Mitocondriile sunt organite cu membrană microscopică care furnizează energie celulei. Prin urmare, ele sunt numite stații de energie (acumulatori) de celule.
Mitocondriile sunt absente în celulele protozoarelor, bacteriilor, entamebului, care trăiesc fără utilizarea oxigenului. Unele alge verzi, tripanosomii, conțin o mitocondrie mare, iar celulele mușchiului inimii și ale creierului au de la 100 la 1000 din aceste organite.
Caracteristici structurale
Mitocondriile aparțin organelor cu două membrane, au membrane exterioare și interioare, un spațiu intermembranar între ele și o matrice.
Membrana exterioară... Este neted, nu are pliuri, delimitează conținutul intern de citoplasmă. Lățimea sa este de 7 nm, conține lipide și proteine. Porina, o proteină care formează canale în membrana exterioară, joacă un rol important. Acestea asigură schimbul ionic și molecular.
Spațiul intermembranar... Dimensiunea spațiului intermembranar este de aproximativ 20 nm. Substanța care îl umple este similară în compoziție cu citoplasma, cu excepția moleculelor mari care pot pătrunde aici numai prin transport activ.
Membrana interioară... Este construit în principal din proteine, doar o treime este alocată substanțelor lipidice. Un număr mare de proteine sunt proteine de transport, deoarece membrana interioară este lipsită de pori liber transabili. Formează multe creșteri - criste, care arată ca niște creste aplatizate. Oxidarea compușilor organici la CO 2 în mitocondrii are loc pe membranele cristelor. Acest proces este dependent de oxigen și se desfășoară sub acțiunea ATP sintetazei. Energia eliberată este stocată sub formă de molecule de ATP și utilizată după cum este necesar.
Matrice- mediul intern al mitocondriilor, are o structură granulară omogenă. Într-un microscop electronic, puteți vedea granule și fire în bile care se află liber între criste. Matricea conține un sistem semi-autonom de sinteză a proteinelor - ADN, toate tipurile de ARN, ribozomii sunt localizați aici. Dar totuși, majoritatea proteinelor provin din nucleu, motiv pentru care mitocondriile sunt numite organite semi-autonome.
Amenajarea și divizarea coliviei
Condrioame Este un grup de mitocondrii care sunt concentrate într-o singură celulă. Acestea sunt localizate diferit în citoplasmă, care depinde de specializarea celulelor. Plasarea în citoplasmă depinde și de organele și incluziunile înconjurătoare. În celulele vegetale, acestea ocupă periferia, deoarece vacuola centrală se deplasează către membrana mitocondrială. În celulele epiteliului renal, membrana formează proeminențe, între care există mitocondrii.
În celulele stem, unde energia este utilizată uniform de toate organitele, mitocondriile sunt plasate aleatoriu. În celulele specializate, acestea sunt concentrate în principal în locurile cu cel mai mare consum de energie. De exemplu, în mușchii striați, aceștia sunt localizați în apropierea miofibrilelor. În spermatozoizi, aceștia acoperă în spirală axa flagelului, deoarece este necesară multă energie pentru a-l pune în mișcare și a muta sperma. Protozoarele, care se mișcă cu ajutorul cililor, conțin, de asemenea, un număr mare de mitocondrii la baza lor.
Divizia... Mitocondriile sunt capabile de reproducere independentă, având propriul lor genom. Organele sunt împărțite folosind constrângeri sau partiții. Formarea de noi mitocondrii în diferite celule diferă în frecvență, de exemplu, în țesutul hepatic, acestea sunt înlocuite la fiecare 10 zile.
Funcții în cușcă
- Funcția principală a mitocondriilor este formarea moleculelor de ATP.
- Depunerea ionilor de calciu.
- Participarea la schimbul de apă.
- Sinteza precursorilor hormonilor steroizi.
Biologia moleculară este știința care studiază rolul mitocondriilor în metabolism. De asemenea, transformă piruvatul în acetil-coenzima A, beta-oxidarea acizilor grași.
| Tabel: structura și funcția mitocondriilor (pe scurt) | ||
|---|---|---|
| Elemente structurale | Structura | Funcții |
| Membrana exterioară | Coaja netedă, construită din lipide și proteine | Separa conținutul intern de citoplasmă |
| Spațiul intermembranar | Există ioni de hidrogen, proteine, micromolecule | Creează un gradient de protoni |
| Membrana interioară | Formează proeminențe - criste, conține sisteme de transport proteic | Transferul macromoleculelor, menținerea gradientului de protoni |
| Matrice | Localizarea enzimelor ciclului Krebs, ADN, ARN, ribozomi | Oxidarea aerobă cu eliberare de energie, conversia piruvatului în acetil coenzima A. |
| Ribozomi | Au combinat două subunități | Sinteza proteinei |
Asemănări între mitocondrii și cloroplaste
Proprietățile comune pentru mitocondrii și cloroplaste se datorează în primul rând prezenței unei membrane duble.
Semnele similitudinii rezidă, de asemenea, în capacitatea de a sintetiza proteine pe cont propriu. Aceste organite au propriul ADN, ARN, ribozomi.
Atât mitocondriile, cât și cloroplastele se pot diviza prin constricție.
De asemenea, sunt uniți de capacitatea de a produce energie, mitocondriile sunt mai specializate în această funcție, dar cloroplastele în timpul proceselor fotosintetice formează și molecule de ATP. Deci, celulele vegetale au mai puține mitocondrii decât animalele, deoarece cloroplastele îndeplinesc parțial funcțiile pentru ele.
Să descriem pe scurt asemănările și diferențele:
- Sunt organite cu două membrane;
- membrana interioară formează proeminențe: cristae sunt caracteristice mitocondriilor, tilacoidele sunt caracteristice cloroplastelor;
- au propriul lor genom;
- capabil să sintetizeze proteine și energie.
Aceste organite diferă prin funcțiile lor: mitocondriile sunt destinate sintezei energiei, respirația celulară se efectuează aici, cloroplastele sunt necesare de către celulele vegetale pentru fotosinteză.
(din grecescul mitos - fir, chondrion - bob, soma - corp mic) sunt organite granulare sau filamentoase (Fig. 1, a). Mitocondriile pot fi observate în celulele vii, deoarece au o densitate destul de mare. În astfel de celule, mitocondriile se pot mișca, mișca, fuziona între ele. Mitocondriile sunt deosebit de bine detectate pe preparatele colorate în diferite moduri. Dimensiunile mitocondriilor nu sunt constante la diferite specii, forma lor este, de asemenea, schimbătoare. Cu toate acestea, în majoritatea celulelor, grosimea acestor structuri este relativ constantă (aproximativ 0,5 microni), dar lungimea fluctuează, ajungând la 7-60 microni în forme filamentoase.
Mitocondriile, indiferent de dimensiunea și forma lor, au o structură universală, ultrastructura lor este uniformă. Mitocondriile sunt limitate de două membrane (Fig. 1b), au patru subcompartimente: matricea mitocondrială, membrana interioară, spațiul membranei și membrana exterioară orientată spre citosol. O membrană exterioară o separă de restul citoplasmei. Grosimea membranei exterioare este de aproximativ 7 nm, nu este conectată cu alte membrane ale citoplasmei și este închisă în sine, astfel încât este o pungă de membrană. Membrana exterioară este separată de membrana interioară printr-un spațiu intermembranar cu o lățime de aproximativ 10-20 nm. Membrana interioară (aproximativ 7 nm grosime) limitează conținutul interior real al mitocondriilor, al matricei sale sau al mitoplasmei. O trăsătură caracteristică a membranelor interioare ale mitocondriilor este capacitatea lor de a forma numeroase proeminențe (pliuri) în interiorul mitocondriilor. Astfel de proeminențe (criste, Fig. 27) au cel mai adesea forma unor creste plate. Mitocondriile efectuează sinteza ATP, care apare ca urmare a proceselor de oxidare a substraturilor organice și fosforilarea ADP.
Mitocondriile sunt specializate în sinteza ATP prin transport de electroni și fosforilare oxidativă. (Figura 21-1). Deși au propriile lor mașini de sinteză a ADN-ului și proteinelor, majoritatea proteinelor lor sunt codificate de ADN celular și provin din citosol. Mai mult, fiecare proteină care intră în organet trebuie să ajungă la un anumit subcompartiment în care funcționează.
Mitocondriile sunt „centralele electrice” ale celulelor eucariote. Enzimele sunt încorporate în cripă, care sunt implicate în conversia energiei nutrienților care intră în celulă din exterior în energia moleculelor ATP. ATP este „moneda universală” pe care celulele o folosesc pentru a-și plăti toate cheltuielile de energie. Plierea membranei interioare mărește suprafața pe care se află enzimele care sintetizează ATP. Numărul de criste din mitocondrii și numărul de mitocondrii în sine într-o celulă este cu atât mai mare, cu cât o celulă dată cheltuie mai multă energie. La mușchii care zboară la insecte, fiecare celulă conține câteva mii de mitocondrii. Numărul lor se schimbă și în procesul de dezvoltare individuală (ontogeneză): sunt mai numeroși în celulele embrionare tinere decât în celulele îmbătrânite. De obicei, mitocondriile se acumulează în apropierea acelor părți ale citoplasmei în care este nevoie de ATP, care se formează în mitocondrii.
Distanța dintre membrane în crista este de aproximativ 10-20 nm. În protozoare, alge unicelulare din unele celule de plante și animale, excrescențele membranei interioare au forma unor tuburi cu diametrul de aproximativ 50 nm. Acestea sunt așa-numitele criste tubulare.
Matricea mitocondrială este omogenă și are o consistență mai densă decât hialoplasma care înconjoară mitocondriile. Matricea conține fire subțiri de ADN și ARN, precum și ribozomi mitocondriale, pe care sunt sintetizate unele proteine mitocondriale. Cu ajutorul unui microscop electronic, formațiuni asemănătoare ciupercilor - ATP-soms - pot fi văzute pe membrana interioară și cristae din partea matricei. Acestea sunt enzime care formează molecule de ATP. Pot fi de până la 400 la 1 micron.
Puținele proteine care sunt codificate de propriul genom al mitocondriilor sunt situate în primul rând în membrana interioară. De obicei formează subunități ale complexelor proteice, ale căror alte componente sunt codificate de gene nucleare și provin din citosol. Formarea unor astfel de agregate hibride necesită echilibrarea sintezei acestor două tipuri de subunități; modul în care sinteza proteinelor este coordonată pe ribozomi de diferite tipuri, separați prin două membrane, rămâne un mister.
De obicei, mitocondriile sunt situate în locuri în care energia este necesară pentru orice proces de viață. A apărut întrebarea cu privire la modul în care energia este transportată în celulă - dacă prin difuzie a ATP și dacă există structuri în celule care joacă rolul de conductori electrici care ar putea uni energetic zone ale celulei care sunt îndepărtate unele de altele. Ipoteza este că diferența de potențial într-o anumită zonă a membranei mitocondriale este transmisă de-a lungul acesteia și se transformă în lucru într-o altă zonă a aceleiași membrane [Skulachev VP, 1989].
Se părea că membranele mitocondriilor în sine ar putea fi candidați potriviți pentru același rol. În plus, cercetătorii au fost interesați de interacțiunea în celulă a mitocondriilor multiple între ele, munca întregului ansamblu de mitocondrii, întregul condriom - totalitatea tuturor mitocondriilor.
Mitocondriile sunt caracteristice, cu puține excepții, pentru toate celulele eucariote, atât organisme autotrofe (plante fotosintetice), cât și organisme heterotrofe (animale, ciuperci). Funcția lor principală este asociată cu oxidarea compușilor organici și utilizarea energiei eliberate în timpul descompunerii acestor compuși în sinteza moleculelor de ATP. Prin urmare, mitocondriile sunt deseori numite centrale electrice ale celulei.
Din timpuri imemoriale, oamenii și-au întors ochii spre stele și s-au întrebat de ce suntem aici și dacă suntem singuri în univers. Tindem să ne gândim la motivele pentru care există plante și animale, de unde am venit, cine erau strămoșii noștri și ce ne aștepta. Răspunsul la întrebarea principală despre viață, Univers și orice altceva nu 42, așa cum a susținut cândva Douglas Adams, dar nu este mai puțin scurt și misterios - mitocondriile.
Ele ne arată cum a început viața pe planeta noastră. Aceștia explică de ce bacteriile au domnit asupra ei atât de mult timp și de ce evoluția nu a crescut cel mai probabil peste nivelul mucoasei bacteriene oriunde în univers. Ele ne permit să înțelegem cum au apărut primele celule complexe și cum viața pământească a urcat pe scara complexității ascendente până la înălțimile gloriei. Ele ne arată de ce au apărut creaturi cu sânge cald, scuturând cătușele mediului; de ce sunt bărbați și femei, de ce ne îndrăgostim și avem copii. Ei ne spun de ce zilele noastre în această lume sunt numărate, de ce îmbătrânim și murim. Ne pot spune cel mai bun mod de a petrece anii crepusculari ai vieții, evitând bătrânețea ca o povară și un blestem. Poate că mitocondriile nu explică sensul vieții, dar cel puțin arată ce este. Este posibil să înțelegem sensul vieții fără să știm cum funcționează?
Carte:
8. De ce mitocondriile sunt cheia complexității
| <<< Назад
|
Înainte >>> |
În capitolul anterior, am discutat de ce bacteriile au rămas mici și simple, cel puțin din punct de vedere morfologic. Motivele pentru acest lucru sunt legate în principal de presiunea de selecție. Diferiti factori de selectie actioneaza asupra celulelor eucariote si a bacteriilor, deoarece bacteriile de obicei nu se mananca reciproc. Succesul lor depinde în mare măsură de rata reproducerii. La rândul său, depinde în principal de doi factori: în primul rând, copierea genomului bacterian este cea mai lentă etapă a reproducerii bacteriene, prin urmare, cu cât genomul este mai mare, cu atât este mai lentă replicarea; și în al doilea rând, diviziunea celulară este un proces intensiv în energie, astfel încât bacteriile cel mai puțin eficiente din punct de vedere energetic se înmulțesc mai lent. Bacteriile cu genomi mari sunt întotdeauna în dezavantaj față de însoțitorii cu genomi mai mici, deoarece bacteriile pot „schimba” genele transferându-le orizontal - preluând gene utile, dacă este necesar, și aruncându-le dacă interferează cu viața. Prin urmare, cele mai competitive bacterii sunt bacteriile care nu sunt împovărate cu material genetic.
Dacă două celule au același număr de gene și sisteme de producere a energiei la fel de eficiente, atunci cea mai mică dintre ele se va reproduce mai repede. Acest lucru se datorează faptului că bacteriile produc energie prin membrana celulară exterioară și absorb alimentele prin ea. Pe măsură ce mărimea crește, suprafața bacteriilor crește mai lent decât volumul intern, astfel încât eficiența energetică scade. Bacteriile mai mari sunt mai puțin eficiente din punct de vedere energetic și deseori depășesc bacteriile mai mici. Această penalizare energetică pentru dimensiuni mari împiedică bacteriile să intre în fagocitoză, deoarece necesită atât dimensiuni mari, cât și multă energie pentru a remodela corpul. Nu există bacterii care să se angajeze în prădare în stil eucariot, adică și-ar prinde și își vor mânca prada. Aparent, eucariotele au rezolvat această problemă transferând producția de energie în celulă.
Acest lucru le-a dat o relativă independență față de suprafață și le-a permis să crească în dimensiuni de mii de ori fără a pierde eficiența energetică.
La prima vedere, acest motiv nu se bazează pe diferența fundamentală dintre bacterii și eucariote. Unele bacterii au sisteme de membrană internă extrem de complexe, care, în principiu, le eliberează de restricțiile asociate raportului dintre suprafață și volum, dar astfel de bacterii sunt încă departe de eucariote în ceea ce privește dimensiunea și complexitatea. De ce? În acest capitol, discutăm un posibil răspuns, care este că mitocondriile au nevoie de gene pentru a controla respirația pe o arie mare de membrane interne. Toate mitocondriile cunoscute și-au păstrat un contingent din propriile gene. Aceste gene sunt foarte specifice, iar mitocondriile au reușit să le păstreze datorită naturii relației lor simbiotice cu celula gazdă. Bacteriile sunt private de acest avantaj. Modul lor de a elimina excesul le-a împiedicat să dobândească setul potrivit de gene pentru a controla producția de energie, iar acest lucru le împiedică să fie egale cu eucariotele în ceea ce privește dimensiunea și complexitatea.
Pentru a înțelege de ce genele mitocondriale sunt atât de importante și de ce bacteriile nu pot dobândi setul potrivit de gene pentru ele, va trebui să ne uităm și mai adânc în relația strânsă dintre celulele care au intrat în simbioza eucariotă acum două miliarde de ani. Să începem de unde am rămas în prima parte a cărții. Acolo am lăsat eucariotul himeric într-o etapă în care avea deja mitocondrii, dar nu avea încă un nucleu. Deoarece o celulă eucariotă este, prin definiție, o celulă cu un nucleu „real”, nu putem, cu o conștiință curată, să numim himera noastră eucariotă. Deci, să ne gândim la factorii de selecție care au transformat această creatură ciudată într-o celulă eucariotă. Acești factori sunt cheia nu numai pentru originea celulei eucariote, ci și pentru originea adevăratei complexități, deoarece explică de ce bacteriile au rămas bacterii sau, mai bine zis, de ce selecția naturală nu a fost suficientă pentru apariția eucariotelor complexe și simbioză era de asemenea nevoie.
Amintiți-vă că cheia ipotezei hidrogenului este transferul de gene de la simbiont la celula gazdă. Acest lucru nu a necesitat nicio inovație evolutivă, cu excepția celor care se aflau deja în celule care au intrat în strânsă simbioză. Știm că genele s-au mutat de la mitocondrii la nucleu, deoarece mitocondriile moderne au puține gene, iar multe gene din nucleu sunt de origine mitocondrială (știm acest lucru cu siguranță, deoarece se află în mitocondriile altor specii care au pierdut o altă set de gene). La toate speciile, mitocondriile și-au pierdut marea majoritate a genelor - probabil câteva mii. Câți dintre ei au intrat în nucleu și câți tocmai s-au pierdut este un punct discutabil, dar, aparent, multe sute de gene au intrat în nucleu.
Pentru cei care nu sunt familiarizați cu particularitățile organizării ADN-ului, acest lucru poate părea incredibil: cum este faptul că genele mitocondriilor tocmai au luat și au ajuns în nucleu? Ne pare rău, dar este ca și cum ai scoate un iepure dintr-o pălărie. Cum este posibil acest lucru? De fapt, astfel de salturi genetice sunt frecvente la bacterii. Am vorbit deja despre transferul orizontal de gene, despre faptul că bacteriile între timp „culeg” gene din mediul înconjurător. Prin mediu, ne referim de obicei la mediul din afara celulei, dar preluarea genelor direct din celulă este și mai ușoară.
Să presupunem că primele mitocondrii s-ar putea divide în celula gazdă. Astăzi, o celulă conține zeci sau sute de mitocondrii și chiar și după două miliarde de ani de existență intracelulară, acestea se divid încă mai mult sau mai puțin independent. Prin urmare, nu este dificil să ne imaginăm că la început celula gazdă avea două sau chiar mai multe mitocondrii. Acum imaginați-vă că unul dintre ei a murit, de exemplu, din cauza lipsei de hrană. Genele sale au fost găsite în citoplasma celulei gazdă. Unele dintre ele se vor pierde, dar altele vor ajunge în nucleu prin transfer normal de gene. În principiu, acest proces ar putea fi repetat ori de câte ori a murit o mitocondrie și de fiecare dată când celula gazdă a primit încă câteva gene.
O astfel de schemă poate părea exagerată sau prea abstractă, dar nu este. Cât de rapid și continuu poate fi un astfel de proces în termeni evolutivi, a arătat-o Jeremy Timmis și colegii săi de la Universitatea din Adelaide (Australia) într-un articol publicat în revista Naturăîn 2003, acești cercetători nu erau interesați de mitocondrii, ci de cloroplaste (organite responsabile de fotosinteza plantelor), dar în multe privințe cloroplastele și mitocondriile sunt similare: ambele sunt organite semi-autonome responsabile de producerea de energie; ambele au fost cândva bacterii libere și și-au păstrat genomul, deși mic. Timmis și colegii săi au constatat că rata de transfer a genelor de cloroplast în nucleu este de aproximativ un transfer pentru fiecare 16.000 de semințe de tutun. Nicotiana tabacum. S-ar putea să nu pară prea mult, dar o plantă de tutun produce până la un milion de semințe pe an, adică o plantă din fiecare generație produce mai mult de 60 de semințe, în care cel puțin o genă cloroplastică a fost transferată în nucleu.
Genele mitocondriale sunt transferate în nucleu în mod similar. Realitatea unui astfel de transfer de gene în natură este confirmată de descoperirea de duplicări ale genelor cloroplastice și mitocondriale în genomurile nucleare ale multor specii - cu alte cuvinte, aceeași genă este prezentă în mitocondrie sau cloroplast și în nucleu. Proiectul genomului uman a arătat că oamenii au experimentat cel puțin 354 de transferuri separate, independente de ADN mitocondrial în nucleu. Astfel de secvențe de ADN se numesc secvențe mitocondriale nucleare ( numt). Ele reprezintă (bucată cu bucată) întregul genom mitocondrial; unele piese se repetă de multe ori, iar altele nu. La primate și alte mamifere, aceste secvențe au fost transferate în mod regulat în nucleu în ultimii 58 de milioane de ani și există motive să credem că acest proces a început mult mai devreme. Deoarece ADN-ul din mitocondrii evoluează mai repede decât ADN-ul din nucleu, secvența „literelor” din amorțeli- acesta este ceva de genul „capsulei timpului” care vă permite să judecați cum arăta ADN-ul mitocondrial în trecutul îndepărtat. Trebuie remarcat faptul că astfel de secvențe „extraterestre” pot fi destul de confuze; odată ce au fost confundate cu ADN-ul dinozaurilor, apoi un întreg grup de cercetători s-a rușinat foarte mult.
Transferul de gene continuă până în prezent și uneori ajunge în atenția oamenilor de știință. De exemplu, în 2003, Clesson Turner, care lucra atunci la Centrul Medical Militar Național Walter Reed (Washington, SUA) și colegii săi, au arătat că transferul spontan de ADN mitocondrial în nucleu a cauzat o boală genetică rară la un singur pacient - Pallister- Sindromul Hall ... Cu toate acestea, nu se cunoaște rolul unor astfel de transferuri genetice în panteonul bolilor ereditare în ansamblu.
| <<< Назад
|
Înainte >>> |
Genele rămase în cursul evoluției în „stațiile energetice ale celulei” ajută la evitarea problemelor de gestionare: dacă se sparge ceva în mitocondrie, îl poate rezolva singur, fără a aștepta permisiunea de la „centru”.
Celulele noastre vor primi energie folosind organite speciale numite mitocondrii, care sunt adesea numite stații de energie ale celulei. În exterior, arată ca niște cisterne cu un perete dublu, iar peretele interior este foarte neuniform, cu numeroase invaginații puternice.
O celulă cu un nucleu (albastru colorat) și mitocondrii (roșu colorat). (Fotografie de NICHD / Flickr.com.)
Mitocondriile secționale; ieșirile membranei interioare sunt vizibile ca dungi interioare longitudinale. (Fotografie de Visuals Unlimited / Corbis.)
Un număr imens de reacții biochimice au loc în mitocondrii, în timpul cărora moleculele „alimentare” sunt oxidate și dezintegrate treptat, iar energia legăturilor lor chimice este stocată într-o formă convenabilă pentru celulă. Dar, în plus, aceste „centrale electrice” au propriul ADN cu gene, care sunt deservite de propriile mașini moleculare care asigură sinteza ARN cu sinteza ulterioară a proteinelor.
Se crede că mitocondriile din trecutul îndepărtat erau bacterii independente care erau consumate de alte creaturi unicelulare (cel mai probabil, arhee). Dar într-o zi „prădătorii” au încetat brusc să digere proto-mitocondriile înghițite, păstrându-le în interiorul lor. A început o lungă măcinare de simbionți între ei; Drept urmare, cei care au fost înghițiți au devenit mult mai simpli în structură și au devenit organite intracelulare, iar „proprietarii” lor au putut să se dezvolte în continuare, datorită energiei mai eficiente, în forme de viață din ce în ce mai complexe, până la plante și animale.
Faptul că mitocondriile au fost cândva independente este evidențiat de rămășițele aparatului lor genetic. Desigur, dacă locuiți în interior cu totul gata, dispare nevoia de a vă menține propriile gene: ADN-ul mitocondriilor moderne din celulele umane conține doar 37 de gene - față de 20-25 mii dintre cele conținute în ADN-ul nuclear. Multe dintre genele mitocondriale s-au mutat în nucleul celular de-a lungul a milioane de ani de evoluție: proteinele pe care le codifică sunt sintetizate în citoplasmă și apoi transportate în mitocondrii. Cu toate acestea, apare imediat întrebarea: de ce au rămas încă 37 de gene acolo unde erau?
Repetăm că mitocondriile se găsesc în toate organismele eucariote, adică la animale și la plante, la ciuperci și la protozoare. Ian Johnston ( Iain Johnson) de la Universitatea din Birmingham și Ben Williams ( Ben P. Williams) de la Institutul Whitehead a analizat mai mult de 2.000 de genomi mitocondriali preluați din diverse eucariote. Folosind un model matematic special, cercetătorii au reușit să înțeleagă care dintre gene au mai multe șanse să rămână în mitocondrii în timpul evoluției.
Există o opinie bine stabilită că rezistența unei persoane este asociată cu antrenarea mușchiului inimii și că pentru aceasta este necesar să efectuați o muncă de intensitate scăzută pentru o lungă perioadă de timp.
În realitate, acest lucru nu este cazul: rezistența este indisolubil legată de mitocondriile din fibrele musculare. Prin urmare, antrenamentul de anduranță nu este altceva decât dezvoltarea cantității maxime de mitocondrii în fiecare fibră musculară.
Și de atunci numărul maxim de mitocondrii este limitat de spațiul din interiorul fibrei musculare, apoi dezvoltarea rezistenței este limitată de numărul de mușchi care sunt prezenți la o anumită persoană.
Pe scurt: cu cât o persoană are mai multe mitocondrii în cadrul anumitor grupe musculare, cu atât sunt mai rezistente aceste grupe musculare specifice.
Și cel mai important: nu există rezistență generală. Există doar rezistență locală a unor grupe musculare specifice.
Mitocondriile. Ce este
Mitocondriile sunt organite (structuri) speciale din interiorul celulelor corpului uman care sunt responsabile pentru producerea de energie pentru contracțiile musculare. Uneori sunt numite centrale electrice ale celulei.
În același timp, procesul de producere a energiei în interiorul mitocondriilor are loc în prezența oxigenului. Oxigenul face procesul de obținere a energiei în mitocondrii cât mai eficient posibil atunci când se compară procesul de obținere a energiei fără oxigen.
Combustibilul pentru producerea de energie poate fi substanțe complet diferite: grăsimi, glicogen, glucoză, lactat, ioni de hidrogen.
Mitocondriile și rezistența. Cum se întâmplă asta
Odată cu contracția musculară, apare întotdeauna un produs rezidual. Acesta este de obicei acid lactic, un compus chimic format din ioni lactat și hidrogen.
Pe măsură ce ionii de hidrogen se acumulează în interiorul fibrei musculare (celula musculară), ionii de hidrogen încep să interfereze cu procesul de obținere a energiei pentru contracția fibrelor musculare. Și de îndată ce concentrația ionilor de hidrogen atinge un nivel critic, contracția musculară se oprește. Și acest moment poate indica nivelul maxim de rezistență al unui anumit grup muscular.
Mitocondriile au capacitatea de a absorbi ionii de hidrogen și de a le recicla intern.
Următoarea situație se dovedește. Dacă un număr mare de mitocondrii sunt prezente în interiorul fibrelor musculare, atunci acestea sunt capabile să utilizeze o cantitate mai mare de ioni de hidrogen. Aceasta înseamnă o muncă mai lungă a unui anumit mușchi fără a fi nevoie să opriți efortul.
În mod ideal, dacă mitocondriile din interiorul fibrelor musculare de lucru sunt suficiente pentru a utiliza întreaga cantitate de ioni de hidrogen care se formează, atunci această fibră musculară devine practic neobosită și capabilă să continue să lucreze atâta timp cât există suficienți nutrienți pentru contracția musculară.
Exemplu.
Aproape fiecare dintre noi este capabil să meargă într-un ritm rapid pentru o lungă perioadă de timp, dar în curând suntem obligați să nu mai alergăm într-un ritm rapid. De ce este așa?
Când mergi repede, așa-numitul. fibre musculare oxidative și intermediare. Fibrele musculare oxidante se caracterizează prin numărul maxim posibil de mitocondrii, aproximativ vorbind, există 100% mitocondrii.
În fibrele musculare intermediare, mitocondriile sunt semnificativ mai mici, să fie 50% din cantitatea maximă. Ca urmare, ionii de hidrogen încep să se acumuleze treptat în interiorul fibrelor musculare intermediare, ceea ce ar trebui să ducă la încetarea contracției fibrelor musculare.
Dar acest lucru nu se întâmplă datorită faptului că ionii de hidrogen pătrund în fibrele musculare oxidative, unde mitocondriile pot face față cu ușurință utilizării lor.
Drept urmare, putem continua să ne mișcăm atâta timp cât există suficient glicogen în organism, precum și depozite de grăsime în interiorul fibrelor musculare oxidative de lucru. Apoi va trebui să ne odihnim pentru a ne umple rezervele de energie.
În cazul unei alergări rapide, pe lângă fibrele musculare oxidative și intermediare menționate anterior, așa-numitele sunt incluse în lucrare. fibre musculare glicolitice în care mitocondriile sunt aproape absente. Prin urmare, fibrele musculare glicolitice sunt capabile să funcționeze doar pentru o perioadă scurtă de timp, dar extrem de intens. Astfel crește viteza de rulare.
Apoi, numărul total de ioni de hidrogen devine astfel încât întregul număr de mitocondrii disponibile în același loc nu mai este capabil să le utilizeze. Vine un refuz de a efectua munca de intensitatea propusă.
Dar ce s-ar întâmpla dacă toate grupurile musculare ar avea în interiorul lor doar fibre musculare oxidative?
În acest caz, grupul muscular cu fibre oxidative devine neobosit. Rezistența sa devine egală cu infinitul (cu condiția să existe o cantitate suficientă de nutrienți - grăsimi și glicogen).
Tragem următoarea concluzie: Pentru antrenamentul de anduranță, dezvoltarea mitocondriilor în fibrele musculare de lucru este de o importanță primordială. Datorită mitocondriilor se realizează rezistența grupurilor musculare.
Nu există rezistență generală a corpului, deoarece rezistența (capacitatea de a efectua lucrări de intensitatea propusă) este asociată cu prezența mitocondriilor în mușchii de lucru. Cu cât sunt mai multe mitocondrii, cu atât mușchii de rezistență sunt mai capabili să arate.
