, care sunt combinate în complexe sau, după cum se spune, „mașini moleculare” care îndeplinesc funcții strict definite. Procesele biochimice care au loc în interiorul membranei mitocondriale (ciclul tricarboxilic etc.) iau glucoza ca intrare și produc dioxid de carbon și molecule NADH ca produse de ieșire, care sunt capabile să despartă un atom de hidrogen, transferându-l în proteinele membranei. În acest caz, un proton este transferat în exteriorul membranei, iar electronul este preluat în cele din urmă de o moleculă de oxigen din interior. Când diferența de potențial atinge o anumită valoare, protonii încep să se miște în celulă prin complexe proteice speciale și, combinându-se cu moleculele de oxigen (care au primit deja un electron), formează apă, iar energia protonilor în mișcare este utilizată în formare. de ATP. Astfel, intrarea întregului proces este carbohidrați (glucoză) și oxigen, iar rezultatul este dioxid de carbon, apă și o sursă de „combustibil celular” - ATP, care poate fi transportat în alte părți ale celulei.
După cum am menționat mai sus, mitocondria a moștenit toate aceste funcții de la strămoșul său - o bacterie aerobă. Întrucât o bacterie este un organism unicelular independent, în interiorul acesteia există o moleculă de ADN care conține secvențe care determină structura tuturor proteinelor unui anumit organism, adică direct sau indirect, toate funcțiile pe care le îndeplinește. Când o bacterie protomitocondrială și o veche celulă eucariotă (tot o bacterie la origine) s-au unit, noul organism a primit două molecule diferite de ADN - nuclear și mitocondrial, care, aparent, au codificat inițial două cicluri de viață complet independente. Cu toate acestea, în interiorul unei singure celule noi, o asemenea abundență de procese metabolice s-a dovedit a fi inutilă, deoarece s-au duplicat în mare măsură unul pe celălalt. Adaptarea reciprocă treptată a celor două sisteme a dus la înlocuirea majorității proteinelor mitocondriale cu proteine proprii celulei eucariote, capabile să îndeplinească funcții similare. Ca urmare, secțiunile codului ADN mitocondrial care anterior îndepliniu anumite funcții au devenit necodante și s-au pierdut în timp, ducând la reducerea moleculei. Datorită faptului că unele forme de viață, precum ciupercile, au lanțuri foarte lungi (și pe deplin funcționale!) de ADN mitocondrial, putem judeca destul de sigur istoria simplificării acestei molecule observând cum, de-a lungul a milioane de de ani s-au pierdut anumite sau diferite ramuri ale Arborelui Vietii, celelalte functii ale acestuia. Cordatele moderne, inclusiv mamiferele, au ADNmt cu lungimea cuprinsă între 15.000 și 20.000 de nucleotide, ale căror gene rămase sunt situate foarte strâns unele dintre ele. Doar puțin mai mult de 10 proteine și doar două tipuri de ARN structural sunt codificate în mitocondrie în sine; tot ceea ce este necesar pentru respirația celulară (mai mult de 500 de proteine) este furnizat de nucleu. Poate că singurul subsistem care a fost păstrat în întregime este ARN-ul de transfer, ale cărui gene se află încă în ADN-ul mitocondrial. ARN-urile de transfer, fiecare dintre care include o secvență de trei nucleotide, servesc pentru sinteza proteinelor, cu o parte „citind” codonul de trei litere specificând viitoarea proteină, iar cealaltă adăugând un aminoacid strict definit; corespondența dintre secvențele de trinucleotide și aminoacizi se numește „tabel de traducere” sau „cod genetic”. ARN-urile de transfer mitocondrial sunt implicate doar în sinteza proteinelor mitocondriale și nu pot fi utilizate de nucleu deoarece s-au acumulat mici diferențe între codurile nucleare și mitocondriale de-a lungul a milioane de ani de evoluție.
Să menționăm, de asemenea, că structura ADN-ului mitocondrial în sine a fost simplificată semnificativ, deoarece s-au pierdut multe componente ale procesului de transcriere (citire) ADN, drept urmare a dispărut nevoia de structurare specială a codului mitocondrial. Proteinele polimerazei care efectuează transcripția (citirea) și replicarea (dublarea) ADN-ului mitocondrial sunt codificate nu în el însuși, ci în nucleu.
Cauza principală și imediată a diversității formelor de viață sunt mutațiile codului ADN, adică înlocuirea unei nucleotide cu alta, inserția de nucleotide și ștergerea lor. La fel ca mutațiile ADN-ului nuclear, mutațiile ADNmt apar în principal în timpul înmulțirii moleculei - replicare. Cu toate acestea, ciclurile de diviziune mitocondrială sunt independente de diviziunea celulară și, prin urmare, mutațiile în ADNmt pot apărea independent de diviziunea celulară. În special, pot exista unele diferențe minore între ADNmt situat în diferite mitocondrii din cadrul aceleiași celule, precum și între mitocondriile din diferite celule și țesuturi ale aceluiași organism. Acest fenomen se numește heteroplasmie. Nu există un analog exact al heteroplasmiei în ADN-ul nuclear: un organism se dezvoltă dintr-o singură celulă care conține un singur nucleu, unde întregul genom este reprezentat de o singură copie. Mai târziu, în timpul vieții unui individ, diferite țesuturi pot acumula așa-numitele. mutații somatice, dar toate copiile genomului provin în cele din urmă dintr-una. Situația cu genomul mitocondrial este oarecum diferită: un ou matur conține sute de mii de mitocondrii, care, pe măsură ce se divid, pot acumula rapid mici diferențe, întregul set de variante fiind moștenit de un nou organism după fertilizare. Astfel, dacă discrepanțe între variantele ADN-ului nuclear ale diferitelor țesuturi sunt cauzate doar de mutații somatice (pe durata de viață), atunci diferențele de ADN mitocondrial sunt cauzate atât de mutații somatice, cât și de cele germinale (de linie germinală).
O altă diferență este că molecula de ADN mitocondrial este circulară, în timp ce ADN-ul nuclear este împachetat în cromozomi, care pot fi considerați (cu un anumit grad de convenție) ca secvențe liniare de nucleotide.
În cele din urmă, ultima caracteristică a ADN-ului mitocondrial pe care o vom menționa în această secțiune introductivă este incapacitatea acestuia de a se recombina. Cu alte cuvinte, schimbul de regiuni omoloage (adică, similare) este imposibil între diferite variante evolutive ale ADN-ului mitocondrial ale aceleiași specii și, prin urmare, întreaga moleculă se modifică numai printr-o mutație lentă de-a lungul a mii de ani. În toate acordurile, mitocondriile sunt moștenite numai de la mamă, astfel încât arborele evolutiv al ADN-ului mitocondrial corespunde genealogiei în linia feminină directă. Cu toate acestea, această caracteristică nu este unică; în diferite familii evolutive, anumiți cromozomi nucleari nu sunt, de asemenea, supuși recombinării (fără perechi) și sunt moșteniți doar de la unul dintre părinți. Asa de. de exemplu, cromozomul Y la mamifere poate fi transmis doar de la tată la fiu. ADN-ul mitocondrial este moștenit doar prin linie maternă și este transmis din generație în generație exclusiv de către femei.Această formă specială de moștenire a genomului mitocondrial a făcut posibilă crearea unui arbore genealogic al diferitelor grupuri etnice umane, situându-i strămoșii noștri comuni în Etiopia acum aproximativ 200.000 de ani Posedă abilități extraordinare de adaptare, cu creșterea cerințelor energetice Mitocondriile sunt, de asemenea, capabile să se înmulțească independent de diviziunea celulară. Acest fenomen este posibil datorită ADN-ului mitocondrial.ADN-ul mitocondrial este transmis exclusiv de către femei.ADN-ul mitocondrial nu este moștenit conform legilor mendeliane, ci conform legilor moștenirii citoplasmatice. În timpul fecundației, spermatozoidul care pătrunde în ovul își pierde flagelul, care conține toate mitocondriile. Doar mitocondriile conținute în ovulul mamei sunt transferate la embrion. Astfel, celulele moștenesc singura lor sursă de energie din mitocondriile mamei.Mitocondriile: centrul de putere al celulei.O sursă unică de energie.În viața de zi cu zi, există diverse modalități de a extrage energie și de a o folosi pentru nevoile casnice: panouri solare, nucleare. centrale electrice, centrale eoliene... Celula are o singură soluție pentru extragerea, transformarea și stocarea energiei: mitocondriile. Doar mitocondria poate converti diferite tipuri de energie în ATP, energia folosită de celulă.
Procesul de conversie a energiei celulare Mitocondriile folosesc 80% din oxigenul pe care îl respirăm pentru a transforma energia potențială în energie utilizată de celulă. În timpul procesului de oxidare, se eliberează o cantitate mare de energie, care este stocată de mitocondrii sub formă de molecule de ATP.
40 kg sunt convertite pe zi. Energia ATP dintr-o celulă poate lua mai multe forme. Principiul de funcționare al mecanismului celular este conversia energiei potențiale în energie care poate fi utilizată direct de celulă.Tipuri potențiale de energie intră în celulă prin nutriție sub formă de carbohidrați, grăsimi și proteine.Energia celulară constă dintr-o moleculă numit ATP: Adenozin trifosfat. Este sintetizată ca urmare a transformării glucidelor, grăsimilor și proteinelor în interiorul mitocondriilor.În timpul zilei se sintetizează și se descompune în corpul uman adult echivalentul a 40 kg de ATP.În mitocondrii sunt localizate următoarele procese metabolice: conversia piruvatului în acetil-CoA, catalizată de complexul piruvat dehidrogenază: ciclul citratului; lanțul respirator asociat cu sinteza ATP (combinația acestor procese se numește „fosforilare oxidativă”); descompunerea acizilor grași prin oxidare și parțial ciclul ureei. De asemenea, mitocondriile furnizează celulei cu produse de metabolism intermediar și acționează, împreună cu RE, ca un depozit de ioni de calciu, care, folosind pompe ionice, menține concentrația de Ca2+ din citoplasmă la un nivel scăzut constant (sub 1 µmol/l) .
Funcția principală a mitocondriilor este captarea substraturilor bogate în energie (acizi grași, piruvat, scheletul de carbon al aminoacizilor) din citoplasmă și descompunerea lor oxidativă cu formarea de CO2 și H2O, cuplată cu sinteza ATP. ciclul citratului duce la oxidarea completă a compușilor care conțin carbon (CO2) și formarea de echivalenți de compuși reducători, în principal sub formă de coenzime reduse. Cele mai multe dintre aceste procese au loc în matrice. Enzimele lanțului respirator care reoxidează coenzimele reduse sunt localizate în membrana mitocondrială internă. NADH și FADH2 legat de enzime sunt folosite ca donatori de electroni pentru a reduce oxigenul și a forma apă. Această reacție extrem de exergonică este în mai multe etape și implică transferul de protoni (H+) prin membrana interioară din matrice în spațiul intermembranar. Ca urmare, pe membrana interioară se creează un gradient electrochimic.În mitocondrii, gradientul electrochimic este folosit pentru a sintetiza ATP din ADP (ADP) și fosfat anorganic (Pi) catalizați de ATP sintetaza. Gradientul electrochimic este, de asemenea, forța motrice din spatele unui număr de sisteme de transport
215).http://www.chem.msu.su/rus/teaching/kolman/212.htm
Prezența propriului ADN în mitocondrii deschide noi căi în cercetarea problemei îmbătrânirii, care poate fi legată de stabilitatea mitocondriilor. În plus, mutația ADN-ului mitocondrial în bolile degenerative cunoscute (Alzheimer, Parkinson...) sugerează că acestea pot juca un rol special în aceste procese.Datorită diviziunii secvențiale constante a mitocondriilor care vizează producerea de energie, ADN-ul lor „se uzează” . Rezerva mitocondriilor în stare bună este epuizată, reducând singura sursă de energie celulară.ADN-ul mitocondrial este de 10 ori mai sensibil la radicalii liberi decât ADN-ul nuclear. Mutațiile cauzate de radicalii liberi duc la disfuncția mitocondrială. Dar, în comparație cu celulă, sistemul de auto-vindecare al ADN-ului mitocondrial este foarte slab. Când deteriorarea mitocondriilor este semnificativă, acestea se autodistrug. Acest proces se numește „autofagie”.
În anul 2000, s-a dovedit că mitocondriile accelerează procesul de fotoîmbătrânire. Zonele de piele care sunt expuse în mod regulat la lumina soarelui au rate semnificativ mai mari de mutații ADN decât zonele care sunt protejate. O comparație a biopsiilor (prelevarea de probe de piele pentru analiză) a unei zone de piele expusă la razele ultraviolete și a unei zone protejate arată că mutațiile mitocondriale datorate radiațiilor UV provoacă stres oxidativ cronic Celulele și mitocondriile sunt pentru totdeauna legate: energia furnizată de mitocondrii este necesară pentru activitatea celulară. Menținerea activității mitocondriale este esențială pentru o activitate celulară mai bună și pentru o calitate îmbunătățită a pielii, în special pielea feței care este prea des expusă la razele UV.
Concluzie:
ADN-ul mitocondrial deteriorat în câteva luni dă naștere la mai mult de 30 de mitocondrii similare, de exemplu. cu aceeasi paguba.
Mitocondriile slăbite provoacă o stare de înfometare energetică în „celulele gazdă”, ceea ce duce la o întrerupere a metabolismului celular.
Restabilirea funcțiilor metacondriilor și limitarea proceselor care conduc la îmbătrânire este posibilă cu utilizarea coenzimei Q10. În urma experimentelor, s-a stabilit o încetinire a procesului de îmbătrânire și o creștere a speranței de viață la unele organisme multicelulare ca urmare a introducerii suplimentelor de CoQ10.
Q10 (CoQ10) este „bujia” a corpului uman: așa cum o mașină nu poate rula fără o scânteie de pornire, corpul uman nu se poate descurca fără CoQ10. Este cea mai importantă componentă a mitocondriilor, producând energia de care celulele au nevoie pentru a se diviza, a se mișca, a se contracta și a îndeplini toate celelalte funcții. CoQ10 joacă, de asemenea, un rol important în producerea de adenozin trifosfat (ATP), energia care alimentează toate procesele din organism. Mai mult, CoQ10 este un antioxidant foarte important care protejează celulele de deteriorare.
Deși corpurile noastre pot produce CoQ10, ele nu produc întotdeauna suficient. Deoarece creierul și inima se numără printre cele mai active țesuturi din organism, deficiența de CoQ10 le afectează cel mai mult și poate duce la probleme grave cu aceste organe. Deficiența de CoQ10 poate fi cauzată de o varietate de motive, inclusiv alimentația proastă, defecte genetice sau dobândite și cererea crescută de țesut, de exemplu. Bolile cardiovasculare, inclusiv nivelurile ridicate de colesterol și hipertensiunea arterială, necesită, de asemenea, niveluri tisulare crescute de CoQ10. În plus, deoarece nivelurile de CoQ10 scad odată cu vârsta, persoanele peste 50 de ani pot avea nevoie de mai mult. Multe studii au arătat că o serie de medicamente (în primul rând medicamente pentru scăderea lipidelor, cum ar fi statinele) reduc nivelul CoQ10.
Având în vedere rolul cheie al CoQ10 în funcția mitocondrială și protecția celulelor, această coenzimă poate fi benefică pentru o serie de probleme de sănătate. CoQ10 poate beneficia de o gamă atât de largă de boli, încât nu există nicio îndoială cu privire la importanța sa ca nutrient. CoQ10 nu este doar un antioxidant general, ci poate ajuta și la următoarele boli:
Boli cardiovasculare: hipertensiune arterială, insuficiență cardiacă congestivă, cardiomiopatie, protecție în timpul intervențiilor chirurgicale pe inimă, colesterol crescut tratat cu medicamente, în special statine
Cancer (pentru a îmbunătăți funcția imunitară și/sau a compensa efectele secundare ale chimioterapiei)
Diabet
Infertilitate masculină
boala Alzheimer (prevenire)
boala Parkinson (prevenire și tratament)
Boala parodontala
Degenerescenta maculara
Studiile pe animale și pe oameni au confirmat beneficiile CoQ10 pentru toate bolile de mai sus, în special cardiovasculare. De fapt, studiile au arătat că 50 până la 75 la sută dintre persoanele cu diferite boli cardiovasculare suferă de deficiență de CoQ10 în țesutul cardiac. Corectarea acestei deficiențe poate duce adesea la rezultate dramatice la pacienții cu un anumit tip de boală cardiacă. De exemplu, s-a demonstrat că deficiența de CoQ10 apare la 39% dintre pacienții cu hipertensiune arterială. Doar această constatare face necesar să luați suplimente de CoQ10. Cu toate acestea, se pare că beneficiile CoQ10 se extind dincolo de inversarea bolilor cardiovasculare.
Un studiu din 2009 publicat în revista Pharmacology & Therapeutics sugerează că efectele CoQ10 asupra tensiunii arteriale sunt vizibile doar la 4 până la 12 săptămâni după tratament, iar reducerea tipică a tensiunii arteriale sistolice și diastolice la pacienții cu hipertensiune arterială este destul de modestă - în limita 10 la sută.
Medicamentele cu statine, cum ar fi Crestor, Lipitor și Zocor, funcționează prin inhibarea unei enzime de care ficatul are nevoie pentru a produce colesterol. Din păcate, ele blochează și producția de alte substanțe necesare funcționării organismului, inclusiv CoQ10. Acest lucru poate explica cele mai frecvente efecte secundare ale acestor medicamente, în special oboseala și durerile musculare. Un studiu amplu, ENDOTACT, publicat în Jurnalul Internațional de Cardiologie în 2005, a demonstrat că terapia cu statine a redus semnificativ nivelurile plasmatice de CoQ10, dar că această scădere ar putea fi prevenită prin administrarea unui supliment de 150 mg CoQ10. În plus, suplimentarea cu CoQ10 îmbunătățește semnificativ funcția căptușelii vaselor de sânge, care este unul dintre obiectivele cheie în tratamentul și prevenirea aterosclerozei.
În studiile dublu-orb, suplimentarea cu CoQ10 s-a dovedit a fi destul de benefică pentru unii pacienți cu boala Parkinson. Toți pacienții din aceste studii au prezentat cele trei simptome de bază ale bolii Parkinson - tremurături, rigiditate și lentă a mișcărilor - și au fost diagnosticați cu această boală în ultimii cinci ani.
Un studiu din 2005 publicat în Archives of Neurology a arătat, de asemenea, o încetinire a declinului funcțional la pacienții cu boala Parkinson care au luat CoQ10. După screening-ul inițial și testele de sânge inițiale, pacienții au fost randomizați în patru grupuri. Trei grupuri au primit CoQ10 în doze diferite (300 mg, 600 mg și 1200 mg pe zi) timp de 16 luni, în timp ce al patrulea grup a primit un placebo. Grupul care a luat doza de 1200 mg a arătat o scădere mai mică a funcției mentale și motorii și a capacității de a desfășura activități zilnice, cum ar fi hrănirea sau îmbrăcarea. Cel mai mare efect a fost observat în viața de zi cu zi. Grupurile care au primit 300 mg și 600 mg pe zi au dezvoltat mai puțină dizabilitate decât cele din grupul placebo, dar rezultatele pentru membrii acestor grupuri au fost mai puțin dramatice decât cei care au primit cea mai mare doză de medicament. Aceste rezultate indică faptul că efectele benefice ale CoQ10 în boala Parkinson pot fi obținute la cele mai mari doze de medicament. Niciunul dintre pacienți nu a prezentat efecte secundare semnificative.
Coenzima Q10 este foarte sigură. Nu au fost raportate efecte secundare grave, chiar și în cazul utilizării pe termen lung. Deoarece siguranța nu a fost demonstrată în timpul sarcinii și alăptării, CoQ10 nu trebuie utilizat în aceste perioade decât dacă un medic stabilește că beneficiile clinice depășesc riscurile. În general, recomand să luați 100 până la 200 mg de CoQ10 pe zi. Pentru o absorbție optimă, capsulele moi trebuie luate cu alimente. La doze mai mari, este mai bine să luați medicamentul în doze divizate decât într-o singură doză (200 mg de trei ori pe zi este mai bine decât 600 mg dintr-o dată).
Caracteristic pentru marea majoritate a celulelor. Funcția principală este oxidarea compușilor organici și producerea de molecule de ATP din energia eliberată. Mitocondriul este principala stație energetică a întregului corp.
Originea mitocondriilor
Astăzi, există o opinie foarte populară printre oamenii de știință că mitocondriile nu au apărut în celulă independent în timpul evoluției. Cel mai probabil, acest lucru s-a întâmplat din cauza captării de către o celulă primitivă, care la acea vreme nu era capabilă să utilizeze independent oxigenul, a unei bacterii care putea face acest lucru și, în consecință, era o sursă excelentă de energie. O astfel de simbioză s-a dovedit a fi de succes și a luat loc în generațiile următoare. Această teorie este susținută de prezența propriului ADN în mitocondrii.
Cum sunt structurate mitocondriile?
Mitocondriile au două membrane: exterioară și interioară. Funcția principală a membranei exterioare este de a separa organele de citoplasma celulară. Este format dintr-un strat bilipid și proteine care îl pătrund, prin care se realizează transportul moleculelor și ionilor necesari muncii. Deși netedă, cea interioară formează numeroase pliuri - crestae, care îi măresc semnificativ aria. Membrana interioară este compusă în mare parte din proteine, inclusiv enzime ale lanțului respirator, proteine de transport și complexe mari de ATP sintetază. În acest loc are loc sinteza ATP. Între membranele exterioare și interioare există un spațiu intermembranar cu enzimele sale inerente.
Spațiul interior al mitocondriilor se numește matrice. Aici se află sistemele enzimatice pentru oxidarea acizilor grași și piruvatului, enzimele ciclului Krebs, precum și materialul ereditar al mitocondriilor - ADN, ARN și aparatul de sinteză a proteinelor.
Pentru ce sunt necesare mitocondriile?
Funcția principală a mitocondriilor este sinteza unei forme universale de energie chimică - ATP. De asemenea, participă la ciclul acidului tricarboxilic, transformând piruvatul și acizii grași în acetil-CoA și apoi oxidându-l. În acest organel, ADN-ul mitocondrial este stocat și moștenit, care codifică reproducerea ARNt, ARNr și a unor proteine necesare pentru funcționarea normală a mitocondriilor.
1 - membrana exterioara;
3 - matrice;
2 - membrana interna;
4 - spatiul perimitocondrial.
Proprietățile mitocondriilor (proteine, structură) sunt codificate parțial în ADN-ul mitocondrial și parțial în nucleu. Astfel, genomul mitocondrial codifică proteine ribozomale și parțial sistemul purtător al lanțului de transport de electroni, iar genomul nuclear codifică informații despre proteinele enzimatice ale ciclului Krebs. O comparație a dimensiunii ADN-ului mitocondrial cu numărul și dimensiunea proteinelor mitocondriale arată că acesta conține informații pentru aproape jumătate dintre proteine. Acest lucru ne permite să considerăm mitocondriile, ca și cloroplastele, ca fiind semi-autonome, adică nu dependente complet de nucleu. Ei au propriul lor ADN și propriul sistem de sinteză a proteinelor și tocmai cu ei și cu plastide este asociată așa-numita moștenire citoplasmatică. În cele mai multe cazuri, aceasta este moștenirea maternă, deoarece particulele inițiale ale mitocondriilor sunt localizate în ou. Astfel, mitocondriile sunt întotdeauna formate din mitocondrii. Cum să vedeți mitocondriile și cloroplastele dintr-o perspectivă evolutivă a fost dezbătut pe larg. În 1921, botanistul rus B.M. Kozo-Polyansky și-a exprimat opinia că o celulă este un sistem simbiotrofic în care coexistă mai multe organisme. În prezent, teoria endosimbiotică a originii mitocondriilor și cloroplastelor este în general acceptată. Conform acestei teorii, mitocondriile erau organisme independente în trecut. Potrivit lui L. Margelis (1983), acestea ar putea fi eubacterie care conțin o serie de enzime respiratorii. La o anumită etapă de evoluție, au pătruns într-o celulă primitivă care conținea un nucleu. S-a dovedit că ADN-ul mitocondriilor și cloroplastelor din structura sa diferă mult de ADN-ul nuclear al plantelor superioare și este similar cu ADN-ul bacterian (structură circulară, secvență de nucleotide). Asemănarea se găsește și în dimensiunea ribozomilor. Sunt mai mici decât ribozomii citoplasmatici. Sinteza proteinelor în mitocondrii, ca și sinteza bacteriană, este suprimată de antibioticul cloramfenicol, care nu afectează sinteza proteinelor pe ribozomii eucarioți. În plus, sistemul de transport de electroni în bacterii este situat în membrana plasmatică, ceea ce seamănă cu organizarea lanțului de transport de electroni în membrana mitocondrială interioară.