Umístění mitochondrií v buňce. Mitochondrie

Hlavní funkcí mitochondrií je syntéza ATP, univerzální formy chemické energie v jakékoli živé buňce. Stejně jako u prokaryot může tato molekula vzniknout dvěma způsoby: v důsledku fosforylace substrátu v kapalné fázi (například při glykolýze) nebo v procesu membránové fosforylace spojené s využitím energie z transmembránového elektrochemického gradientu. protony (vodíkové ionty). Mitochondrie realizují obě tyto dráhy, z nichž první je charakteristická pro počáteční procesy oxidace substrátu a vyskytuje se v matrix a druhá dokončuje procesy tvorby energie a je spojena s kristami mitochondrií. Zároveň jedinečnost mitochondrií jako organel eukaryotické buňky produkujících energii přesně určuje druhou cestu tvorby ATP, nazývanou „chemiosmotická vazba“. V podstatě se jedná o sekvenční přeměnu chemické energie redukujících ekvivalentů NADH na elektrochemický protonový gradient ΔμH + na obou stranách vnitřní mitochondriální membrány, který pohání membránově vázanou ATP syntetázu a končí tvorbou vysokoenergetického vazba v molekule ATP.

Obecně lze celý proces produkce energie v mitochondriích rozdělit do čtyř hlavních fází, z nichž první dvě probíhají v matrix a poslední dvě na mitochondriálních kristách:

Konverze pyruvátu a mastných kyselin přijatých z cytoplazmy do mitochondrií na acetyl-CoA;
Oxidace acetyl-CoA v Krebsově cyklu vedoucí k tvorbě NADH;
Přenos elektronů z NADH na kyslík přes dýchací řetězec;
Tvorba ATP jako výsledek aktivity membránového komplexu ATP syntetázy.

Zatímco ještě v cytoplazmě, v sérii 10 samostatných enzymatických reakcí, šestiuhlíková molekula glukózy je částečně oxidována na dvě tříuhlíkové molekuly pyruvátu za vzniku dvou molekul ATP. Pyruvát je pak transportován z cytosolu přes vnější a vnitřní membránu do matrice, kde je zpočátku přeměněn na acetyl-CoA. Tento proces je katalyzován velkým komplexem pyruvátdehydrogenázy, který je velikostí srovnatelný s ribozomem a skládá se ze tří enzymů, pěti koenzymů a dvou regulačních proteinů. Podobně se mastné kyseliny získané rozkladem nerozpustných triglyceridů v cytoplazmě přenášejí do mitochondriální matrice ve formě derivátů acetyl-CoA.

V další fázi, která se vyskytuje také v mitochondriální matrici, je acetyl-CoA zcela oxidován v Krebsově cyklu. Jeho práce zahrnuje čtyři samostatné enzymy, přičemž každý cyklus zkracuje uhlovodíkový řetězec o dva atomy uhlíku, které se následně přeměňují na CO 2 . Tento proces produkuje jednu molekulu ATP, stejně jako NADH, vysokoenergetický meziprodukt, který snadno daruje elektrony elektronovému transportnímu řetězci v mitochondriálních kristách.

Další procesy generování energie v mitochondriích probíhají na jejich krisech a jsou spojeny s přenosem elektronů z NADH na kyslík. V souladu se skutečností, že spotřeba kyslíku jako oxidantu se obvykle nazývá „intracelulární dýchání“, se elektronový transportní řetězec enzymů, které provádějí sekvenční přenos elektronů z NADH na kyslík, často nazývá „respirační řetězec“. V tomto případě je transformace oxidační energie prováděna enzymy umístěnými na kristách mitochondrií a provádějícími vektorový (směrovaný ke stranám membrány) přenos vodíkových protonů z mitochondriální matrice do mezimembránového prostoru. To je zásadní rozdíl mezi prací oxidoreduktáz dýchacího řetězce a fungováním enzymů, které katalyzují reakce v homogenním (izotropním) roztoku, kde otázka směru reakce v prostoru nedává smysl.

Celý proces přenosu elektronů podél dýchacího řetězce lze rozdělit do tří fází, z nichž každá je katalyzována samostatným transmembránovým lipoproteinovým komplexem (I, III a IV) uloženým v membráně mitochondriální kristy. Každý z těchto komplexů obsahuje následující složky:

Velký oligomerní enzym, který katalyzuje přenos elektronů;
Neproteinové organické (protetické) skupiny, které přijímají a uvolňují elektrony;
Proteiny, které zajišťují pohyb elektronů.

Každý z těchto komplexů přenáší elektrony od donoru k akceptoru podél gradientu redoxního potenciálu přes řadu sekvenčně fungujících nosičů. V dýchacím řetězci mitochondrií fungují jako posledně jmenované molekuly ubichinonu rozpustné v tucích migrující v rovině membrány a také malé (molekulová hmotnost 13 kDa) ve vodě rozpustné proteiny obsahující kovalentně vázaný hem a nazývané „cytochromy“. S" V tomto případě tři z pěti složek, které tvoří dýchací řetězec, fungují tak, že přenos elektronů je doprovázen přenosem protonů přes membránu mitochondriálních krist ve směru z matrix do mezimembránového prostoru.

Dýchací řetězec začíná komplexem I (NADH-ubichinon oxidoreduktáza), který se skládá z 16-26 polypeptidových řetězců a má molekulovou hmotnost přibližně 850 kDa. Funkční aktivita tohoto komplexu je dána tím, že obsahuje více než 20 atomů železa zabalených do buněk atomů síry a také flavin (Fl - derivát vitaminu riboflavinu). Komplex I katalyzuje oxidaci NADH, odstraňuje z něj dva elektrony, které po „cestování“ redoxními složkami komplexu I končí na molekule nosiče, kterou je ubichinon (Q). Ten se může postupně redukovat, přijme dva elektrony a protony a tím se přemění na redukovanou formu - ubichinol (QH 2).

Energetický potenciál (energetická rezerva) v molekule ubichinolu je výrazně nižší než v molekule NADH a rozdíl v takové energii je dočasně uložen ve formě speciálního typu - elektrochemického protonového gradientu. Ten vzniká v důsledku skutečnosti, že přenos elektronů přes prostetické skupiny komplexu I, vedoucí ke snížení energetického potenciálu elektronů, je doprovázen transmembránovým přenosem dvou protonů z matrice do mezimembránového prostoru. mitochondrií.

Redukovaný ubichinol migruje v rovině membrány, kde se dostává ke druhému enzymu dýchacího řetězce - komplexu III ( bc 1). Ten je dimerem podjednotek b A c 1 o molekulové hmotnosti více než 300 kDa, tvořený osmi polypeptidovými řetězci a obsahujícími atomy železa jak v buňkách síry, tak ve formě komplexů s hemy b(já), b(II) a c 1- komplexní heterocyklické molekuly se čtyřmi atomy dusíku umístěnými v rozích čtverce vážícího kov. Komplex III katalyzuje reakci redukce ubichinolu na ubichinon s přenosem elektronů na atom železa druhé molekuly nosiče (umístěné v mezimembránovém prostoru cytochromu C). Dva vodíkové protony, které se odštěpí od ubichinolu, se uvolní do mezimembránového prostoru a pokračují ve vytváření elektrochemického gradientu. Nakonec jsou do mezimembránového prostoru mitochondrie přeneseny další dva vodíkové protony díky energii elektronů procházejících protetickými skupinami komplexu III.

Poslední krok je katalyzován komplexem IV (cytochrom C-oxidáza) s molekulovou hmotností asi 200 kDa, sestávající z 10-13 polypeptidových řetězců a kromě dvou různých hemů také obsahující několik atomů mědi pevně vázaných na proteiny. V tomto případě elektrony odebrané z redukovaného cytochromu C, procházejícími atomy železa a mědi v komplexu IV se dostávají ke kyslíku vázanému v aktivním centru tohoto enzymu, což vede k tvorbě vody.

Celková reakce katalyzovaná enzymy dýchacího řetězce je tedy oxidace NADH kyslíkem za vzniku vody. Tento proces v podstatě spočívá v postupném přenosu elektronů mezi atomy kovů přítomnými v prostetických skupinách proteinových komplexů dýchacího řetězce, kde každý následující komplex má vyšší elektronovou afinitu než ten předchozí. V tomto případě jsou samotné elektrony přenášeny po řetězci, dokud se nespojí s molekulárním kyslíkem, který má k elektronům největší afinitu. Uvolněná energie je v tomto případě uložena ve formě elektrochemického (protonového) gradientu na obou stranách vnitřní mitochondriální membrány. Předpokládá se, že během transportu elektronových párů dýchacím řetězcem se čerpá tři až šest protonů.

Poslední fází mitochondriálního fungování je tvorba ATP, prováděná speciálním makromolekulárním komplexem o molekulové hmotnosti 500 kDa zabudovaným do vnitřní membrány. Tento komplex, nazývaný ATP syntetáza, katalyzuje syntézu ATP přeměnou energie transmembránového elektrochemického gradientu vodíkových protonů na energii vysokoenergetické vazby molekuly ATP.

ATP syntáza

Strukturálně a funkčně se ATP syntáza skládá ze dvou velkých fragmentů, označených symboly F1 a F0. První z nich (coupling factor F1) směřuje k mitochondriální matrici a nápadně vyčnívá z membrány ve formě kulovitého útvaru o výšce 8 nm a šířce 10 nm. Skládá se z devíti podjednotek reprezentovaných pěti typy proteinů. Polypeptidové řetězce tří α podjednotek a stejného počtu β podjednotek jsou uspořádány do proteinových globulí podobné struktury, které dohromady tvoří hexamer (αβ) 3, který vypadá jako mírně zploštělá koule. Podobně jako těsně sbalené plátky pomeranče tvoří následné podjednotky α a β strukturu charakterizovanou osou symetrie třetího řádu s úhlem rotace 120°. Ve středu tohoto hexameru je podjednotka γ, která je tvořena dvěma prodlouženými polypeptidovými řetězci a připomíná mírně deformovanou zakřivenou tyčinku o délce asi 9 nm. V tomto případě spodní část γ podjednotky vyčnívá z kuličky o 3 nm směrem k membránovému komplexu F0. V hexameru je také umístěna vedlejší ε podjednotka spojená s y. Poslední (devátá) podjednotka je označena symbolem δ a nachází se na vnější straně F 1 .

Membránová část ATP syntázy, nazývaná spojovací faktor F0, je hydrofobní proteinový komplex, který proniká membránou a má uvnitř dva hemikanály pro průchod vodíkových protonů. Celkem Fo komplex zahrnuje jednu proteinovou podjednotku tohoto typu A, dvě kopie podjednotky b, stejně jako 9 až 12 kopií malé podjednotky C. Podjednotka A(molekulová hmotnost 20 kDa) je zcela ponořen do membrány, kde tvoří šest α-helikálních úseků, které ji protínají. Podjednotka b(molekulová hmotnost 30 kDa) obsahuje pouze jednu relativně krátkou α-helikální oblast ponořenou v membráně a její zbytek znatelně vyčnívá z membrány směrem k F 1 a je připojen k podjednotce δ umístěné na jejím povrchu. Každá z 9-12 kopií podjednotky C(molekulová hmotnost 6-11 kDa) je relativně malý protein dvou hydrofobních α-helixů spojených navzájem krátkou hydrofilní smyčkou orientovanou směrem k F 1 a společně tvoří jeden celek ve tvaru válce ponořeného do membrány. Podjednotka γ vyčnívající z komplexu F 1 směrem k F 0 je přesně ponořena uvnitř tohoto válce a je k němu zcela pevně připojena.

V molekule ATP syntázy lze tedy rozlišit dvě skupiny proteinových podjednotek, které lze přirovnat ke dvěma částem motoru: rotoru a statoru. „Stator“ je nehybný vzhledem k membráně a zahrnuje sférický hexamer (αβ) 3 umístěný na jeho povrchu a podjednotku δ, stejně jako podjednotky A A b membránový komplex F0. „Rotor“, vzhledem k této struktuře pohyblivý, se skládá z podjednotek γ a ε, které znatelně vyčnívají z komplexu (αβ) 3 a jsou spojeny s kruhem podjednotek ponořených v membráně. C.

Schopnost syntetizovat ATP je vlastností jediného komplexu F 0 F 1, spojeného s přenosem vodíkových protonů přes F 0 do F 1, ve kterém se nacházejí katalytická centra, která přeměňují ADP a fosfát na molekulu ATP. . Hnací silou pro činnost ATP syntázy je protonový potenciál vytvořený na vnitřní mitochondriální membráně jako výsledek činnosti elektronového transportního řetězce.

Síla pohánějící „rotor“ ATP syntázy nastává, když rozdíl potenciálů mezi vnější a vnitřní stranou membrány dosáhne > 220 mV a je zajištěn tokem protonů proudících speciálním kanálem v F0, umístěným na hranici mezi podjednotkami. A A C. V tomto případě cesta přenosu protonů zahrnuje následující strukturální prvky:

Dva nekoaxiálně umístěné „půlkanály“, z nichž první zajišťuje přísun protonů z mezimembránového prostoru k esenciálním funkčním skupinám F0 a druhý zajišťuje jejich výstup do mitochondriální matrix;
Prstenec podjednotek C, z nichž každý ve své centrální části obsahuje protonovanou karboxylovou skupinu, schopnou připojit H+ z mezimembránového prostoru a předat je přes odpovídající protonové kanály. V důsledku periodických posunů podjednotek S, způsobené tokem protonů protonovým kanálem, podjednotka γ rotuje, ponořena do kruhu podjednotek S.

Katalytická aktivita ATP syntázy tedy přímo souvisí s rotací jejího „rotoru“, kdy rotace γ podjednotky způsobuje současnou změnu konformace všech tří katalytických podjednotek β, což v konečném důsledku zajišťuje fungování enzymu. . V tomto případě se v případě tvorby ATP „rotor“ otáčí ve směru hodinových ručiček rychlostí čtyři otáčky za sekundu a k takové rotaci dochází v diskrétních skocích o 120°, z nichž každý je doprovázen tvorbou jedné molekuly ATP. .

Přímá funkce syntézy ATP je lokalizována na β-podjednotkách F1 konjugačního komplexu. V tomto případě je úplně prvním aktem v řetězci událostí vedoucích ke vzniku ATP navázání ADP a fosfátu na aktivní centrum volné β-podjednotky, které je ve stavu 1. Díky energii vnějšího zdroj (protonový proud), dochází ke konformačním změnám v komplexu F 1, v důsledku čehož se ADP a fosfát pevně vážou ke katalytickému centru (stav 2), kde je možný vznik kovalentní vazby mezi nimi, což vede k tvorba ATP. V této fázi ATP syntázy enzym nevyžaduje prakticky žádnou energii, která bude potřeba v další fázi k uvolnění pevně vázané molekuly ATP z enzymatického centra. Další fází činnosti enzymu tedy je, že v důsledku energeticky závislé strukturální změny v komplexu F 1 přejde katalytická β-podjednotka obsahující pevně vázanou molekulu ATP do stavu 3, ve kterém dojde k propojení ATP s katalytickým centrem je oslabena. V důsledku toho molekula ATP opouští enzym a β-podjednotka se vrací do původního stavu 1, což zajišťuje cyklování enzymu.

Práce ATP syntázy je spojena s mechanickými pohyby jejích jednotlivých částí, což umožňuje klasifikovat tento proces jako zvláštní typ jevu zvaný „rotační katalýza“. Stejně jako elektrický proud ve vinutí elektromotoru pohání rotor vzhledem ke statoru, usměrněný přenos protonů přes ATP syntetázu způsobuje rotaci jednotlivých podjednotek konjugačního faktoru F 1 vůči ostatním podjednotkám enzymového komplexu, jako Výsledkem je, že toto unikátní zařízení na výrobu energie provádí chemickou práci - syntetizuje molekuly ATP. Následně ATP vstupuje do buněčné cytoplazmy, kde je spotřebován na širokou škálu energeticky závislých procesů. Takový přenos provádí speciální enzym ATP/ADP translokáza zabudovaný do mitochondriální membrány, který vyměňuje nově syntetizovaný ATP za cytoplazmatický ADP, což zaručuje bezpečnost adenylnukleotidového poolu uvnitř mitochondrií.

Od Dr. Mercoly

Mitochondrie: Možná nevíte, co jsou, ale jsou vitální pro vaše zdraví. Rhonda Patrick, PhD, je biomedicínská vědkyně, která studovala interakce mezi mitochondriálním metabolismem, abnormálním metabolismem a rakovinou.

Část její práce zahrnuje identifikaci časných biomarkerů onemocnění. Například poškození DNA je časným biomarkerem rakoviny. Poté se snaží určit, které mikroživiny pomáhají opravit toto poškození DNA.

Také zkoumala mitochondriální funkce a metabolismus, což je něco, co mě nedávno začalo zajímat. Pokud se po poslechu tohoto rozhovoru chcete o tomto dozvědět více, doporučuji začít s knihou Dr. Lee Knowa, Život – epický příběh našich mitochondrií.

Mitochondrie mají hluboký dopad na zdraví, zejména na rakovinu, a začínám věřit, že optimalizace mitochondriálního metabolismu může být jádrem účinné léčby rakoviny.

Význam optimalizace mitochondriálního metabolismu

Mitochondrie jsou drobné organely, o kterých se původně předpokládalo, že je zdědíme od bakterií. V červených krvinkách a kožních buňkách nejsou téměř žádné, ale v zárodečných buňkách jich je 100 000, ale ve většině buněk je jich od jednoho do 2000 Jsou hlavním zdrojem energie pro vaše tělo.

Aby orgány správně fungovaly, potřebují energii a tuto energii produkují mitochondrie.

Protože mitochondriální funkce je základem všeho, co se děje v těle, je optimalizace mitochondriální funkce a prevence mitochondriální dysfunkce získáním všech základních živin a prekurzorů požadovaných mitochondriemi nesmírně důležité pro zdraví a prevenci nemocí.

Jednou z univerzálních charakteristik rakovinných buněk je tedy vážné poškození mitochondriální funkce, při kterém je radikálně snížen počet funkčních mitochondrií.

Dr. Otto Warburg byl lékař s diplomem z chemie a blízký přítel Alberta Einsteina. Většina odborníků uznává Warburga jako největšího biochemika 20. století.

V roce 1931 obdržel Nobelovu cenu za objev, že rakovinné buňky využívají glukózu jako zdroj výroby energie. Tomu se říkalo „Warburgův efekt“, ale bohužel tento jev stále téměř každý ignoruje.

Jsem přesvědčen, že ketogenní dieta, která radikálně zlepšuje mitochondriální zdraví, může pomoci většině rakovin, zvláště v kombinaci s lapačem glukózy, jako je 3-brompyruvát.

Jak mitochondrie produkují energii

K výrobě energie potřebují mitochondrie kyslík ze vzduchu, který dýcháte, a tuk a glukózu z jídla, které jíte.

Tyto dva procesy – dýchání a jedení – jsou vzájemně spojeny v procesu zvaném oxidativní fosforylace. Je využíván mitochondriemi k výrobě energie ve formě ATP.

Mitochondrie mají řadu elektronových transportních řetězců, kterými přenášejí elektrony z redukované formy jídla, které jíte, aby se spojily s kyslíkem ze vzduchu, který dýcháte, a nakonec vytvořily vodu.

Tento proces pohání protony přes mitochondriální membránu a dobíjí ATP (adenosintrifosfát) z ADP (adenosindifosfát). ATP přenáší energii do celého těla

Ale tento proces produkuje vedlejší produkty, jako jsou reaktivní formy kyslíku (ROS), které poškození buňky a mitochondriální DNA, poté je přenést do DNA jádra.

Dochází tedy ke kompromisu. Produkcí energie tělo stárne kvůli destruktivním aspektům ROS, které v procesu vznikají. Rychlost, s jakou tělo stárne, do značné míry závisí na tom, jak dobře mitochondrie fungují, a na rozsahu poškození, které lze kompenzovat optimalizací stravy.

Role mitochondrií u rakoviny

Když se objeví rakovinné buňky, reaktivní formy kyslíku produkované jako vedlejší produkt produkce ATP vysílají signál, který spustí proces buněčné sebevraždy, také známý jako apoptóza.

Vzhledem k tomu, že rakovinné buňky se tvoří každý den, je to dobrá věc. Usmrcením poškozených buněk se jich tělo zbavuje a nahradí je zdravými.

Rakovinové buňky jsou však vůči tomuto sebevražednému protokolu odolné – mají proti němu zabudovanou obranu, jak vysvětlili Dr. Warburg a následně Thomas Seyfried, který hluboce prozkoumal rakovinu jako metabolickou chorobu.

Jak Patrick vysvětluje:

„Jedním z mechanismů účinku chemoterapeutických léků je tvorba reaktivních forem kyslíku. Způsobují poškození a to stačí k tomu, aby rakovinnou buňku posunuly ke smrti.

Domnívám se, že důvodem je to, že rakovinná buňka, která nevyužívá své mitochondrie, to znamená, že již neprodukuje reaktivní formy kyslíku, a najednou ji přinutíte používat mitochondrie, a dostanete nával reaktivních forem kyslíku (koneckonců, to dělají mitochondrie) a - bum, smrt, protože rakovinná buňka je již na tuto smrt připravena. Je připravena zemřít."

Proč je dobré nejíst večer?

Jsem fanouškem přerušovaného půstu již nějakou dobu z různých důvodů, samozřejmě kvůli dlouhověkosti a zdravotním problémům, ale také proto, že se zdá, že poskytuje účinnou prevenci a léčbu rakoviny. A mechanismus toho souvisí s účinkem, který má půst na mitochondrie.

Jak již bylo zmíněno, hlavním vedlejším účinkem přenosu elektronů, do kterého se zapojují mitochondrie, je to, že některé části uniknou z řetězce transportu elektronů a reagují s kyslíkem za vzniku superoxidových volných radikálů.

Superoxidový anion (výsledek redukce kyslíku o jeden elektron) je prekurzorem většiny reaktivních kyslíkových druhů a zprostředkovatelem oxidačních řetězových reakcí. Volné kyslíkové radikály napadají lipidy v buněčných membránách, proteinové receptory, enzymy a DNA, což může předčasně zabít mitochondrie.

Nějaký volné radikály jsou ve skutečnosti dokonce prospěšné, nezbytné pro tělo k regulaci buněčných funkcí, ale problémy vznikají s nadměrnou tvorbou volných radikálů. Bohužel právě proto většina populace onemocní většinou nemocí, zejména rakovinou. Tento problém lze vyřešit dvěma způsoby:

Zvyšte antioxidanty
Snižte produkci mitochondriálních volných radikálů

Podle mého názoru je jednou z nejúčinnějších strategií pro snížení mitochondriálních volných radikálů omezení množství paliva, které do těla dáváte. To není vůbec kontroverzní, protože omezení kalorií trvale prokazuje mnoho terapeutických výhod. To je jeden z důvodů, proč je přerušovaný půst účinný, protože omezuje dobu, po kterou je jídlo konzumováno, což automaticky snižuje množství přijatých kalorií.

To je zvláště účinné, pokud několik hodin před spaním nejíte, protože je to váš metabolicky nejnižší stav.

Neodborníkům se to všechno může zdát příliš komplikované, ale jednu věc je třeba pochopit: protože tělo spotřebuje během spánku nejméně kalorií, měli byste se vyhnout jídlu před spaním, protože přebytek paliva v této době povede k tvorbě nadměrného množství volné radikály, které ničí tkáně, urychlují stárnutí a přispívají ke vzniku chronických onemocnění.

Jak jinak půst pomáhá zdravé mitochondriální funkci?

Patrick také poznamenává, že součástí mechanismu efektivity půstu je, že tělo je nuceno získávat energii z lipidů a tukových zásob, což znamená, že buňky jsou nuceny využívat své mitochondrie.

Mitochondrie jsou jediným mechanismem, kterým tělo dokáže vytvářet energii z tuku. Půst tedy pomáhá aktivovat mitochondrie.

Věří také, že hraje obrovskou roli v mechanismu, kterým přerušovaný půst a ketogenní dieta zabíjejí rakovinné buňky, a vysvětluje, proč některé léky aktivující mitochondrie mohou zabíjet rakovinné buňky. Opět je to proto, že se vytvoří nával reaktivních forem kyslíku, jehož poškození rozhoduje o výsledku záležitosti a způsobí smrt rakovinných buněk.

Výživa mitochondrií

Z hlediska výživy Patrick zdůrazňuje následující živiny a důležité kofaktory nezbytné pro správné fungování mitochondriálních enzymů:

Koenzym Q10 nebo ubichinol (redukovaná forma)
L-karnitin, který přenáší mastné kyseliny do mitochondrií
D-ribóza, která je surovinou pro molekuly ATP
Hořčík
Všechny vitamíny B, včetně riboflavinu, thiaminu a B6
Kyselina alfa-lipoová (ALA)

Jak Patrick poznamenává:

„Z různých důvodů preferuji získat co nejvíce mikroživin z celých potravin. Za prvé tvoří komplex s vlákny, což usnadňuje jejich vstřebávání.

Navíc je v tomto případě zajištěn jejich správný poměr. Nebudete je moci získat v hojnosti. Poměr je přesně to, co potřebujete. Existují další složky, které pravděpodobně ještě nebyly stanoveny.

Musíte být velmi ostražití, abyste se ujistili, že jíte širokou škálu [potravin] a přijímáte ty správné mikroživiny. Myslím, že z tohoto důvodu je užitečné užívat doplněk vitaminu B.

Z tohoto důvodu je přijímám. Dalším důvodem je, že s přibývajícím věkem již vitamíny skupiny B tak snadno nevstřebáváme, a to především kvůli zvyšující se tuhosti buněčných membrán. Tím se mění způsob, jakým jsou vitamíny B transportovány do buňky. Jsou rozpustné ve vodě, takže se neukládají v tuku. Je nemožné se jimi otrávit. Přinejhorším budete močit o něco více. Ale jsem si jistý, že jsou velmi užitečné."

Cvičení může pomoci udržet mitochondrie mladé

Cvičení také podporuje mitochondriální zdraví, protože přivádí vaše mitochondrie do činnosti. Jak již bylo zmíněno dříve, jedním z vedlejších účinků zvýšené mitochondriální aktivity je tvorba reaktivních forem kyslíku, které působí jako signální molekuly.

Jednou z funkcí, které signalizují, je tvorba více mitochondrií. Takže když cvičíte, tělo reaguje vytvořením více mitochondrií, aby pokrylo zvýšené energetické nároky.

Stárnutí je nevyhnutelné. Ale váš biologický věk se může velmi lišit od vašeho chronologického věku a mitochondrie mají s biologickým stárnutím mnoho společného. Patrick cituje nedávný výzkum, který ukazuje, jak mohou lidé biologicky stárnout Velmi různými tempy.

Vědci měřili více než tucet různých biomarkerů, jako je délka telomer, poškození DNA, LDL cholesterol, metabolismus glukózy a citlivost na inzulín, ve třech bodech života lidí: ve věku 22, 32 a 38 let.

„Zjistili jsme, že někdo ve věku 38 let může na základě biologických markerů biologicky vypadat o 10 let mladší nebo starší. Navzdory stejnému věku dochází k biologickému stárnutí zcela odlišným tempem.

Je zajímavé, že když byli tito lidé vyfotografováni a jejich fotografie byly ukazovány kolemjdoucím a požádáni, aby uhodli chronologický věk zobrazených lidí, lidé hádali biologický věk, nikoli chronologický věk.“

Bez ohledu na váš skutečný věk tedy to, jak starý vypadáte, odpovídá vašim biologickým biomarkerům, které jsou do značné míry určeny vaším mitochondriálním zdravím. I když se tedy stárnutí nelze vyhnout, máte velkou kontrolu nad tím, jak stárnete, a to je velká síla. A jedním z klíčových faktorů je udržení mitochondrií v dobrém funkčním stavu.

Podle Patricka „mládí“ není ani tak chronologický věk, ale to, jak staří se cítíte a jak dobře vaše tělo funguje:

„Chci vědět, jak optimalizovat svůj mentální výkon a svůj sportovní výkon. Chci si prodloužit mládí. Chci se dožít 90. A až se mi to podaří, chci surfovat v San Diegu stejně jako ve svých 20 letech. Přál bych si, abych nezmizel tak rychle jako někteří lidé. Rád tento úpadek oddaluji a prodlužuji si mládí co nejdéle, abych si mohl co nejvíce užívat života.“

Mitochondrie

V živočišných buňkách byly mitochondrie objeveny v roce 1882, v rostlinách až v roce 1904 (v prašnících leknínů). Biologické funkce byly stanoveny po izolaci a čištění frakce frakční centrifugací. Obsahují 70 % bílkovin a asi 30 % lipidů, malé množství RNA a DNA, vitamíny A, B6, B12, K, E, kyselinu listovou a pantotenovou, riboflavin a různé enzymy. Mitochondrie mají dvojitou membránu, vnější izoluje organelu od cytoplazmy a vnitřní tvoří kristy. Celý prostor mezi membránami je vyplněn matricí (obr. 13).

Hlavní funkcí mitochondrií je účast na buněčném dýchání. Role mitochondrií v dýchání byla stanovena v letech 1950-1951. Komplexní enzymový systém Krebsova cyklu je soustředěn na vnějších membránách. Při oxidaci substrátů dýchání se uvolňuje energie, která se okamžitě akumuluje ve výsledných molekulách ADP a hlavně ATP během procesu oxidativní fosforylace probíhající v kristách. Energie uložená ve vysokoenergetických sloučeninách je následně využita k uspokojení všech potřeb buňky.

Ke vzniku mitochondrií v buňce dochází kontinuálně z mikrotěles jejich výskyt je nejčastěji spojen s diferenciací membránových struktur buňky. V buňce je lze obnovit dělením a pučením. Mitochondrie nejsou dlouhověké, jejich životnost je 5-10 dní.

Mitochondrie jsou „elektrické“ stanice buňky. Koncentrují energii, která je uložena v energetických „akumulátorech“ - molekulách ATP a není rozptýlena v buňce. Porušení mitochondriální struktury vede k narušení procesu dýchání a v konečném důsledku k patologii těla.

Golgiho aparát.Golgiho aparát(synonymum - diktyozomy) jsou stohy 3-12 zploštělých, uzavřených disků obklopených dvojitou membránou, zvanou cisterny, z jejíchž okrajů jsou vypleteny četné váčky (300-500). Šířka nádrží je 6-90 A, tloušťka membrán je 60-70 A.

Golgiho aparát je centrem pro syntézu, akumulaci a uvolňování polysacharidů, zejména celulózy, a podílí se na distribuci a intracelulárním transportu proteinů, jakož i na tvorbě vakuol a lysozomů. V rostlinných buňkách bylo možné vysledovat účast Golgiho aparátu na vzniku střední ploténky a růstu buněčné pektocelulózové membrány.

Golgiho aparát je nejvíce vyvinut v období aktivního života buněk. Jak stárne, postupně atrofuje a pak mizí.

Lysozomy.Lysozomy- spíše malá (asi 0,5 mikronu v průměru) zaoblená tělíska. Jsou pokryty protein-lipoidní membránou. Lysozomy obsahují četné hydrolytické enzymy, které plní funkci intracelulárního trávení (lýzy) makromolekul proteinů, nukleových kyselin a polysacharidů. Jejich hlavní funkcí je trávení jednotlivých úseků buněčného protoplastu (autofagie - sebepožírání). K tomuto procesu dochází prostřednictvím fagocytózy nebo pinocytózy. Biologická role tohoto procesu je dvojí. Za prvé je ochranný, protože při dočasném nedostatku rezervních produktů si buňka udržuje život díky konstitučním bílkovinám a dalším látkám, a za druhé dochází k uvolnění přebytečných nebo opotřebovaných organel (plastidy, mitochondrie atd.). lysozomální membrána brání uvolňování enzymů do cytoplazmy, jinak by byla celá trávena těmito enzymy.

V mrtvé buňce jsou zničeny lysozomy, enzymy končí v buňce a veškerý její obsah je stráven. Zůstane jen pektocelulózová skořápka.

Lysozomy jsou produkty činnosti Golgiho aparátu, z něj odtržené váčky, ve kterých tato organela akumulovala trávicí enzymy.

Sferozomy- kulatá protein-lipoidní tělíska 0,3-0,4 mikronů. S největší pravděpodobností se jedná o deriváty Golgiho aparátu nebo endoplazmatického retikula. Tvarem a velikostí připomínají lysozomy. Vzhledem k tomu, že sférosomy obsahují kyselou fosfatázu, jsou pravděpodobně příbuzné lysozomům. Někteří autoři se domnívají, že sférosomy a lysozomy jsou si navzájem ekvivalentní, ale nejspíše pouze původem a formou. Existuje předpoklad o jejich účasti na syntéze tuků (A. Frey-Wissling).

Ribozomy- velmi malé organely, jejich průměr je asi 250A, jsou téměř kulovitého tvaru. Některé z nich jsou připojeny k zevním membránám endoplazmatického retikula, některé jsou ve volném stavu v cytoplazmě. Jedna buňka může obsahovat až 5 milionů ribozomů. Ribozomy se nacházejí v chloroplastech a mitochondriích, kde syntetizují část proteinů, z nichž jsou tyto organely vybudovány, a enzymy, které v nich fungují.

Hlavní funkcí je syntéza specifických proteinů podle informací přicházejících z jádra. Jejich složení: protein a ribozomální ribonukleová kyselina (RNA) ve stejných poměrech. Jejich struktura jsou malé a velké podjednotky tvořené z ribonukleotidu.

Mikrotubuly.Mikrotubuly- zvláštní deriváty endoplazmatického retikula. Nachází se v mnoha buňkách. Už jejich název vypovídá o jejich tvaru – jedna nebo dvě rovnoběžné trubky s dutinou uvnitř. Vnější průměr do 250A. Stěny mikrotubulů jsou tvořeny proteinovými molekulami. Mikrotubuly tvoří vřetenová vlákna během buněčného dělení.

Jádro

Jádro objevil v rostlinné buňce R. Brown v roce 1831. Nachází se ve středu buňky nebo v blízkosti buněčné membrány, ale ze všech stran je obklopena cytoplazmou. Ve většině případů je jedno jádro na buňku několik jader se nachází v buňkách některých řas a hub. Zelené řasy s nebuněčnou strukturou mají stovky jader. Mnohojaderné buňky neartikulovaných laticiferů. V buňkách bakterií a modrozelených řas nejsou žádná jádra.

Tvar jádra se nejčastěji blíží tvaru koule nebo elipsy. Záleží na tvaru, stáří a funkci buňky. V meristematické buňce je jádro velké, kulatého tvaru a zaujímá 3/4 objemu buňky. V parenchymatických buňkách epidermis, které mají velkou centrální vakuolu, má jádro čočkovitý tvar a je přesouváno spolu s cytoplazmou na periferii buňky. To je známka specializované, ale již stárnoucí buňky. Buňka bez jádra může žít jen krátkou dobu. Sítové trubicové buňky bez jader jsou živé buňky, ale nežijí dlouho. Ve všech ostatních případech jsou bezjaderné buňky mrtvé.

Jádro má dvojitý plášť, skrz póry, ve kterých je obsah
jádra (nukleoplazma) mohou komunikovat s obsahem cytoplazmy. Membrány jaderné membrány jsou vybaveny ribozomy a komunikují s membránami endoplazmatického retikula buňky. Nukleoplazma obsahuje jedno nebo dvě jadérka a chromozomy. Nukleoplazma je koloidní solový systém, konzistencí připomínající zahuštěnou želatinu. Jádro podle domácích biochemiků (Zbarsky I.B. et al.) obsahuje čtyři frakce bílkovin: jednoduché bílkoviny – globuliny 20 %, deoxyribonukleoproteiny – 70 %, kyselé bílkoviny – 6 % a zbytkové bílkoviny 4 %. Jsou lokalizovány v následujících jaderných strukturách: proteiny DNA (alkalické proteiny) - v chromozomech, proteiny RNA (kyselé proteiny) - v jadérkách, částečně v chromozomech (při syntéze messenger RNA) a v jaderné membráně. Základem nukleoplazmy jsou globuliny. Zbytkové proteiny (povaha nespecifikována) tvoří jadernou membránu.

Převážnou část jaderných proteinů tvoří komplexní alkalické deoxyribonukleoproteiny, které jsou založeny na DNA.

molekula DNA.molekula DNA– polynukleotid a skládá se z nukleotidů. Nukleotid se skládá ze tří složek: molekuly cukru (deoxyribózy), molekuly dusíkaté báze a molekul kyseliny fosforečné. Deoxyribóza je spojena s dusíkatou bází glykosidickou vazbou a s kyselinou fosforečnou esterovou vazbou. V DNA jsou pouze 4 typy nukleotidů v různých kombinacích, které se od sebe liší dusíkatými bázemi. Dva z nich (adenin a guanin) patří mezi purinové dusíkaté sloučeniny a cytosin a thymin patří mezi pyrimidinové sloučeniny. Molekuly DNA nejsou umístěny v jedné rovině, ale skládají se ze dvou šroubovicových vláken, tzn. dva paralelní řetězce stočené kolem sebe tvoří jednu molekulu DNA. Jsou drženy pohromadě vodíkovými vazbami mezi dusíkatými bázemi, přičemž purinové báze jednoho řetězce spojují pyrimidinové báze druhého (obr. 14). Struktura a chemie molekuly DNA byla objevena anglickými (Crick) a americkými (Watson) vědci a zveřejněna v roce 1953. Tento okamžik je považován za počátek rozvoje molekulární genetiky. Molekulová hmotnost DNA je 4-8 milionů Počet nukleotidů (různé varianty) je až 100 tis. Molekula DNA je velmi stabilní, její stabilita je zajištěna tím, že má v celém rozsahu stejnou tloušťku - 20A (8A - šířka pyrimidinové báze + 12A - šířka purinové báze). Pokud je do těla zaveden radioaktivní fosfor, bude značka detekována ve všech sloučeninách obsahujících fosfor kromě DNA (Levi, Sikewitz).

Molekuly DNA jsou nositeli dědičnosti, protože jejich struktura kóduje informaci o syntéze specifických bílkovin, které určují vlastnosti organismu. Ke změnám může dojít pod vlivem mutagenních faktorů (radioaktivní záření, silné chemické látky – alkaloidy, alkoholy atd.).

molekula RNA.Molekuly ribonukleové kyseliny (RNA). výrazně méně molekul DNA. Jedná se o jednoduché řetězce nukleotidů. Existují tři typy RNA: ribozomální, nejdelší, tvořící četné smyčky, informační (šablona) a transportní, nejkratší. Ribozomální RNA je lokalizována v ribozomech endoplazmatického retikula a tvoří 85 % celkové RNA buňky.

Messenger RNA svou strukturou připomíná list jetele. Jeho množství je 5 % celkové RNA v buňce. Je syntetizován v jadérkách. K jeho sestavení dochází v chromozomech během interfáze. Jeho hlavní funkcí je přenos informací z DNA do ribozomů, kde dochází k syntéze bílkovin.

Transferová RNA, jak bylo nyní stanoveno, je celá rodina sloučenin příbuzných strukturou a biologickou funkcí. Každá živá buňka podle hrubého odhadu obsahuje 40–50 jednotlivých transferových RNA a jejich celkový počet v přírodě je s přihlédnutím k druhovým rozdílům obrovský. (akademik V. Engelhardt). Říká se jim transport, protože jejich molekuly se účastní transportních služeb pro intracelulární proces syntézy proteinů. Spojením s volnými aminokyselinami je dodávají ribozomům do budovaného proteinového řetězce. Jedná se o nejmenší molekuly RNA, skládající se v průměru z 80 nukleotidů. Nachází se v cytoplazmatické matrici a tvoří asi 10 % buněčné RNA

RNA obsahuje čtyři dusíkaté báze, ale na rozdíl od DNA obsahuje molekula RNA místo thyminu uracil.

Struktura chromozomů. Chromozomy byly poprvé objeveny na konci 19. století klasiky cytologie Flemingem a Strasburgerem (1882, 1884) a ruským výzkumníkem buněk I.D. Chistyakov je objevil v roce 1874.

Hlavním strukturálním prvkem chromózy je jádro. Mají různé tvary. Jsou to buď rovné nebo zakřivené tyče, oválná těla, kuličky, jejichž velikosti se liší.

Podle umístění centromery se rozlišují chromozomy rovné, stejněramenné a nestejnoramenné. Vnitřní struktura chromozomů je znázorněna na Obr. 15, 16. Je třeba poznamenat, že deoxyribonukleoprotein je monomer chromozomu.

Chromozom obsahuje 90-92 % deoxyribonukleoproteinů, z toho 45 % DNA a 55 % protein (histon). Chromozom také obsahuje malé množství RNA (messenger).

Chromozomy mají také jasně definovanou příčnou strukturu - přítomnost zesílených oblastí - disků, které již v roce 1909. se nazývaly geny. Tento termín navrhl dánský vědec Johansen. V roce 1911 americký vědec Morgan dokázal, že geny jsou hlavní dědičné jednotky a jsou distribuovány v chromozomech v lineárním pořadí, a proto má chromozom kvalitativně odlišné úseky. V roce 1934 dokázal americký vědec Paynter nespojitost morfologické struktury chromozomů a přítomnost disků v chromozomech a disky jsou místa, kde se hromadí DNA. To posloužilo jako počátek tvorby chromozomálních map, které označovaly umístění (lokus) genu, který určuje konkrétní vlastnost organismu. Gen je úsek dvoušroubovice DNA, který obsahuje informace o struktuře jednoho proteinu. Jedná se o úsek molekuly DNA, který určuje syntézu jedné molekuly proteinu. DNA se přímo nepodílí na syntéze proteinů. Obsahuje a uchovává pouze informace o struktuře proteinu.

Struktura DNA, sestávající z několika tisíc sekvenčně umístěných 4 nukleotidů, je kódem dědičnosti.

Kód dědičnosti. Syntéza bílkovin. První zprávu o kódu DNA učinil americký biochemik Nirenberg v roce 1961 v Moskvě na mezinárodním biochemickém kongresu. Podstata kódu DNA je následující. Každá aminokyselina odpovídá části řetězce DNA sestávajícího ze tří sousedních nukleotidů (triplet). Takže například úsek sestávající z T-T-T (triplet 3 nukleotidů obsahujících thymin) odpovídá aminokyselině lysinu, tripletu A (adenin) - C (cytosin) - A (adenin) - cystein atd. Předpokládejme, že gen je reprezentován řetězcem nukleotidů uspořádaných v následujícím pořadí: A-C-A-T-T-T-A-A-C-C-A-A-G-G-G. Rozdělením této řady do trojic můžeme okamžitě rozklíčovat, které aminokyseliny a v jakém pořadí se budou nacházet v syntetizované bílkovině.

Počet možných kombinací 4 dostupných nukleotidů ve třech je 4×64. Na základě těchto vztahů je počet různých tripletů více než dostatečný k poskytnutí informací o syntéze mnoha proteinů, které určují jak strukturu, tak funkce těla. Pro syntézu proteinů se přesná kopie této informace posílá do ribozomů ve formě messenger RNA. Na dekódování a syntéze se kromě mRNA podílí velké množství molekul různých transportních ribonukleových kyselin (tRNA), ribozomů a řada enzymů. Každá z 20 aminokyselin se váže na T-RNA - molekula na molekulu. Každá z 20 aminokyselin má svou vlastní tRNA. tRNA má chemické skupiny, které dokážou „rozpoznat“ svou aminokyselinu a vybrat ji z dostupných aminokyselin. To se děje pomocí speciálních enzymů. Poté, co t-RNA rozpozná svou aminokyselinu, vstoupí s ní do spojení. Na začátek řetězce (molekuly) i-RNA je připojen ribozom, který se pohybem po i-RNA spojuje do polypeptidového řetězce přesně ty aminokyseliny, jejichž pořadí je zašifrováno nukleotidovou sekvencí této I-RNA. V důsledku toho vzniká molekula proteinu, jejíž složení je zakódováno v jednom z genů.

Nucleoli- integrální konstrukční část jádra. Jedná se o kulovitá tělesa. Jsou velmi proměnlivé, mění svůj tvar a strukturu, objevují se a mizí. Je jich jeden nebo dva. Pro každou rostlinu určitý počet. Nukleoly mizí, jak se buňka připravuje na dělení a pak se znovu objeví; zdá se, že se podílejí na syntéze ribonukleových kyselin. Pokud je jadérko zničeno soustředěným svazkem rentgenových nebo ultrafialových paprsků, buněčné dělení je potlačeno.

Role jádra v životě buňky. Jádro slouží jako řídící centrum buňky, řídí buněčnou aktivitu a obsahuje nositele dědičnosti (geny), které určují vlastnosti daného organismu. Role jádra může být odhalena, pokud je pomocí mikrochirurgických technik odstraněno z buňky a jsou pozorovány důsledky toho. Sérii experimentů prokazujících její důležitou roli v regulaci buněčného růstu provedl Gemmerling na jednobuněčné zelené řase Acetobularia. Tato řasa dosahuje výšky 5 cm, vypadá jako houba a má něco jako „kořeny“ a „nohy“. Nahoře končí velkým diskovitým „kloboukem“. Buňka této řasy má jedno jádro, umístěné v bazální části buňky.

Hammerling zjistil, že pokud je stonek řezán, spodní část pokračuje v životě a čepice je po operaci zcela regenerována. Horní část zbavená jádra nějakou dobu přežívá, ale nakonec odumře, aniž by byla schopna obnovit spodní část. Proto je jádro acetobularia nezbytné pro metabolické reakce, které jsou základem růstu.

Jádro přispívá k tvorbě buněčné membrány. To lze ilustrovat pokusy s řasami Voucheria a Spyrogyra. Uvolněním obsahu buněk z nastříhaných nití do vody můžeme získat hrudky cytoplazmy s jedním, několika jádry nebo bez jader. V prvních dvou případech se buněčná membrána vytvořila normálně. Při absenci jádra se skořápka nevytvořila.

Při pokusech I. I. Gerasimova (1890) se spirogyrou bylo zjištěno, že buňky s dvojitým jádrem zdvojnásobují délku a tloušťku chloroplastu. V bezjaderných buňkách pokračuje proces fotosyntézy, vzniká asimilační škrob, ale zároveň je utlumen proces jeho hydrolýzy, což se vysvětluje absencí hydrolytických enzymů, které lze v ribozomech syntetizovat pouze podle informace z DNA jádra. Život protoplastu bez jádra je neúplný a krátkodobý. V experimentech I.I. Gerasimov, buňky Spirogyry bez jader žily 42 dní a zemřely. Jednou z nejdůležitějších funkcí jádra je zásobování cytoplazmy ribonukleovou kyselinou nezbytnou pro syntézu bílkovin v buňce. Odstranění jádra z buňky vede k postupnému snižování obsahu RNA v cytoplazmě a zpomalení syntézy bílkovin v ní.

Nejdůležitější role jádra spočívá v přenosu vlastností z buňky na buňku, z organismu na organismus, a to během procesu dělení jádra a buňky jako celku.

Dělení buněk. Buňky se rozmnožují dělením. V tomto případě se z jedné buňky vytvoří dvě dceřiné buňky se stejnou sadou dědičného materiálu obsaženého v chromozomech jako mateřská buňka. V somatických buňkách jsou chromozomy zastoupeny dvěma, tzv. homologními chromozomy, které obsahují alelické geny (přenašeče opačných vlastností, např. bílá a červená barva okvětních lístků hrachu apod.), charakteristiky dvou rodičovských párů. V tomto ohledu je v somatických buňkách rostlinného těla vždy dvojitá sada chromozomů, označená jako 2p. Chromozomy mají výraznou individualitu. Množství a kvalita chromozomů je charakteristickým znakem každého druhu. V buňkách jahod je tedy diploidní sada chromozomů 14, (2n), v jablku - 34, v topinamburu - 102 atd.

Mitóza (karyokineze)– dělení somatických buněk poprvé popsal E. Russov (1872) a I.D. Chistyakov (1874). Jeho podstata spočívá v tom, že z mateřské buňky dělením vznikají dvě dceřiné buňky se stejnou sadou chromozomů Buněčný cyklus se skládá z interfáze a vlastní mitózy. Pomocí mikroautoradiografické metody bylo zjištěno, že nejdelší a nejsložitější je interfáze - období „klidového“ jádra, protože Během tohoto období se jaderný materiál zdvojnásobí. Interfáze je rozdělena do tří fází:

Q1 - presyntetický (jeho trvání je 4-6 hodin);

S - syntetický (10-20 hodin);

Q2 - postsyntetický (2-5 hodin).

Během Q1 fáze se připravují na reduplikaci DNA. A ve fázi S dochází k zdvojení DNA buňky; Ve fázi Q2 se tvoří enzymy a struktury nezbytné k zahájení mitózy. V interfázi se tedy molekuly DNA v chromozomech rozdělí na dvě identická vlákna a na jejich matrici se sestaví messenger RNA. Ten přenáší do cytoplazmy informace o struktuře konkrétních proteinů a v jádře každý z řetězců DNA doplňuje chybějící polovinu své molekuly. Tento proces duplikace (reduplikace) odhaluje jedinečnou vlastnost DNA, kterou je schopnost DNA přesně se reprodukovat. Výsledné dceřiné molekuly DNA jsou automaticky získávány jako přesné kopie rodičovské molekuly, protože při reduplikaci se do každé poloviny přidávají komplementární (A-T; G-C; atd.) báze z okolí.

Během profáze mitotického dělení se stávají patrnými duplikované chromozomy. V metafázi jsou všechny umístěny v rovníkové zóně, uspořádané v jedné řadě. Vznikají vřetenová vlákna (z mikrotubulů, které se navzájem spojují). Jaderná membrána a jadérko mizí. Ztluštěné chromozomy jsou rozděleny podélně na dva dceřiné chromozomy. To je podstata mitózy. Zajišťuje přesnou distribuci duplikovaných molekul DNA mezi dceřinými buňkami. Zajišťuje tedy přenos dědičné informace zašifrované v DNA.

V anafázi se dceřiné chromozomy začnou přesouvat k opačným pólům. Uprostřed se objevují první fragmenty buněčné membrány (phragmoblast).

Během telofáze dochází k tvorbě jader v dceřiných buňkách. Obsah mateřské buňky (organely) je distribuován mezi vzniklé dceřiné buňky. Buněčná membrána je plně vytvořena. Tím cytokineze končí (obr. 17).

Meióza - redukční dělení byl objeven a popsán v 90. letech minulého století V.I. Podstata dělení spočívá v tom, že ze somatické buňky obsahující 2n (dvojitý, diploidní) soubor chromozomů se vytvoří čtyři haploidní buňky s „n“, poloviční sadou chromozomů. Tento typ dělení je složitý a skládá se ze dvou stupňů. První je redukce chromózou. Duplicitní chromozomy se nacházejí v ekvatoriální zóně v párech (dva paralelní homologní chromozomy). V tuto chvíli může dojít ke konjugaci (spojení) s chromózou, překřížení (crossover) a v důsledku toho k záměně úseků chromózy. V důsledku toho přecházejí některé geny otcovských chromozomů do složení mateřských chromozomů a naopak. Vzhled obou chromozomů se tím nemění, ale liší se jejich kvalitativní složení. Otcovská a mateřská dědičnost se přerozděluje a mísí.

V anafázi meiózy se homologní chromozomy pomocí vřetenových vláken rozptýlí k pólům, na kterých po krátké době klidu (vlákna zmizí, ale přepážka mezi novými jádry se nevytvoří) začíná proces mitózy. - metafáze, ve které jsou všechny chromozomy umístěny ve stejné rovině a dochází k jejich podélnému štěpení na dceřiné chromozomy. Během anafáze mitózy se pomocí vřetena rozptýlí k pólům, kde se vytvoří čtyři jádra a v důsledku toho čtyři haploidní buňky. V buňkách některých tkání dochází v průběhu jejich vývoje vlivem určitých faktorů k neúplné mitóze a počet chromozomů v jádrech se zdvojnásobí díky tomu, že se nerozbíhají k pólům. V důsledku takovýchto narušení přirozené nebo umělé povahy vznikají tetraploidní a polyploidní organismy. Pomocí meiózy se tvoří pohlavní buňky - gamety a také spory, prvky pohlavního a nepohlavního rozmnožování rostlin (obr. 18).

Amitóza je přímé dělení jádra. Při amitóze se vřeténka netvoří a jaderná membrána se nerozpadá, jako při mitóze. Dříve byla amitóza považována za primitivní formu dělení. Nyní bylo zjištěno, že je spojena s degradací těla. Je to zjednodušená verze složitějšího jaderného štěpení. Amitóza se vyskytuje v buňkách a tkáních jádra, endospermu, parenchymu hlíz, řapíků listů atd.

Vnější membrána
Vnitřní membrána
Matice m-na, matice, cristas. má hladké obrysy a netvoří prohlubně ani záhyby. Tvoří asi 7 % plochy všech buněčných membrán. Jeho tloušťka je asi 7 nm, není spojen s žádnými dalšími membránami cytoplazmy a je uzavřený sám na sobě, takže jde o membránový vak. Odděluje vnější membránu od vnitřní mezimembránový prostor asi 10-20 nm široký. Vnitřní membrána (asi 7 nm tlustá) omezuje skutečný vnitřní obsah mitochondrií,
její matrici nebo mitoplazmu. Charakteristickým znakem vnitřní membrány mitochondrií je jejich schopnost vytvářet četné invaginace do mitochondrií. Takové invaginace mají nejčastěji podobu plochých hřebenů nebo krist. Vzdálenost mezi membránami v kristě je asi 10-20 nm. Často se kristy mohou větvit nebo tvořit výběžky podobné prstům, ohýbat se a nemají jasnou orientaci. U nejjednodušších jednobuněčných řas a u některých buněk vyšších rostlin a živočichů mají výrůstky vnitřní membrány podobu trubiček (tubulárních cristae).
Mitochondriální matrice má jemnozrnnou homogenní strukturu; Nyní je známo, že filamenty mitochondriální matrice jsou molekuly DNA v mitochondriálním nukleoidu a malá granula jsou mitochondriální ribozomy.

Funkce mitochondrií

1. K syntéze ATP dochází v mitochondriích (viz Oxidativní fosforylace)

PH mezimembránového prostoru ~4, pH matrice ~8 | obsah bílkovin v m: 67 % - matrice, 21 % - vnější m-on, 6 % - vnitřní m-on a 6 % - v intersticiální hmotě
Handrioma– jednotný mitochondriální systém
vnější m-na: poriny-póry umožňují průchod až 5 kD | vnitřní m-na: kardiolipin - činí m-n nepropustným pro ionty |
přerušovaná produkce: skupiny enzymů fosforylují nukleotidy a cukry nukleotidů
vnitřní m-na:
matrix: metabolické enzymy - oxidace lipidů, oxidace sacharidů, cyklus trikarboxylových kyselin, Krebsův cyklus
Původ z bakterií: améba Pelomyxa palustris neobsahuje žádná eukaryota, žije v symbióze s aerobními bakteriemi | vlastní DNA | procesy podobné bakteriím

Mitochondriální DNA

Myochondriální dělení

replikované
v mezifázi | replikace není spojena s S-fází | během cyklu CL se mitochy rozdělí jednou na dva a vytvoří zúžení, zúžení nejprve na vnitřní straně | ~16,5 kb | kruhový, kóduje 2 rRNA, 22 tRNA a 13 proteinů |
transport proteinů: signální peptid | amfifilní kadeř | mitochondriální rozpoznávací receptor |
Oxidační fosforylace
Elektronový transportní řetězec
ATP syntáza
v jaterní buňce m žije ~20 dní, dělení mitochondrií vytvořením konstrikce

16569 bp = 13 proteinů, 22 tRNA, 2 pRNA | hladká vnější membrána (poriny - propustnost proteinů do 10 kDa) složená vnitřní membrána (cristae) matrix (75 % proteinů: transportní nosiče proteiny, proteiny, složky dýchacího řetězce a ATP syntázy, kardiolipin) matrix ( obohacený o látky citrátový cyklus) přerušovaná produkce

Mitochondrie jsou jednou z nejdůležitějších součástí každé buňky. Říká se jim také chondriosomy. Jedná se o zrnité nebo vláknité organely, které jsou součástí cytoplazmy rostlin a živočichů. Jsou producenty molekul ATP, které jsou tak nezbytné pro mnoho procesů v buňce.

Co jsou mitochondrie?

Mitochondrie jsou energetickou základnou buněk, jejich činnost je založena na oxidaci a využití energie uvolněné při rozkladu molekul ATP. Jednoduše řečeno, biologové tomu říkají stanice pro výrobu energie pro buňky.

V roce 1850 byly mitochondrie identifikovány jako granule ve svalech. Jejich počet se měnil v závislosti na podmínkách růstu: více se hromadí v těch buňkách, kde je vysoký nedostatek kyslíku. Nejčastěji se to děje při fyzické aktivitě. V takových tkáních se objevuje akutní nedostatek energie, kterou mitochondrie doplňují.

Vzhled pojmu a místo v teorii symbiogeneze

V roce 1897 Bend poprvé představil koncept „mitochondrie“ k označení zrnité a vláknité struktury, ve které se liší tvarem a velikostí: tloušťka je 0,6 µm, délka - od 1 do 11 µm. Ve vzácných situacích mohou být mitochondrie velké a rozvětvené.

Teorie symbiogeneze dává jasnou představu o tom, co jsou mitochondrie a jak se objevily v buňkách. Říká, že chondriosom vznikl v procesu poškození bakteriálních buněk, prokaryot. Protože nemohli autonomně využívat kyslík k výrobě energie, bránilo jim to v plném vývoji, zatímco progenoti se mohli vyvíjet bez překážek. Spojení mezi nimi během evoluce umožnilo progenotům přenést své geny na eukaryota. Díky tomuto pokroku již mitochondrie nejsou samostatnými organismy. Jejich genofond nemůže být plně realizován, protože je částečně blokován enzymy, které jsou přítomny v jakékoli buňce.

kde žijí?

Mitochondrie se koncentrují v těch oblastech cytoplazmy, kde se objevuje potřeba ATP. Například ve svalové tkáni srdce se nacházejí v blízkosti myofibril a ve spermiích tvoří ochrannou kamufláž kolem osy provazce. Tam generují spoustu energie k roztočení „ocasu“. Takto se spermie pohybuje směrem k vajíčku.

V buňkách vznikají nové mitochondrie prostým dělením předchozích organel. Během ní jsou zachovány všechny dědičné informace.

Mitochondrie: jak vypadají

Tvar mitochondrií připomíná válec. Často se nacházejí v eukaryotech, kde zabírají 10 až 21 % objemu buňky. Jejich velikosti a tvary se velmi liší a mohou se měnit v závislosti na podmínkách, ale šířka je konstantní: 0,5-1 mikronu. Pohyby chondriosomů závisí na místech v buňce, kde dochází k rychlému plýtvání energií. Pohybují se cytoplazmou pomocí cytoskeletálních struktur k pohybu.

Náhradou za mitochondrie různých velikostí, které pracují odděleně od sebe a dodávají energii určitým zónám cytoplazmy, jsou dlouhé a rozvětvené mitochondrie. Jsou schopny dodat energii oblastem buněk umístěným daleko od sebe. Taková společná práce chondriozomů je pozorována nejen u jednobuněčných organismů, ale také u mnohobuněčných. Nejsložitější struktura chondriozomů se nachází ve svalech kostry savců, kde se největší rozvětvené chondriozomy ukotvují pomocí intermitochondriálních kontaktů (IMC).

Jsou to úzké mezery mezi sousedními mitochondriálními membránami. Tento prostor má vysokou elektronovou hustotu. MMK jsou častější v buňkách, kde se vážou dohromady s pracovními chondriosomy.

Pro lepší pochopení problematiky je potřeba stručně popsat význam mitochondrií, strukturu a funkce těchto úžasných organel.

Jak se staví?

Abyste pochopili, co jsou mitochondrie, musíte znát jejich strukturu. Tento neobvyklý zdroj energie má kulovitý tvar, ale často protáhlý. Dvě membrány jsou umístěny blízko sebe:

vnější (hladký);
vnitřní, která tvoří listovité (cristae) a trubkovité (tubuly) výrůstky.

Kromě velikosti a tvaru mitochondrií je jejich struktura a funkce stejné. Chondrosom je ohraničen dvěma membránami o rozměru 6 nm. Vnější membrána mitochondrií připomíná nádobu, která je chrání před hyaloplazmou. Vnitřní membrána je oddělena od vnější membrány oblastí o šířce 11-19 nm. Charakteristickým rysem vnitřní membrány je její schopnost vyčnívat do mitochondrií ve formě zploštělých hřebenů.

Vnitřní dutina mitochondrie je vyplněna matricí, která má jemnozrnnou strukturu, kde se někdy nacházejí vlákna a granule (15-20 nm). Matrix vlákna vytvářejí organely a malá granule vytvářejí mitochondriální ribozomy.

V první fázi probíhá v hyaloplazmě. V této fázi dochází k počáteční oxidaci substrátů nebo glukózy k Tyto postupy probíhají bez kyslíku – anaerobní oxidace. Další fází produkce energie je aerobní oxidace a rozklad ATP, k tomuto procesu dochází v mitochondriích buněk.

Co dělají mitochondrie?

Hlavní funkce této organely jsou:

Přítomnost vlastní deoxyribonukleové kyseliny v mitochondriích opět potvrzuje symbiotickou teorii o vzhledu těchto organel. Kromě své hlavní práce se také podílejí na syntéze hormonů a aminokyselin.

Mitochondriální patologie

Mutace vyskytující se v mitochondriálním genomu vedou k depresivním následkům. Lidským přenašečem je DNA, která je potomkům předána od rodičů, zatímco mitochondriální genom je předán pouze od matky. Tento fakt lze vysvětlit velmi jednoduše: děti dostávají cytoplazmu s chondriosomy v ní uzavřenými spolu s ženským vajíčkem, které chybí ve spermatu. Ženy s touto poruchou mohou mitochondriální onemocnění přenést na své potomky, ale nemocný muž nikoliv.

Za normálních podmínek mají chondriosomy stejnou kopii DNA - homoplazmii. V mitochondriálním genomu se mohou vyskytovat mutace a v důsledku koexistence zdravých a mutovaných buněk dochází k heteroplazmii.

Díky moderní medicíně bylo dnes identifikováno více než 200 onemocnění, jejichž příčinou byla mutace mitochondriální DNA. Ne ve všech případech, ale mitochondriální onemocnění dobře reagují na terapeutickou údržbu a léčbu.

Takže jsme přišli na otázku, co jsou mitochondrie. Jako všechny ostatní organely jsou pro buňku velmi důležité. Nepřímo se účastní všech procesů, které vyžadují energii.