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
Lies You Tell Yourself Every Day
Lying to yourself can become a part of your routine, and if you believe lying to others is a bad thing, imagine the price you’ll pay for lying to yourself. So why not prevent that by watching this video? Here are 10 lies people tell themselves daily. Num…
Backcountry Basics: Navigating With or Without Technology | Get Out: A Guide to Adventure
My name is Hillary O’Neal and I am a professional ski mountaineer and adventurer. Today, we are going to talk about backcountry navigation. There are a lot of uses in many different environments that would require some level of skill in backcountry naviga…
Strategy in finding limits | Limits and continuity | AP Calculus AB | Khan Academy
Multiple videos and exercises we cover the various techniques for finding limits, but sometimes it’s helpful to think about strategies for determining which technique to use, and that’s what we’re going to cover in this video. What you see here is a flowc…
Sal Khan Appreciates Teachers | Dear Class Of 2020
(chiming music) [Teacher] Four plus one is? (laughing) (celebrating) Hi teachers. Sal Khan here from Khan Academy. Now I just wanted to make sure that when congratulations are being passed around that we take the time to say congratulations and tha…
Vector word problem: resultant velocity | Vectors | Precalculus | Khan Academy
We’re told a boat is traveling at a speed of 26 kilometers per hour in a direction that is a 300 degree rotation from east. At a certain point, it encounters a current at a speed of 15 kilometers per hour in a direction that is a 25 degree rotation from e…
3d curl formula, part 2
So I’m explaining the formula for three-dimensional curl, and where we left off, we have this determinant of a 3x3 matrix, which looks absurd because none of the individual components are actual numbers. But nevertheless, I’m about to show how, when you k…