животных (в том числе и человека), научились поглощать бактерии и вступать с ними в симбиоз. Это сыграло важнейшую роль в эволюции всего живого на Земле. Так зачинался механизм
«клеточного дыхания» – включения кислорода в клеточный обмен веществ.
Бактерии-симбионты мутировали и перестали быть самостоятельными организмами. Но сохранили генетический набор и способность размножаться делением.
Живое внутри живого, дающее энергию… Причем живое нечеловеческое – бактериальное. Ученые назвали эти «недоорганизмы», или органеллы, митохондриями.
Так теперь устроены все наши клетки: внутри них живут митохондрии и выполняют первостепенную функцию жизнеобеспечения.
Интересные факты:
• Сперматозоид, оплодотворяющий яйцеклетку, не передает ей митохондриальные ДНК. Они наследуются будущим ребенком от матери. Поэтому генетический аппарат митохондрий можно использовать для изучения родственных связей по материнской линии.
• Иногда женское бесплодие обусловлено тем, что оплодотворенная яйцеклетка имеет «плохие» митохондрии и поэтому не способна делиться. В этом случае берутся донорские митохондрии от другой женщины и подсаживаются в яйцеклетку будущей матери. Получается, что родившийся ребенок имеет трех родителей: двух матерей и отца!
Митохондрии добывают энергию из продуктов пищеварения: с помощью кислорода расщепляют белки, жиры и углеводы и проводят их через ряд биохимических реакций. В результате получаются молекулы АТФ[57] – универсальные «аккумуляторы» клетки. Легко распадаясь, они отдают ей энергию межатомных связей.
ИЗ ЖИРОВ МИТОХОНДРИИ ПОЛУЧАЮТ В 10 РАЗ БОЛЬШЕ ЭНЕРГИИ, ЧЕМ ИЗ УГЛЕВОДОВ.
Если ассоциировать клеточные процессы жизнедеятельности с пламенем, то АТФ – топливо, поддерживающее горение. А митохондрии тогда – производители топлива. Но их справедливо принято называть электростанциями клеток. Топливом для них служат продукты пищеварения и кислород. А выдают они, как и полагается ТЭЦ, энергию – в виде молекул АТФ.
Главным «топливом» для митохондрий является глюкоза. С использованием жиров и белков дела обстоят сложнее – требуются дополнительные биохимические превращения. Но когда нужно, митохондрии с этим справляются.
Самые прожорливые и трудолюбивые
Митохондрий в каждой клетке много – от нескольких сотен до двух тысяч. Их количество зависит от того, насколько трудоемкую работу выполняет клетка в организме, к какому органу относится. Больше всего митохондрий в сердце, печени и мышечных тканях. Ну и, конечно, в мозгу.
Все, что касается крови, – для организма очень важное дело. Кровоснабжение органов – это сердце и сосуды, очистка и фильтрация крови – печень. А то, без чего невозможны сокращения сердца и стенок сосудов, вообще работа органов и существование человека в целом, – это мышцы, мускулатура. Как сказал Аристотель: «Движение – это жизнь!» Ведь сердце, по большому счету (за вычетом соединительных тканей и эпителия), – одна сплошная мышечная ткань!
НАУЧНЫЙ ФАКТ: САМОЕ БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО МИТОХОНДРИЙ УЧЕНЫЕ ОБНАРУЖИЛИ В БОЛЬШИНСТВЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИ АКТИВНЫХ КЛЕТОК – ТАКИХ, КАК КЛЕТКИ СКЕЛЕТНОЙ И СЕРДЕЧНОЙ МУСКУЛАТУРЫ, ПЕЧЕНИ И МОЗГА.
Отдельно об энергоснабжении мозга. Его масса у мужчины весом 70 кг составляет около 1,4 кг. То есть всего 2 % от веса тела. А в состоянии покоя этот орган потребляет 20 % энергии, вырабатываемой в организме! Настолько энергозатратна работа нейронных сетей, мышление и управление функциями организма. Поэтому количество митохондрий в клетках мозга всегда максимально, а количество синтезируемых ими АТФ составляет пятую часть продукции этих молекул в теле!
Митохондрии – самые деятельные образования в клетке. Их микроскопические шарообразные или овальные тельца непрерывно суетятся в цитоплазме[58], заполняя от 10 до 20 % ее объема. Они жадно «пожирают» кислород и глюкозу, а потом доставляют синтезированные АТФ в те части клетки, где есть потребность в энергии.
У них опасная работа. Поскольку они всегда устремляются туда, где есть кислород, то чаще других клеточных образований имеют дело с его агрессивными формами – свободными радикалами. И больше подвержены опасности оксидативного стресса. Им необходима антиоксидантная защита. Она значительно повышает эффективность работы митохондрий. Вот почему, употребляя пищу, богатую антиоксидантами, мы начинаем чувствовать прилив сил. (Подробнее об этих веществах – в главе о питании.)
Пример из практики
Пациент, 40 лет. Жалобы на упадок сил и депрессию, хотя только что вернулся из отпуска. Месяц отдыхал на курортах Таиланда. Берем у него анализы – все в норме. Более тщательный опрос выявляет то, о чем пациент предпочитал бы не говорить. В Таиланде мужчина напрочь забыл о правильном образе жизни. То, что он рассказывал о своем отдыхе, как-то описал в нескольких словах сатирик Семен Альтов: «Всю ночь пьешь, гуляешь, черт-те чем занимаешься…»
Ясно, что человек отравлен алкоголем и курением; митохондрии, а вместе с ними и вся энергетика организма в упадке. Назначили курс детоксикации, потом – инфузионную терапию лечебным раствором с янтарной кислотой.
− Всего несколько капельниц − и как будто заново родился! – радостно удивлялся потом пациент.
Дело в том, что янтарная кислота участвует в биохимическом процессе производства АТФ, к тому же отлично осуществляет антиоксидантную защиту. Она здорово облегчила жизнь митохондриям пациента – тем более после того, что он устроил им в Таиланде.
Борьба за качество
Митохондрии не одинаково производительны в выработке АТФ. Среди них можно выделить небольшую группу органелл с полноценными, «длинными» цепями ДНК. Это здоровые митохондрии. Они производительнее остальных. Большинство же составляют органеллы с низкой производительностью – старые, поврежденные и мутированные. Как правило, их цепочки ДНК укорочены. Назовем их «порчеными». Они притесняют своих более развитых собратьев – хотя бы тем, что их много и они занимают большое жизненное пространство. А значит, не дают размножаться здоровым митохондриям с должной плодовитостью.
Если бы все митохондрии в клетках человека стали здоровыми, его «клеточное дыхание» и самочувствие резко улучшились бы, а выносливость возросла бы в несколько раз. Но как этого добиться?
Наверное, первыми задались этим вопросом врачи спортивной медицины. Ведь они, как известно, вместе с тренерами ищут наиболее эффективные методы тренировок для повышения спортивных показателей спортсменов. И вот что они заметили. В 1950-х годах в Казахстане в урочище Медеу была открыта ледовая трасса для конькобежцев. Спортсмены, которые тренировались на ней, показывали удивительно высокие результаты. Именно поэтому там, на высоте около 1700 м, в дальнейшем был построен открытый ледовый стадион и спортивный комплекс, известный как Медео. Его называют фабрикой спортивных рекордов.
Врачи объяснили достижения спортсменов в Медео прежде всего тем, что их физическая подготовка непосредственно перед соревнованиями проходила в условиях сниженного содержания кислорода в воздухе – высокогорье! Тогда и началось изучение спортивных возможностей, которые дает умеренная гипоксия. А они оказались велики! В дальнейшем успехи и открытия в исследовании митохондрий и «клеточного дыхания» объяснили этот феномен человеческой физиологии.
