yego.me
💡 Stop wasting time. Read Youtube instead of watch. Download Chrome Extension

Зачем нам митохондрии? [Clockwork]


6m read
·Nov 3, 2024

[музыка] Похоже, из биологии пришло не так уж много мемов, но кое-что без запинки. От тарабанит любой школьник. Например, в какой бы точке мира вы не оказались, стоит только спросить про митохондрии, вам наперебой бросится рассказывать, что митохондрия — это энергетическая станция клетки. Как всем, кто проходит РС биологии, митохондрии снабжают нас всей необходимой энергией. Они извлекают её из пищи в ходе процесса, известного как клеточное дыхание.

И это досадно, потому что митохондрии заняты далеко не только этим. Они создают компоненты ДНК, восстанавливают повреждённые клетки и наводят в них порядок, перерабатывая молекулярный мусор. Митохондрии — это маленькие прокариотические самородки, в которых происходят невероятные превращения. Я расскажу вам о них и покажу, что митохондрия — это гораздо больше, чем клеточная электростанция. [музыка]

Если кто-то подзабыл, давайте напомню: митохондрии относятся к органеллам, то есть структурам, из которых состоят почти все наши клетки, кроме эритроцитов. К слову, если хотите рассказать что-то любопытное о клеточной биологии, но боитесь опозориться, смело добавляйте за исключением эритроцитов — не ошибётесь. По сути, это просто мешочки с гемоглобином.

Настоящая магия начинается здесь, в складках внутренней митохондриальной мембраны. С этого момента мы будем называть ВММ. Именно здесь происходит самое интересное, и именно она даёт митохондриям сверхспособности. Складки и морщинки значительно увеличивают площадь поверхности ВММ, а значит, появляется больше места для сложных химических процессов. Если вы вспомнили моё видео про хлоропласты и фотосинтез, поздравляю! Они действительно похожи.

Важнейшие для жизни клетки биологические процессы часто протекают там, где под мембраной есть мембраны. Большинство их функций связано с работой белков и комплексов, встроенных во внутреннюю мембрану. Тысячи учёных посвятили свою жизнь изучению этого микробиома, и нам предстоит узнать о нём ещё очень многое. Но для начала давайте попробуем разобраться, как митохондрии используют все эти многочисленные структуры.

Начну с того, что поразило меня сильнее всего: митохондрии — это важнейший центр производства молекулярных кирпичиков. Для меня митохондрия ассоциируется с разрушением. Я сразу думаю о том, как молекулы сахара расщепляются, и в процессе клеточного дыхания или катаболизма передают свою энергию АТФ. Но в митохондриях происходит и сборка важнейших клеточных компонентов. Вряд ли кто-то ещё не знает, что наши клетки считывают информацию ДНК, чтобы понять, в каком порядке соединять строительные блоки — аминокислоты.

Но где делаются буквы для этих инструкций? В митохондриях, конечно! Основные компоненты нуклеотидов, из которых состоит ДНК, формируются в митохондриальном матриксе. Тетрагидрофолиевая и различные соединения, которые превращаются в нуклеотиды, высвобождаются обратно в цитоплазму. Кстати, знаете что? Забавно, я уже довольно долго снимаю ролики для этого YouTube канала и назвал я его шоу «О биохимии», но только здесь, в этом коротеньком эпизоде, дошёл до настоящей анимации путей биохимического превращения.

Ну и что поделать, так уж вышло. В то же время белки, благодаря которым мы с вами живые, построены из аминокислот. Многие из них производятся прямо здесь, в митохондриальном матриксе. Важное соединение под названием глутамат переносится через ВММ с помощью мембранного белка, где трансформируется в пролин, аланин, глутамин (не путать с глутоматом) и всякие предшественники других аминокислот.

А вот моя любимая часть — это заключительные реакции синтеза гема, приводящие к образованию гем-группы и гемоглобина, которые транспортируют кислород по всему организму. В самом конце этого процесса к группе гема прикрепляется атом железа, и он высвобождается в виде гемоглобина, который включается в состав эритроцитов. Интересно отметить, что начинается синтез гема тоже внутри митохондрий.

Но в подробности вдаваться не будем. Честно говоря, синтез гема — это очень увлекательный процесс, который заслуживает отдельного видео. Здесь изображён лишь его заключительный шаг, но стоит сказать, что два этапа этого синтеза происходят внутри митохондрий, а здесь вы видите лишь последнее превращение.

И всё. Это только крохотная часть происходящих в митохондриях процессов биосинтеза, но ещё удивительнее, как митохондрии очищают наши клетки от молекулярного мусора. Нет, серьёзно! Митохондрии — это основной клеточный центр переработки и удаления отходов. Многие химические реакции, которые происходят у нас в организме, приводят к образованию различных побочных продуктов, требующих утилизации.

На макроуровне отходы выводятся из организма двумя хорошо известными путями. Однако процесс расщепления на биохимическом уровне начинается именно в митохондриях, не всех отходов, но определённо некоторых наиболее важных. В первую очередь таких, как аммиак. Аммиак образуется в результате расщепления аминокислот и азотистых оснований, то есть в ходе нормального обмена веществ, особенно белкового обмена.

Стоит отметить, что большая часть амиака в нашем организме вырабатывается бактериями в кишечнике — микробиом. Но об этом мы поговорим потом в каком-нибудь другом видео. Аммиак — опасный токсин, чтобы успел навредить организму. Сперва он преобразуется в нечто менее опасное. Первый шаг преобразования идёт под действием ферментов в матриксе митохондрий.

Аммиак превращается в цитрулиновую, расщепить его помогает масса встроенных белков на ВММ. Здесь вы видите только половину процесса. В конечном итоге сероводород расщепляется полностью, но опять же на полный обзор в этом видео у нас совсем нет времени. Однако отметим ещё один любопытный момент: сероводород — это H2S. При его расщеплении освобождаются два ядра водорода, то есть два протона, благодаря которым пополняется их концентрация снаружи ВММ, что, в свою очередь, помогает работе АТФ-синтазы на конечной стадии клеточного дыхания.

Так что утилизация отходов, несомненно, весьма полезная функция. Однако главный из всего многообразия происходящих в митохондриях процессов — это то самое банальное снабжение клетки энергией. Возможно, вы знаете про метаболизм глюкозы в митохондриях, но это лишь один из типов клеточного дыхания.

При нём для получения энергии используется глюкоза, кислород и вода. Но глюкоза — это сахар, основной источник энергии. А мы питаемся не только им. В нашей пище есть ещё белки и жиры, и из них мы тоже добываем энергию. Но как же это происходит? Точно за счёт химических преобразований, которые происходят в окружённом ВММ митохондриальном матриксе.

Жиры из пищи расщепляются на жирные кислоты, богатые энергией углеродные цепочки, которые, попав внутрь митохондрий, теряют электроны и при переработке превращаются в Ацетил-КоА. Ацетил-КоА участвует в огромном количестве метаболических реакций и, конечно же, заслуживает отдельного видео. Как только жиры превращаются в Ацетил-КоА, они становятся топливом для цикла Кребса — он же цикл трикарбоновых кислот, он же цитратный цикл.

Выбирайте любое название. В то же время белок, который мы съедаем, расщепляется на аминокислоты. Некоторые из них, например, глутамин, лейцин, изолейцин и валин, перерабатываются в матриксе митохондрий. Глутамин — это, кстати, самая распространённая аминокислота, сразу же расщепляется на глутамат и аммиак, который митохондрии тут же и утилизируют.

Глутамат выступает прекурсором для множества биологически активных молекул и выполняет функции нейромедиатора в синапсах. Однако оказавшись внутри митохондрии, он вероятнее всего превратится в ещё один промежуточный продукт цикла Кребса — Альфа-кетоглутарат. А лейцин и изолейцин обычно перерабатываются и превращаются правильно в Ацетил-КоА. В ходе этих процессов высвобождаются электроны, питающие электрон транспортную цепь и АТФ-синтазу, которая производит АТФ — энергетическую молекулу, поддерживающую жизнь на клеточном уровне.

Мы затронули лишь самые основы. Но если вы внимательно слушали, наверное, вы начинаете понимать, почему эти превращения происходят именно в митохондриях. Сам феномен жизни во многом сводится к проблеме управления энергией. Необходимая для жизни энергия окружает нас повсюду, но трансформировать её в доступную для клеток форму — задача совсем не тривиальная.

Тем удивительнее невероятный эволюционный путь, который мы прошли вместе с этими уникальными структурами, которые есть почти во всех наших клетках. И здесь мы затронули лишь азы; мы не поговорили о том, как митохондрии очищают клетки от свободных радикалов и других токсинов, или о митохондриальной ДНК — особом источнике информации, таком молекулярном «проводнике», который мамы передают детям.

Так много всего завязано на эти маленькие органеллы, что сводить все их функции к производству энергии почти оскорбительно. Пусть мы только поверхностно разобрались в этой теме. Надеюсь, я убедил вас, что митохондрии — это намного больше, чем батарейка для клетки. Спасибо, что уделили мне время. Переведено и озвучено студией ВертДайдер.

More Articles

View All
Student tips for completing assignments on Khan Academy
Hi, I’m Shannon from Khan Academy, and I want to show you how to make the most of your learning time. First, make sure you’re logged into your Khan Academy account by checking for your name in the upper right-hand corner. If you are not logged in, you won…
Example of derivative as limit of average rate of change
Stacy wants to find the derivative of f of x = x² + 1 at the point x = 2. Her table below shows the average rate of change of f over the intervals from x to 2 or from 2 to x, and these are closed intervals for x values. They get increasingly closer to two…
Charlie Munger's 2023 Recession Prediction
Visits partly fraud and partly delusion; that’s a bad combination. I don’t like either fraud or delusion, and the delusion may be more extreme than the fraud. This is a very, very bad thing. When Charlie Munger talks, we all better listen. Munger is the …
Our Prayers Are With You, Boo | Wicked Tuna: Outer Banks
[Music] All right, man, we’ll give a prayer this morning. Everybody needs it, and we’re going to do it. Lord, we’ll come for you this morning headed out here to the east. I want to thank you for that sunshine. Well, we’re looking at our morning star, th…
How covid impacted private aviation! Parts-1
What do you think Covet did for the private aviation industry? Because I’ll be honest, when that whole thing was going on, that was kind of my first introduction to starting the charter travel. It got very crazy, and even though prices were quite crazy at…
Exploring Saturn's Moons | Mission Saturn
This mission has been anything but straightforward. We have to adapt; we have to be agile to make sure that we don’t put a $3 billion asset in harm’s way. If you want to effect what’s coming up, you need—these flybys are planned out many, many months and …