Mitohondrije su mikroskopske membranske organele koje daju energiju stanici. Stoga se nazivaju energetskim stanicama (akumulatorima) stanica.
Mitohondriji su odsutni u stanicama najjednostavnijih organizama, bakterija, entameba, koji žive bez korištenja kisika. Neke zelene alge, tripanosomi, sadrže jedan veliki mitohondrij, a stanice srčanog mišića i mozga imaju od 100 do 1000 ovih organela.
Strukturne značajke
Mitohondrije pripadaju dvomembranskim organelama, imaju vanjsku i unutarnju membranu, međumembranski prostor između njih i matriksa.
Vanjska membrana... Glatka je, nema nabora, omeđuje unutarnji sadržaj od citoplazme. Njegova širina je 7 nm, sadrži lipide i proteine. Porin, protein koji tvori kanale u vanjskoj membrani, igra važnu ulogu. Omogućuju ionsku i molekularnu izmjenu.
Intermembranski prostor... Veličina intermembranskog prostora je oko 20 nm. Tvar koja ga ispunjava po sastavu slična je citoplazmi, s izuzetkom velikih molekula, koje ovdje mogu prodrijeti samo aktivnim transportom.
Unutarnja membrana... Izgrađen je uglavnom od proteina, samo trećina je dodijeljena lipidnim tvarima. Veliki broj proteina su transportni proteini, budući da je unutarnja membrana lišena slobodno prohodnih pora. Tvori mnoge izrasline - kriste, koje izgledaju kao spljošteni grebeni. Oksidacija organskih spojeva u CO 2 u mitohondrijima se događa na membranama krista. Ovaj proces ovisi o kisiku i odvija se pod djelovanjem ATP sintetaze. Oslobođena energija se pohranjuje u obliku ATP molekula i koristi po potrebi.
Matrica- unutarnje okruženje mitohondrija, ima granularnu homogenu strukturu. U elektronskom mikroskopu možete vidjeti granule i niti u kuglicama, koje slobodno leže između krista. Matrica sadrži poluautonomni sustav sinteze proteina - DNK, sve vrste RNA, ribosomi se nalaze ovdje. Ali ipak, većina proteina dolazi iz jezgre, zbog čega se mitohondriji nazivaju poluautonomnim organelama.
Raspored i podjela kaveza
Hondriomi Skupina je mitohondrija koji su koncentrirani u jednoj stanici. Različito se nalaze u citoplazmi, što ovisi o specijalizaciji stanica. Položaj u citoplazmi također ovisi o okolnim organelama i inkluzijama. U biljnim stanicama zauzimaju periferiju, budući da se središnja vakuola pomiče na mitohondrijsku membranu. U stanicama bubrežnog epitela membrana tvori izbočine, između kojih su mitohondriji.
U matičnim stanicama, gdje sve organele ravnomjerno koriste energiju, mitohondriji su postavljeni nasumično. U specijaliziranim stanicama uglavnom su koncentrirani na mjestima najveće potrošnje energije. Na primjer, u poprečnoprugastim mišićima nalaze se u blizini miofibrila. U spermatozoida spiralno prekrivaju os bičaka, jer je potrebno puno energije da se on pokrene i pomakne spermij. Protozoe, koje se kreću uz pomoć cilija, također sadrže veliki broj mitohondrija u svojoj bazi.
Podjela... Mitohondriji su sposobni za samostalnu reprodukciju, imaju vlastiti genom. Organele se dijele pomoću suženja ili pregrada. Formiranje novih mitohondrija u različitim stanicama razlikuje se po učestalosti, na primjer, u tkivu jetre, zamjenjuju se svakih 10 dana.
Funkcije u kavezu
- Glavna funkcija mitohondrija je stvaranje ATP molekula.
- Taloženje kalcijevih iona.
- Sudjelovanje u razmjeni vode.
- Sinteza prekursora steroidnih hormona.
Molekularna biologija je znanost koja proučava ulogu mitohondrija u metabolizmu. Oni također pretvaraju piruvat u acetil-koenzim A, beta-oksidaciju masnih kiselina.
| Tablica: struktura i funkcija mitohondrija (ukratko) | ||
|---|---|---|
| Strukturni elementi | Struktura | Funkcije |
| Vanjska membrana | Glatka ljuska, izgrađena od lipida i proteina | Ograničava unutarnji sadržaj od citoplazme |
| Intermembranski prostor | Postoje vodikovi ioni, proteini, mikromolekule | Stvara gradijent protona |
| Unutarnja membrana | Formira izbočine - kriste, sadrži proteinske transportne sustave | Prijenos makromolekula, održavanje gradijenta protona |
| Matrica | Položaj enzima Krebsovog ciklusa, DNK, RNA, ribosoma | Aerobna oksidacija s oslobađanjem energije, pretvorba piruvata u acetil koenzim A. |
| ribosomi | Kombinirane dvije podjedinice | Sinteza proteina |
Sličnosti između mitohondrija i kloroplasta
Zajednička svojstva za mitohondrije i kloroplaste prvenstveno su posljedica prisutnosti dvostruke membrane.
Znakovi sličnosti također leže u sposobnosti da sama sintetizira protein. Ove organele imaju svoju DNK, RNK, ribosome.
I mitohondriji i kloroplasti mogu se podijeliti sužavanjem.
Ujedinjuje ih i sposobnost proizvodnje energije, mitohondriji su specijaliziraniji za tu funkciju, ali kloroplasti tijekom fotosintetskih procesa stvaraju i ATP molekule. Dakle, biljne stanice imaju manje mitohondrija od životinja, jer kloroplasti djelomično obavljaju funkcije za njih.
Opišimo ukratko sličnosti i razlike:
- Oni su dvomembranske organele;
- unutarnja membrana tvori izbočine: kriste su karakteristične za mitohondrije, tilakoidi su karakteristični za kloroplaste;
- imaju vlastiti genom;
- sposoban sintetizirati proteine i energiju.
Ove organele se razlikuju po svojim funkcijama: mitohondriji su namijenjeni za sintezu energije, ovdje se provodi stanično disanje, kloroplasti su potrebni biljnim stanicama za fotosintezu.
(od grčkog mitos - nit, chondrion - zrno, soma - malo tijelo) su zrnate ili nitaste organele (slika 1, a). Mitohondrije se mogu promatrati u živim stanicama, budući da imaju prilično veliku gustoću. U takvim stanicama mitohondriji se mogu kretati, kretati, spajati jedni s drugima. Mitohondrije se posebno dobro otkrivaju na preparatima obojenim na različite načine. Veličine mitohondrija nisu konstantne kod različitih vrsta, kao ni njihov oblik. Ipak, u većini stanica debljina ovih struktura je relativno konstantna (oko 0,5 mikrona), ali duljina varira, dosežući 7-60 mikrona u filamentoznim oblicima.
Mitohondriji, bez obzira na njihovu veličinu i oblik, imaju univerzalnu građu, njihova ultrastruktura je ujednačena. Mitohondriji su ograničeni s dvije membrane (slika 1b), imaju četiri podkompartmenta: mitohondrijski matriks, unutarnju membranu, membranski prostor i vanjsku membranu okrenutu prema citosolu. Vanjska membrana ga odvaja od ostatka citoplazme. Debljina vanjske membrane je oko 7 nm, nije povezana ni s jednom drugom membranom citoplazme i zatvorena je sama za sebe, tako da je membranska vrećica. Vanjska je membrana od unutarnje odvojena intermembranskim prostorom širine oko 10-20 nm. Unutarnja membrana (debljine oko 7 nm) ograničava stvarni unutarnji sadržaj mitohondrija, njegovog matriksa ili mitoplazme. Karakteristična karakteristika unutarnjih membrana mitohondrija je njihova sposobnost formiranja brojnih izbočina (nabora) unutar mitohondrija. Takve izbočine (cristae, sl. 27) najčešće imaju oblik ravnih grebena. Mitohondriji provode sintezu ATP-a, koja nastaje kao rezultat procesa oksidacije organskih supstrata i fosforilacije ADP-a.
Mitohondriji su specijalizirani za sintezu ATP-a prijenosom elektrona i oksidativnom fosforilacijom. (Slika 21-1). Iako imaju vlastitu DNK i strojeve za sintezu proteina, većina njihovih proteina je kodirana staničnom DNK i dolazi iz citosola. Štoviše, svaki protein koji ulazi u organelu mora doći do određenog pododjeljka u kojem funkcionira.
Mitohondrije su "elektrane" eukariotskih stanica. U kriste su ugrađeni enzimi koji sudjeluju u pretvaranju energije hranjivih tvari koje ulaze u stanicu izvana u energiju molekula ATP-a. ATP je "univerzalna valuta" koju stanice koriste za plaćanje svih svojih energetskih troškova. Preklapanje unutarnje membrane povećava površinu na kojoj se nalaze enzimi koji sintetiziraju ATP. Broj krista u mitohondrijima i broj samih mitohondrija u stanici je to veći, što više energije troši određena stanica. U letećim mišićima kukaca svaka stanica sadrži nekoliko tisuća mitohondrija. Njihov se broj mijenja i u procesu individualnog razvoja (ontogeneze): brojniji su u mladim embrionalnim stanicama nego u stanicama koje stare. Obično se mitohondriji nakupljaju u blizini onih dijelova citoplazme gdje postoji potreba za ATP-om koji nastaje u mitohondrijima.
Udaljenost između membrana u kristi je oko 10-20 nm. Kod protozoa, jednostaničnih algi u nekim stanicama biljaka i životinja, izrasline unutarnje membrane imaju oblik cijevi promjera oko 50 nm. To su takozvane cjevaste kriste.
Mitohondrijski matriks je homogen i ima gušću konzistenciju od hijaloplazme koja okružuje mitohondrije. Matrica sadrži tanke niti DNA i RNA, kao i mitohondrijske ribosome, na kojima se sintetiziraju neki mitohondrijski proteini. Pomoću elektronskog mikroskopa na unutarnjoj membrani i kristama sa strane matrice možete vidjeti formacije gljiva - ATP-som. To su enzimi koji tvore ATP molekule. Mogu biti do 400 po 1 mikronu.
Nekoliko proteina koje je kodiran vlastitim genomom mitohondrija nalazi se prvenstveno u unutarnjoj membrani. Obično tvore podjedinice proteinskih kompleksa, čije su ostale komponente kodirane nuklearnim genima i dolaze iz citosola. Formiranje takvih hibridnih agregata zahtijeva uravnoteženje sinteze ova dva tipa podjedinica; kako se sinteza proteina koordinira na ribosomima različitih tipova, odvojenih dvjema membranama, ostaje misterij.
Obično se mitohondriji nalaze na mjestima gdje je energija potrebna za bilo koji životni proces. Postavilo se pitanje kako se energija prenosi u stanici – da li difuzijom ATP-a i postoje li u stanicama strukture koje imaju ulogu električnih vodiča koji bi mogli energetski ujediniti područja stanice koja su međusobno udaljena. Hipoteza je da se razlika potencijala u određenom području mitohondrijske membrane prenosi duž njega i pretvara u rad u drugom području iste membrane [Skulachev VP, 1989].
Činilo se da bi same membrane mitohondrija mogle biti prikladni kandidati za istu ulogu. Osim toga, istraživače je zanimala interakcija u stanici više mitohondrija međusobno, rad cijelog ansambla mitohondrija, cijelog hondrioma - ukupnosti svih mitohondrija.
Mitohondriji su karakteristični, uz nekoliko iznimaka, za sve eukariotske stanice, i autotrofne (fotosintetske biljke) i heterotrofne (životinje, gljive) organizme. Njihova glavna funkcija povezana je s oksidacijom organskih spojeva i korištenjem energije koja se oslobađa tijekom razgradnje tih spojeva u sintezi molekula ATP-a. Stoga se mitohondrije često nazivaju elektranama stanice.
Ljudi su od pamtivijeka okretali pogled prema zvijezdama i pitali se zašto smo ovdje i jesmo li sami u svemiru. Skloni smo razmišljati o tome zašto biljke i životinje postoje, odakle smo došli, tko su nam bili preci i što je pred nama. Neka odgovor na glavno pitanje života, svemira i svega ostalog nije 42, kao što je Douglas Adams jednom tvrdio, ali nije ništa manje kratak i tajanstven - mitohondrije.
Oni nam pokazuju kako je nastao život na našoj planeti. Objašnjavaju zašto na njemu tako dugo vladaju bakterije i zašto se evolucija najvjerojatnije nigdje u svemiru nije podigla iznad razine bakterijske sluzi. Oni nam omogućuju da shvatimo kako su nastale prve složene stanice i kako se zemaljski život popeo uz ljestve uzlazne složenosti do visina slave. Oni nam pokazuju zašto su se pojavila toplokrvna stvorenja koja su se otresla okova okoliša; zašto postoje muškarci i žene, zašto se zaljubljujemo i imamo djecu. Govore nam zašto su nam dani na ovom svijetu odbrojani, zašto starimo i umiremo. Oni nam mogu reći kako da najbolje provedemo godine sumraka života, izbjegavajući starost kao teret i prokletstvo. Možda mitohondriji ne objašnjavaju smisao života, ali barem pokazuju što je. Je li moguće razumjeti smisao života, a da ne znamo kako on funkcionira?
Knjiga:
8. Zašto su mitohondriji ključ složenosti
| <<< Назад
|
Naprijed >>> |
U prethodnom poglavlju raspravljali smo o tome zašto su bakterije ostale male i jednostavne, barem što se tiče morfologije. Razlozi za to su uglavnom vezani uz selekcijski pritisak. Na eukariotske stanice i bakterije djeluju različiti faktori selekcije, jer se bakterije obično ne jedu jedna drugu. Njihov uspjeh uvelike ovisi o stopi reprodukcije. Ono, pak, uglavnom ovisi o dva čimbenika: prvo, kopiranje bakterijskog genoma je najsporija faza u reprodukciji bakterija, dakle, što je veći genom, to je replikacija sporija; i drugo, dioba stanica je energetski intenzivan proces, pa se energetski najmanje učinkovite bakterije sporije razmnožavaju. Bakterije s velikim genomima uvijek su u nepovoljnijem položaju u odnosu na suputnike s manjim genomima, jer bakterije mogu "mjenjati" gene prenoseći ih horizontalno - pokupiti korisne gene, ako je potrebno, i odbaciti ih ako ometaju život. Stoga su najkonkurentnije bakterije bakterije koje nisu opterećene genetskim materijalom.
Ako dvije stanice imaju isti broj gena i jednako učinkovit sustav za proizvodnju energije, tada će se i najmanja od njih brže razmnožavati. To je zbog činjenice da bakterije proizvode energiju kroz vanjsku staničnu membranu i apsorbiraju hranu kroz nju. Kako se veličina povećava, površina bakterija raste sporije od unutarnjeg volumena, pa se energetska učinkovitost smanjuje. Veće bakterije su manje energetski učinkovite i često nadmašuju manje bakterije. Ova energetska kazna za veliku veličinu sprječava bakterije da odu u fagocitozu, budući da zahtijeva veliku veličinu i puno energije za preoblikovanje tijela. Ne postoje bakterije koje bi se upustile u grabež u eukariotskom stilu, odnosno uhvatile bi i pojele svoj plijen. Očigledno, eukarioti su riješili ovaj problem prenoseći proizvodnju energije u stanicu.
To im je dalo relativnu neovisnost o površini i omogućilo im da se povećaju tisuće puta bez gubitka energetske učinkovitosti.
Na prvi pogled, ovaj razlog se ne oslanja na temeljnu razliku između bakterija i eukariota. Neke bakterije imaju vrlo složen sustav unutarnjih membrana, što ih u načelu oslobađa od ograničenja povezanih s omjerom površine i volumena, ali takve su bakterije još uvijek daleko od eukariota u smislu veličine i složenosti. Zašto? U ovom poglavlju raspravljamo o mogućem odgovoru, a to je da su mitohondriji potrebni geni za kontrolu disanja na velikom području unutarnjih membrana. Svi poznati mitohondriji zadržali su kontingent vlastitih gena. Ovi geni su vrlo osebujni, a mitohondriji su ih mogli sačuvati zbog prirode njihovog simbiotskog odnosa sa stanicom domaćinom. Bakterije su lišene ove prednosti. Njihov način odbacivanja viška spriječio ih je da steknu pravi set gena za kontrolu proizvodnje energije, a to je ono što ih sprječava da po veličini i složenosti budu jednaki eukariotima.
Da bismo razumjeli zašto su mitohondrijski geni toliko važni i zašto bakterije ne mogu steći pravi skup gena za sebe, morat ćemo još dublje pogledati bliski odnos između stanica koje su ušle u eukariotsku simbiozu prije dvije milijarde godina. Počnimo tamo gdje smo stali u prvom dijelu knjige. Tu smo ostavili himernog eukariota u fazi kada je već imao mitohondrije, ali još nije imao jezgru. Budući da je eukariotska stanica, po definiciji, stanica s "pravom" jezgrom, ne možemo mirne savjesti našu himeru nazvati eukariotom. Zato razmislimo o faktorima selekcije koji su ovo čudno stvorenje pretvorili u eukariotsku stanicu. Ovi čimbenici su ključ ne samo za nastanak eukariotske stanice, već i za nastanak prave složenosti, jer objašnjavaju zašto su bakterije ostale bakterije, odnosno zašto prirodna selekcija nije bila dovoljna za nastanak složenih eukariota, i simbiozu također bio potreban.
Podsjetimo da je ključ hipoteze o vodiku prijenos gena iz simbionta u stanicu domaćina. To nije zahtijevalo nikakve evolucijske inovacije, osim onih koje su već bile u stanicama koje su ušle u blisku simbiozu. Znamo da su se geni preselili iz mitohondrija u jezgru, jer moderni mitohondriji imaju malo gena, a mnogi geni u jezgri su mitohondrijalnog podrijetla (to sigurno znamo, jer se nalaze u mitohondrijima drugih vrsta koje su izgubile drugačije skup gena). U svim vrstama mitohondriji su izgubili veliku većinu svojih gena – vjerojatno nekoliko tisuća. Koliko ih je ušlo u jezgru, a koliko se upravo izgubilo, sporno je, ali očito je mnogo stotina gena ušlo u jezgru.
Za one koji nisu upoznati s posebnostima organizacije DNK, ovo se može činiti nevjerojatnim: kako to da su geni mitohondrija upravo uzeli i završili u jezgri? Oprostite, ali ovo je kao da izvučete zeca iz šešira. Kako je ovo moguće? Zapravo, takvi su skokovi gena česti kod bakterija. Već smo govorili o horizontalnom prijenosu gena, o tome da bakterije u međuvremenu "biru" gene iz okoline. Pod okolišem obično mislimo na okoliš izvan stanice, ali pokupiti gene izravno iz stanice još je lakše.
Pretpostavimo da bi se prvi mitohondriji mogao podijeliti unutar stanice domaćina. Danas jedna stanica sadrži desetke ili stotine mitohondrija, a čak i nakon dvije milijarde godina unutarstanične egzistencije one se i dalje manje-više samostalno dijele. Stoga nije teško zamisliti da je u početku stanica domaćin imala dva ili čak više mitohondrija. Sada zamislite da je jedan od njih umro, na primjer, zbog nedostatka hrane. Njegovi geni pronađeni su u citoplazmi stanice domaćina. Neki od njih će se izgubiti, ali će neki završiti u jezgri normalnim prijenosom gena. U principu, ovaj se proces mogao ponoviti kad god bi mitohondrij umro, i svaki put kada bi stanica domaćina primila još nekoliko gena.
Takva shema može se činiti nategnutom ili previše apstraktnom, ali nije. Koliko takav proces može biti brz i kontinuiran u evolucijskom smislu, pokazao je Jeremy Timmis i njegovi kolege sa Sveučilišta Adelaide (Australija) u članku objavljenom u časopisu Priroda 2003. godine ti istraživači nisu bili zainteresirani za mitohondrije, već za kloroplaste (organele odgovorne za fotosintezu u biljkama), ali u mnogo čemu su kloroplasti i mitohondriji slični: oboje su poluautonomne organele odgovorne za proizvodnju energije; obje su nekoć bile slobodno živuće bakterije i zadržale su svoj genom, iako malen. Timmis i njegovi kolege otkrili su da je stopa prijenosa gena kloroplasta u jezgru otprilike jedan prijenos na svakih 16.000 sjemenki duhana. Nicotiana tabacum. Možda se ne čini puno, ali jedna biljka duhana godišnje proizvede do milijun sjemenki, odnosno jedna biljka u svakoj generaciji da više od 60 sjemenki u kojima je barem jedan gen za kloroplast prebačen u jezgru.
Mitohondrijski geni se prenose u jezgru na sličan način. Realnost takvog prijenosa gena u prirodi potvrđuje otkriće dupliciranja gena kloroplasta i mitohondrija u nuklearnim genomima mnogih vrsta – drugim riječima, isti gen je prisutan u mitohondriju ili kloroplastu, te u jezgri. Projekt Ljudski genom pokazao je da su ljudi doživjeli najmanje 354 odvojena, neovisna prijenosa mitohondrijske DNK u jezgru. Takve sekvence DNK nazivaju se nuklearnim mitohondrijskim sekvencama ( broj). Oni predstavljaju (dio po dio) cijeli mitohondrijski genom; neki se komadi ponavljaju mnogo puta, a neki ne. Kod primata i drugih sisavaca ove su sekvence redovito prenosile u jezgru tijekom posljednjih 58 milijuna godina, a postoji razlog za vjerovanje da je taj proces započeo mnogo ranije. Budući da se DNK u mitohondrijima razvija brže od DNK u jezgri, slijed "slova" u numts je nešto poput "vremenske kapsule" koja vam omogućuje prosuđivanje kako je mitohondrijska DNK izgledala u dalekoj prošlosti. Treba napomenuti da takve "vanzemaljske" sekvence mogu biti prilično zbunjujuće; jednom su ih zamijenili za DNK dinosaura, a onda se cijela skupina istraživača jako posramila.
Prijenos gena nastavlja se do danas i ponekad dolazi u oči znanstvenika. Primjerice, 2003. Clesson Turner, koji je tada radio u Walter Reed National Military Medical Center (Washington, SAD), i njegovi kolege pokazali su da je spontani prijenos mitohondrijske DNK u jezgru uzrokovao rijetku genetsku bolest kod jednog pacijenta - Pallister-Hall sindrom... Međutim, koja je uloga takvih genetskih prijenosa u panteonu nasljednih bolesti u cjelini nije poznata.
| <<< Назад
|
Naprijed >>> |
Geni koji ostaju tijekom evolucije u "energetskim stanicama stanice" pomažu u izbjegavanju problema u upravljanju: ako se nešto pokvari u mitohondrijima, može to sam popraviti, ne čekajući dopuštenje "centra".
Naše će stanice primati energiju pomoću posebnih organela zvanih mitohondrije, koje se često nazivaju energetskim stanicama stanice. Izvana izgledaju kao cisterne s dvostrukom stijenkom, a unutarnja stijenka je vrlo neravna, s brojnim jakim invaginacijama.
Stanica s jezgrom (obojena plavo) i mitohondrijima (obojena crvenom bojom). (Fotografija NICHD / Flickr.com.)
Mitohondriji u presjeku; izrasline unutarnje membrane vidljive su kao uzdužne unutarnje pruge. (Fotografija Visuals Unlimited / Corbis.)
U mitohondrijima se odvija ogroman broj biokemijskih reakcija tijekom kojih se molekule "hrane" postupno oksidiraju i razgrađuju, a energija njihovih kemijskih veza pohranjuje se u obliku prikladnom za stanicu. No, osim toga, te "elektrane" imaju vlastitu DNK s genima, koje opslužuju vlastiti molekularni strojevi koji osiguravaju sintezu RNA s naknadnom sintezom proteina.
Vjeruje se da su mitohondrije u dalekoj prošlosti bile samostalne bakterije koje su jela neka druga jednostanična bića (najvjerojatnije arheje). Ali jednog dana "grabežljivci" su odjednom prestali probaviti progutane proto-mitohondrije, držeći ih u sebi. Počelo je dugo mljevenje simbionta međusobno; Kao rezultat toga, oni koji su bili progutani postali su mnogo jednostavnije strukture i postali su unutarstanične organele, a njihovi "vlasnici" su se mogli dalje, zahvaljujući učinkovitijoj energiji, razvijati u sve složenije oblike života, sve do biljaka i životinja. .
Da su mitohondriji nekoć bili neovisni svjedoče ostaci njihovog genetskog aparata. Naravno, ako živite unutra sa svime spremnim, potreba za održavanjem vlastitih gena nestaje: DNK modernih mitohondrija u ljudskim stanicama sadrži samo 37 gena – naspram 20-25 tisuća onih sadržanih u nuklearnoj DNK. Mnogi mitohondrijski geni su se preselili u staničnu jezgru tijekom milijuna godina evolucije: proteini koje kodiraju sintetiziraju se u citoplazmi, a zatim transportiraju u mitohondrije. Međutim, odmah se postavlja pitanje: zašto je 37 gena još uvijek ostalo tamo gdje su bili?
Mitohondrije, ponavljamo, nalazimo u svim eukariotskim organizmima, odnosno u životinjama, i u biljkama, i u gljivama, i u protozoama. Ian Johnston ( Iain Johnston) sa Sveučilišta Birmingham i Ben Williams ( Ben P. Williams) s Instituta Whitehead analizirali su više od 2000 mitohondrijalnih genoma uzetih od različitih eukariota. Koristeći poseban matematički model, znanstvenici su uspjeli shvatiti koji od gena će vjerojatnije ostati u mitohondrijima tijekom evolucije.
Uvriježeno je mišljenje da je ljudska izdržljivost povezana s treningom srčanog mišića, te da je za to potrebno dugo vremena obavljati rad niskog intenziteta.
U stvarnosti, to nije slučaj: izdržljivost je neraskidivo povezana s mitohondrijima unutar mišićnih vlakana. Stoga trening izdržljivosti nije ništa drugo nego razvoj maksimalne količine mitohondrija unutar svakog mišićnog vlakna.
I od maksimalni broj mitohondrija ograničen je prostorom unutar mišićnog vlakna, zatim je razvoj izdržljivosti ograničen brojem mišića koji su prisutni kod određene osobe.
Ukratko govoreći: što osoba ima više mitohondrija unutar određenih mišićnih skupina, to su te specifične mišićne skupine otpornije.
I najvažnije: nema opće izdržljivosti. Postoji samo lokalna izdržljivost određenih mišićnih skupina.
mitohondrije. Što je
Mitohondriji su posebne organele (strukture) unutar stanica ljudskog tijela koje su odgovorne za proizvodnju energije za mišićne kontrakcije. Ponekad se nazivaju elektranama ćelije.
U ovom slučaju, proces proizvodnje energije unutar mitohondrija događa se u prisutnosti kisika. Kisik čini proces dobivanja energije unutar mitohondrija što učinkovitijim kada se uspoređuje proces dobivanja energije bez kisika.
Gorivo za proizvodnju energije mogu biti potpuno različite tvari: mast, glikogen, glukoza, laktat, vodikovi ioni.
Mitohondrije i izdržljivost. Kako se to događa
S kontrakcijom mišića uvijek se pojavljuje rezidualni produkt. To je obično mliječna kiselina, kemijski spoj koji se sastoji od laktata i vodikovih iona.
Kako se vodikovi ioni nakupljaju unutar mišićnog vlakna (mišićne stanice), vodikovi ioni počinju ometati proces dobivanja energije za kontrakciju mišićnih vlakana. I čim koncentracija vodikovih iona dosegne kritičnu razinu, kontrakcija mišića prestaje. I ovaj trenutak može ukazivati na maksimalnu razinu izdržljivosti određene mišićne skupine.
Mitohondriji imaju sposobnost apsorbirati vodikove ione i interno ih reciklirati.
Ispada sljedeća situacija. Ako unutar mišićnih vlakana postoji veliki broj mitohondrija, tada su u stanju iskoristiti veću količinu vodikovih iona. To znači dulji rad određenog mišića bez potrebe zaustavljanja napora.
U idealnom slučaju, ako su mitohondriji unutar radnih mišićnih vlakana dovoljni da iskoriste cjelokupnu količinu vodikovih iona koji se formiraju, tada takvo mišićno vlakno postaje praktički neumorno i može nastaviti raditi sve dok ima dovoljno hranjivih tvari za mišićnu kontrakciju.
Primjer.
Gotovo svatko od nas može dugo hodati brzim tempom, ali ubrzo smo prisiljeni prestati trčati brzim tempom. Zašto je ovako?
Kod brzog hoda tzv. oksidativna i srednja mišićna vlakna. Oksidativna mišićna vlakna karakteriziraju najveći mogući broj mitohondrija, grubo govoreći, mitohondrija je 100%.
U srednjim mišićnim vlaknima mitohondrija je osjetno manje, neka bude 50% od maksimalnog iznosa. Kao rezultat toga, vodikovi ioni postupno se počinju nakupljati unutar srednjih mišićnih vlakana, što bi trebalo dovesti do prestanka kontrakcije mišićnih vlakana.
Ali to se ne događa zbog činjenice da vodikovi ioni prodiru u oksidativna mišićna vlakna, gdje se mitohondriji lako mogu nositi s njihovom iskorištavanjem.
Kao rezultat toga, u mogućnosti smo nastaviti se kretati sve dok u tijelu ima dovoljno glikogena, kao i zaliha masti unutar radnih oksidativnih mišićnih vlakana. Tada ćemo se morati odmoriti kako bismo napunili svoje rezerve energije.
U slučaju brzog trčanja, osim spomenutih oksidativnih i srednjih mišićnih vlakana, tzv. glikolitička mišićna vlakna u kojima gotovo da nema mitohondrija. Stoga su glikolitička mišićna vlakna sposobna raditi samo kratko, ali iznimno intenzivno. Tako se povećava brzina trčanja.
Tada ukupan broj vodikovih iona postaje toliki da ih cijeli broj dostupnih mitohondrija na istom mjestu više ne može iskoristiti. Dolazi do odbijanja izvođenja rada predloženog intenziteta.
Ali što bi se dogodilo kada bi sve mišićne skupine unutar sebe imale samo oksidativna mišićna vlakna?
U tom slučaju mišićna skupina s oksidativnim vlaknima postaje neumorna. Njegova izdržljivost postaje jednaka beskonačnosti (pod uvjetom da postoji dovoljna količina hranjivih tvari - masti i glikogena).
Izvlačimo sljedeći zaključak: Za trening izdržljivosti razvoj mitohondrija unutar radnih mišićnih vlakana je od primarne važnosti. Zahvaljujući mitohondrijima postiže se izdržljivost mišićnih skupina.
Ne postoji opća izdržljivost tijela, jer je izdržljivost (sposobnost obavljanja rada predloženog intenziteta) povezana s prisutnošću mitohondrija u mišićima koji rade. Što više mitohondrija ima, to su mišići sposobniji pokazati više izdržljivosti.
