Як збільшити енергетику організму?

Мітохондрія
Мітохондрія - двомембранна органела, наявна у більшості клітин еукаріот (організми, клітини яких мають ядро).

Мітохондрія або електростанція клітини (грецькою mitos — «нитка» та khondrion — «гранула») — циліндрична органела товщиною біля 0,5 мкм, яка присутня у більшості клітин еукаріот. Мітохондрія через процес окислювального фосфорилювання перетворює молекули поживних речовин на енергію у формі АТФ. Типова клітина еукаріота містить близько 2 000 мітохондрій, які займають приблизно 1/5 її повного об’єму. До складу мітохондрії входить мітохондріальна ДНК, незалежна від ДНК у ядрі клітини.

Мітохондрії своєю дією нагадують електронний прискорювач частинок у фізиці. Збудовані в ряд молекули, які собою формують ланцюг перенесення електронів. Електрон «пролітає» і формує в кінцевому підсумку молекулу АТФ. Потім ця АТФ в організмі використовується як джерело енергії. Від якості роботи мітохондрій, від якості роботи дихального ланцюга, від кількості мітохондрій залежить рівень енергії, яким володіє організм.

Людина споживає багато шкідливих речовин, живе таким чином, що мітохондрій стає все менше і менше. До того ж сучасна людина перебуває в стані постійної психічної і фізичної напруги, що теж призводить до виснаження. Постійна перенапруга призводить до того, що в крові утворюється багато всіляких речовин, які впливають на організм, що змушений сам боротися за своє життя.

Мітохондрії генерують енергію. Для того щоб мітохондрій стало більше, організм повинен потрапити в такі «чудові» умови, коли практично немає кисню і немає енергії. Тобто увійти в стан близький до коми. В стані гіпертренувань, коли тренер витягує практично все зі спортсмена, утворюється фермент CMF-кіназа, який запускає процес генерації мітохондрій. Мітохондрій стає більше. На подоланні стану «більше не можу…» і засновано процес тренування спортсменів.

Єдиний фактор, який напряму дозволяє задіяти біосинтез мітохондрій, це дихальна практика з затримкою дихання. За допомогою дихання можна збільшити кількість кисню, досягти стану, коли починає вироблятися маса певних речовин, перекис водню, необхідний для цього процесу.

В момент затримки дихання виникає стан, коли рівень кисню різко падає, це сприяє підвищенню рівня ключового медіатора CMF, концентрація якого різко зростає. У цей момент починається біогенез мітохондрій. На початку дихальної практики і навіть просто спостерігаючи за усвідомленим диханням можна добитися, що енергетична система організму почне ефективно оновлюватися і почне нарощувати свій потенціал потужності.

Основною функцією мітохондрій є синтез АТФ – універсальної форми хімічної енергії в будь-якій живій клітині. Як і у прокаріотів дана молекула може утворюватися двома шляхами: в результаті субстратного фосфорилювання в рідкій фазі (наприклад, при гліколізі) або в процесі мембранного фосфорилювання, пов’язаного з використанням енергії трансмембранного електрохімічного градієнта протонів (іонів водню).

Мітохондрії реалізують обидва ці шляхи, перший з яких характерний для початкових процесів окислення субстрату і відбувається в матриксі, а другий завершує процеси енергоутворення і пов’язаний з крістами мітохондрій. При цьому своєрідність мітохондрії як органели еукаріотичної клітини, що утворює енергію, визначає саме другий шлях генерації АТФ «хеміосмотичного сполучення». Це послідовне перетворення хімічної енергії відновлення еквівалентів НАДН в електрохімічний протонний градієнт ΔμН+ по обидві сторони внутрішньої мембрани мітохондрії приводить в дію мембранно-зв’язну АТФ-синтетазу і завершується утворенням макроергічного зв’язку в молекулі АТФ.

В цілому весь процес енергоутворення в мітохондріях можна розбити на 4 основні стадії, перші дві з яких протікають в матриксі, а дві останні – на кристах мітохондрій:
1) перетворення пірувату і жирних кислот, що надійшли з цитоплазми в мітохондрію, в ацетил-СоА;
2) окислення ацетил-СоА в циклі Кребса, що веде до утворення НАДН;
3) перенесення по дихальному ланцюгу електронів з НАДН на кисень;
4) в результаті діяльності мембранного АТФ-синтетазного комплексу утворення АТФ.

В цитоплазмі в серії з 10 окремих ферментативних реакцій шестивуглецева молекула глюкози частково окислюється до двох тривуглецевих молекул пірувату з утворенням двох молекул АТФ. Потім піруват переноситься з цитозолю через зовнішню і внутрішню мембрани в матрикс, де спочатку перетворюється в ацетил-СоА. Цей процес каталізується великим піруватдегідрогеназним комплексом, який складається з трьох ферментів, п’яти коферментів і двох регуляторних білків. Жирні кислоти, які отримані при розщепленні нерозчинних тригліцеридів в цитоплазмі, переносяться в мітохондріальний матрикс у вигляді ацетил-СоА-похідних.

В матриксі мітохондрії ацетил-СоА повністю окислюється в циклі Кребса, в роботі якого задіяні чотири окремих ферменти, які за кожен цикл забезпечують вкорочення вуглеводневого ланцюга на два атоми вуглецю, які в подальшому перетворюються в СО2. Цей процес забезпечує утворення однієї молекули ГТФ, високоенергетичного проміжного з’єднання НАДН, яке легко віддає електрони в ланцюг перенесення електронів на кристах мітохондрій.

Подальші процеси енергоутворення в мітохондрії відбуваються на кристах мітохондрій і пов’язані з перенесенням електронів від НАДН до кисню. Трансформація енергії окислення здійснюється ферментами, які розташовані на кристах мітохондрій і здійснюють векторне перенесення протонів водню з матриксу мітохондрії в міжмембранний простір. У цьому полягає принципова відмінність роботи оксидоредуктаз дихального ланцюга від функціонування ферментів, які каталізують реакції в гомогенному ізотропному розчині, де направлення реакції в просторі не має сенсу.

Процес перенесення електрона по дихальному ланцюгу може бути розбитий на три стадії, кожна з яких каталізується окремим трансмембранним ліпопротеїдним комплексом (I, III і IV), вбудованим в мембрану кристи мітохондрії. До складу кожного з названих комплексів входять наступні компоненти:
– великий олігомерний фермент, що каталізує перенесення електронів;
– небілкові органічні групи, що приймають і вивільняють електрони;
– білки, що забезпечують рух електронів.

Кожен з цих комплексів здійснює перенесення електронів від донора до акцептора по градієнту редокс-потенціалу через ряд послідовно функціонуючих переносників (жиророзчинних молекул убіхінона, невеликих (молекулярна маса 13 кДа) водорозчинних білків, що містять ковалентно пов’язаний гем і «цитохроми с». При цьому три з п’яти компонентів, що складають дихальний ланцюг, працюють так, що перенесення електронів супроводжується перенесенням протонів через мембрану крист мітохондрій в напрямку з матриксу в міжмембранний простір.

Дихальний ланцюг починається з комплексу I (НАДН-убіхінон-оксидоредуктаза), який складається з 16-26 поліпептидних ланцюгів і має молекулярну масу близько 850 кДа. Функціональна активність цього комплексу визначається тим, що він містить у своєму складі більше 20 атомів заліза, які упаковані в осередку з атомів сірки, а також флавін (Фл – похідний вітаміну рибофлавіну). Комплекс I каталізує окислення НАДН, відокремлює від нього два електрони, які після «подорожі» по окислювально-відновним компонентам комплексу I потрапляють на молекулу-переносник, в якості якої виступає убіхінон (Q). Останній здатний східчасто відновлюватися (приймає на себе по два електрони і протони) і, таким чином, перетворюється у відновлену форму – убіхінол (QH2).

Як збільшити енергетику організму?
Схематична ілюстрація Q-циклу

Енергетичний потенціал (запас енергії) в молекулі убіхінола істотно нижчий, ніж в молекулі НАДН, а різниця в подібній енергії тимчасово запасається у вигляді особливого виду – електрохімічного протонного градієнта, що веде до зниження енергетичного потенціалу електронів, супроводжується трансмембранним переносом двох протонів з матриксу в між мембранний простір мітохондрії.

Відновлений убіхінол мігрує в площині мембрани, де досягає другого ферменту дихального ланцюга – комплексу III (bc1 – димер з субодиниць b і c1 з молекулярною масою більше 300 кДа), сформований з восьми поліпептидних ланцюгів, містить атоми заліза як в сірчаних осередках, так і у вигляді комплексів з гемами b (I), b (II) і c1 – складними гетероциклічними молекулами з чотирма атомами азоту, які розташовані по кутах квадрату, що зв’язує метал. Комплекс III каталізує реакцію відновлення убіхінола до убіхінона з передачею електронів на атом заліза другої молекули переносника (що знаходиться в міжмембранному просторі цитохрому c).

Відокремлених від убіхінола два протони водню звільняються в міжмембранний простір і продовжують формування електрохімічного градієнта. Два протона водню переносяться в міжмембранний простір мітохондрії за рахунок енергії електронів, що проходять простетичними групами комплексу III.

Остання стадія каталізується комплексом IV (цитохром c-оксидаза) з молекулярною масою близько 200 кДа, що складається з 10-13 поліпептидних ланцюгів і, крім двох різних гемів, що включає також декілька атомів міді, міцно пов’язаних з білками. Електрони, що відбираються у відновленого цитохрому c, пройшовши по атомам заліза і міді у складі комплексу IV, потрапляють на пов’язаний в активному центрі цього ферменту кисень, що призводить до утворення води.

Сумарна реакція, що каталізується ферментами дихального ланцюга, полягає в окислюванні НАДН киснем з утворенням води – ступінчасте перенесення електронів між атомами металів, які присутні в простетичних групах білкових комплексів дихального ланцюга, де кожний наступний комплекс має більш високу спорідненість до електрона, ніж попередній. Самі електрони передаються по ланцюгу до тих пір, поки не з’єднаються з молекулярним киснем.

В процесі транспорту по дихальному ланцюгу з парою електронів перекачуються від трьох до шести протонів. Енергія, яка при цьому звільняється, запасається у вигляді електрохімічного протонного градієнта по обидві сторони внутрішньої мембрани мітохондрій.

Завершальним етапом функціонування мітохондрії є генерація АТФ, здійснювана вбудованим у внутрішню мембрану спеціальним макромолекулярним комплексом з молекулярною масою 500 кДа. Цей комплекс, який називають АТФ-синтетазою, якраз і каталізує синтез АТФ шляхом конверсії енергії трансмембранного електрохімічного градієнта протонів водню в енергію макроергічного зв’язку молекули АТФ.

Залишити коментар