Митохондрии

Если не интересно, этот раздел можно пропустить без вреда для понимания остальной информации. 

Жизнь на нашей планете началась примерно четыре миллиарда лет назад. И примерно половину этого времени никаких митохондрий не было. Все формы жизни были представлены бактериями и археями (которые очень похожи на бактерии, хотя и имеют важные отличия, которые стали заметны относительно недавно, а до того их считали разновидностью бактерий). И ещё были вирусы, о которых до сих пор нет согласия, являются ли они формой жизни, или неживыми биологическими нано-машинами. 

У бактерий и архей клетки довольно простые. Есть внешняя оболочка (мембрана), наполненная жидкостью, в которой растворено всё, что нужно им для жизни, включая их генетический код. У них нет обособленного ядра и отдельных органелл с собственными мембранами, которые отделяют их от остального объёма бактерии или археи. Такие простые организмы называются прокариотами. Они настолько простые, что не могут образовывать многоклеточные организмы, хотя могут образовывать колонии с определённой "социальной жизнью" в них, хоть и довольно простой.

Бактерии, археи и вирусы есть и сейчас. Но где-то 2,5 миллиарда лет назад (а кое-кто считает, что позже, 2 миллиарда, или даже 1,5 миллиарда лет назад) произошла революция, которая открыла новые пути развития жизни и привела, в том числе, к появлению многоклеточных организмов – растений, грибов и животных, а со временем и нас, людей.

Революция состояла в том, что какие-то маленькие бактерии поселились внутри более крупных бактерий или архей. Как и почему это произошло, не известно. Может, бо́льшие бактерии проглотили меньших, но не смогли их переварить. Может, меньшие бактерии вторглись в бо́льших с целью грабежа или паразитирования. А может, они добровольно и без принуждения решили жить вместе и сотрудничать для выживания. 

После такого объединения (или вторжения, или поглощения), меньшие бактерии переложили все хлопоты по поиску пищи на бо́льшие бактерии. Не имея необходимости искать еду, они упростились. Но они развили способность, которой не хватало бо́льшим бактериям  – стали очень эффективными в заряжании энергией молекул АТФ, как для себя, так и для бо́льших бактерий. В результате вышел такой себе симбиоз, кооперация между разными живыми существами. Когда мы нашли эти маленькие бактерии внутри клеток животных и растений, мы назвали их митохондриями.  Такие клетки и далее усложнялись, и в них появилось обособленное ядро и другие органеллы. Мы называем все существа с такими клетками, состоят ли они лишь из одной такой клетки, или из сотень миллиардов или триллионов таких клеток, эвкариотами.

Конечно, такая революция не могла произойти и не имела смысла в первые полтора-два миллиарда лет существования жизни на Земле. Сначала в атмосфере Земли практически не было свободного кислорода, а мы же знаем, что митохондриям нужен кислород для получения энернии из топлива и заряжания ею молекул АТФ, Сначала бактерии и археи полагались на химические реакции с наличными неорганическими соединениями, как на источник энергии. Позже, когда они уже наработали значительную биомассу, часть из них переключилась на выработку энергии путём ферментации. Со временем нашлись и такие, которые изобрели способ использовать энергию Солнца для своих биологических процессов – это были первые цианобактерии (в них не было цианида, просто их цвет был голубой с зеленоватым оттенком – циановый цвет, их ещё называют синебактериями). С помощю солнечной энергии, они начали вырабатывать глюкозу и фруктозу из углекислого газа, которого было очень много в атмосфере того времени. Это был первый фотосинтез. А его побочным продуктом был свободный кислород. Постепенно свободного кислорода в атмосфере стало столько, что значительная часть бактерий отравилась им (потому что не были приспособлены). А те, которые выжили, получили возможность использовать кислород для ускорения своих жизненных химических реакций. Некоторые бактерии и до сих пор не могут жить и размножаться в присутствии кислорода (анаэробные бактерии). Со временем, этот кислород, который чуть не убил жизнь на Земле, стал предусловием биологической эволюции, описанной выше, которая привела к появлению митохондрий, сложных клеток, многоклеточных организмов и, со временем, нас.

Некоторые цианобактерии тоже сделали такой трюк – поселились в одноклеточных организмах, у которых уже были митохондрии, и стали специализироваться на преобразовании солнечной энергии в химическую энергию в виде топлива для митохондрий. Тоже не известно, был ли это добровольный союз, или принудительное поглощение, или вторжение. Но результатом стало начало развития водорослей и всех растений.

Живые существа, которые применяют половое размножение для продолжения своего рода (а это далеко не все живые существа), передают половинки своего генетического кода детям – половину от матери, и половину от отца. Это обеспечивает генетическое разнообразие, что способствует выживанию вида. Но от отца передаётся только генетический код ядра клетки – сперматозоиды животных или пыльца растений не имеют митохондрий. А яйцеклетка содержит митохондрии только матери. Так что митохондрии клеток детей содержат только генетический код, полученный только от митохондрий матери. Этот генетический код не является абсолютно постоянным. С ним происходят мутации, как и с генетическим кодом ядер клеток. Поэтому у разных видов живых существ генетический код митохондрий разный. И в пределах одного вида у отдельных индивидуумов он отличается. Но в нём сохраняются признаки тех самых первых митохондрий, которые ещё были отдельными живыми существами.

Хотя митохондрии сильно упростились, и уже не могут жить отдельно от тех клеток, в которых они когда-то поселились, внутри этих клеток они имеют немало автономии. Да, они чётко выполняют взятое на себя (или возложенное на них) обязательство заряжать энергией молекулы АТФ, и они делают это, потому что без этого клетка погибнет, а вместе с ней и митохондрии. Но вне этого обязательства они относительно свободны. Они размножаются делением (как бактерии), они объединяются, они живут и они умирают. Даже в заряжании АТФ у них есть определённая свобода – могут заряжать, а могут и не заряжать (но не до такой степени, чтобы клетка умерла), и всё это независимо от клетки, в которой они живут.

Впрочем, не совсем независимо. Может, они бы и хотели чаще размножаться (но не сверх определённого количества), но условия жизни клетки могут быть неблагоприятными, и тогда и митохондриям приходится нелегко – их популяция в клетке сокращается, а нагрузка по производству энергии на каждую из оставшихся увеличивается. Это может продолжаться до тех пор, пока оставшиеся митохондрии уже не смогут справляться с производством достаточной энергии, и тогда клетка умирает. Либо же клетка сломается и начнёт получать энергию исключительно через ферментацию, став врагом организма, в котором живёт.

Можно представить себе митохондрию как маленькую электростанцию, которая сжигает топливо, чтобы крутить генератор и производить электроэнергию. 

Конечно, у митохондрий нет топки, и "сжигание" происходит спокойнее, без пламени. Но при этом топливо окисляется кислородом с выделением энергии, которая используюется для заряжания молекул АТФ, 

Топливом для митохондрий может быть глюкоза, жирные кислоты и кетоновые тела (которые производит печень из жирных кислот). Эти кетоновые тела являются наилучшим топливом, но они производятся только при достаточно низком уровне инсулина. Жирные кислоты тоже неплохи, но они недоступны клеткам мозга, поэтому для клеток мозга топливом являются только глюкоза и кетоновые тела. 

Глюкоза – хорошее топливо, но наихудшее из трёх возможных видов топлива. Когда из-за высокого уровня инсулина в качестве топлива используется почти исключительно глюкоза, митохондрии через некоторое время повреждаются. 

Когда мы потребляем фруктозу, часть её доходит до митохондрий. Они не могут использовать её как топливо, но она нарушает нормальную работу митохондрий.

Митохондрии чувствуют себя лучше, размножаются чаще и живут дольше, когда сжигают больше кетоновых тел и жирных кислот, чем глюкозы. Иногда возникает вопрос – могут ли митохондрии работать исключительно на кетоновых телах? Кто-то считает, что да, а кто-то считает, что совсем без глюкозы митохондрии вообще не смогут работать. Но этот вопрос не имеет практического смысла. Даже если мы не потребляем углеводы совсем, а потребляем только жиры и протеины, мы всё равно получаем некоторое количество глюкозы – из жиров и некоторых аминокислот. Даже когда мы какое-то время (неделю или две) вообще ничего не едим, а только пьём воду, мы всё равно получаем глюкозу из наших собственных запасов жира. И некоторое количество глюкозы нам совершенно необходимо для красных кровяных клеток (эритроцитов), у которых нет митохондрий, и ещё для заряжания молекул АТФ посредством ферментации при нехватке кислорода. 

При "сжигании" топлива в митохондриях вырабатываются "продукты сгорания" – углекислый газ и вода, и, может, ещё что-то, в зависимости от топлива. Но коэффициент  полезного действия не достигает 100%. Часть энергии от сжигания выделяется в форме тепла. Впрочем, это тепло не является просто потерей энергии, ведь нам, теплокровным существам, нужно тепло для поддержания температуры тела. Оно не мешает и холоднокровным существам, позволяя им ускорять их биохимические процессы.

Представьте себе электростанцию, у которой генератор отсоединён от турбины. Топливо сжигается, хоть и менее интенсивно. Но электроэнергия не производится. Производится только тепло. Это и есть холостой ход. 

Митохондрии тоже могут работать в таком режиме. Они могут отсоединиться от заряжания энергией молекул АТФ, продолжая сжигать топливо. При этом, они работают с меньшей нагрузкой и производят только тепло. Отсоединение митохондрий – сложный биохимический процесс, который не имеет ничего общего с приведенным сравнением с электростанцией, но результат его такой же – холостой ход.

Но митохондрии могут позволить себе такой способ облегчённой работы только тогда, когда их достаточно много в клетке. Тогда митохондрии могут заряжать молекулы АТФ энергией по очереди, и немного отдыхать. К тому же, при необходимости резко увеличить производство молекул АТФ, часть митохондрий, которые отдыхали, могут снова присоединить "топку к генератору".  

Когда же митохондрий мало, они вынуждены работать непрерывно. Это приводит к их более быстрому износу и дальнейшему сокращению их количества. А тем, которые остаются, приходится работать ещё напряжённее. И тут уже о резком увеличение производства энергии в случае необходимости, не может быть и речи, потому что все митохондрии уже и так работают на полную.

Таким образом, отсоединение митохондрий (холостой ход) – это признак здорового метаболизма и наличия резервов.

Утверждают, что, согласно некоторым исследованиям, люди, которые живут долго и сохраняют здравый смысл до последнего, имеют особенно много митохондрий в клетках, и в любой момент значительная часть этих митохондрий работает на холостом ходу.

Некоторые вещества могут способствовать отсоединению митохондрий. Из тех, которые мы потребляем с пищей, это полифенолы. Они присутствуют в растительной пище, особенно в зелени. Растения вырабатывают их для защиты своих митохондрий и хлоропластов от повреждения солнечным излучением (особенно, ультрафиолетом). 

Также считается, что значительное количество кетоновых тел в качестве топлива позволяет митохондриям отдыхать и размножаться, а когда их становится больше, они могут чаще переходить в режим холостого хода, при этом увеличивая имеющийся резерв мощности по заряжанию АТФ. 

Бурый жир – это жировая ткань, в клетках которой очень много митохондрий, намного больше, чем этим клеткам нужно для обеспечения энергией собственной жизни и функционирования. Именно благодаря большому количеству митохондрий в этих клетках, такая жировая ткань выглядит не белой, а несколько бурой. Бурый жир – это всегда подкожный жир.

Давно было установлено, что у младенцев много бурого жира. Долгое время считалось, что с возрастом он исчезает и заменяется белым жиром. Но сейчас считается, что бурый жир может быть у взрослых, и даже у пожилых людей со здоровым обменом веществ (метаболизмом).

В буром жире большинство митохондрий отсоединены от заряжания АТФ (работают на холостом ходу). Они сжигают тот самый жир, который накоплен в жировых клетках, и производят тепло. Для младенцев это важно, потому что когда холодно, они не имеют возможности повысить производство тепла путём повышения физической активности. Для взрослых это менее важно, потому что у них есть достаточно развитые мышцы, и они могут повысить выработку тепла, увеличив мышечную активность. Дрожание при холоде – это как раз и есть такое повышение мышечной активности для увеличения производства тепла.

Взрослые, у которых сберегся бурый жир, легче переносят холод. И, как ни странно, они же легче переносят жару. Это потому что бурый жир, благодаря своему дополнительному нагреву, быстрее отдаёт тепло, чем поглощает.

Сжигание жиров митохондриями в клетках бурого жира не блокируется высоким уровнем инсулина. Инсулин блокирует выдачу жиров для сжигания другими клетками. А в жировых клетках он как раз и хранится, так что "разрешение" на его сжигание не требуется. Бурый жир может сжигать жиры даже когда уровень инсулина высокий, и остальные клетки организма не могут этого делать.

Образованию бурого жира способствует то же самое, что способствует размножению митохондрий. В первую очередь, это здоровый обмен веществ при нормально работающей системе автоматического регулирования метаболизма. Если же система сломана, в процессе её восстановления может снова появиться некоторое количество бурого жира.

Митохондрии повреждаются ионизирующей и ультрафиолетовой радиацией, разными токсическими веществами, в том числе, теми, которые есть в табачном дыме, так называемыми свободными радикалами, в результате длительного стресса и длительного воспаления. Также они повреждаются при слишком интенсивном заряжании молекул АТФ за счёт сжигания глюкозы. Также фруктоза, когда она есть в крови, вмешивается в их работу и ускоряет их повреждение. И алкоголь вмешивается примерно таким же образом, что и глюкоза, и с теми же последствиями. 

Такие повреждения приводят к уменьшению количества митохондрий и увеличению нагрузки на каждую из них. Со временем, митохондрии становятся неспособными вырабатывать энергию в таком количестве, как прежде. Поскольку эта энергия необходима не только для движения, но и для обновления клеток и всех биохимических процессов в клетках, весь организм начинает работать хуже.

И это – нарушение метаболизма. То, что вредит метаболизму, также вредит митохондриям, а повреждённые митохондрии не могут обеспечивать нормальный метаболизм.

Улучшает метаболизм устранение факторов, которые его повреждают (или хотя бы тех из них, которые относительно несложно устранить), а также предоставление митохондриям "топлива", которое уменьшает нагрузку на них, в первую очередь, кетоновых тел.

Также, физические упражнения и обливание холодной водой (холодный душ), через очень сложную цепочку механизмов, стимулирует размножение митохондрий, что улучшает условия их жизни, а стало быть, улучшает метаболизм.

Где-то в 2010-х годах болезнь Альцгеймера некоторые учёные-медики начали характеризовать как диабет третьего типа. Это потому, что появились достаточно надёжные свидетельства связи стойкого повышения уровня глюкозы в крови с развитием этой болезни. Также отмечается, что симптомы этой болезни в последние десятилетия начали появляться в более раннем возрасте. Это связывается с увеличением потребления углеводов, особенно сахара, и уменьшением потребления насыщенных жиров за два-три десятилетия до начало "омоложения" этой болезни. Такое запаздывание (в 2-3 десятилетия) вполне понятно. Мозг – один из самых защищённых органов, и нарушения метаболизма приводят к нарушению работы мозга не сразу. Можно было бы считать, что это – совпадение, но есть подтверждения связи болезни Альцгеймера с нарушением метаболизма на уровне биохимии нервных клеток.

Другие формы деменции (и снижения возраста, когда начинают появляться их симптомы) тоже связывают с нарушениями метаболизма. Также установлена связь между нарушениями метаболизма и болезнью Паркинсона. Между началом нарушений метаболизма и первыми проявлениями симптомов этих болезней проходит несколько десятилетий. Поскольку нарушения метаболизма сейчас начинаются раньше, также  и симптомы этих болезней появляются раньше.

Во многих случаях исправление метаболизма, которое увеличивало доступность кетоновых тел клеткам мозга, смягчало симптомы этих болезней. 

Есть определённые свидетельства, что у людей с нарушениями метаболизма намного чаще развивается депрессия и появляется склонность к суициду, чем у людей без таких нарушений. Есть также свидетельства, что исправление нарушений метаболизма помогает людям преодолеть депрессию и уменьшает попытки суицида.

С 1950-х годов известно, что применение кето-диеты, или любой диеты, которая ограничивает потребление углеводов с заменой их жирами, для людей в эпилепсией, существенно уменьшает частоту приступов этой болезни.

Все эти свидетельства можно не считать научными доказательствами. Есть лишь десятки тысяч свидетельств тех, кто попробовал восстановить метаболизм и почувствовал облегчение названных симптомов и болезней. И, наверное, есть несколько миллионов людей, которые достигли аналогичных результатов, но не делились своим опытом, чтобы избежать обвинений в некомпетентности, или даже в мошенничестве. 

Так что Вам никто ничего не рекомендует. Не доказано – игнорируйте. Или не игнорируйте. Вам решать.

Митохондрии – это особые структуры в клетках живых организмов, кроме простейших – бактерий и архей. Они производят энергию для заряжания молекул АТФ.

Появление митохондрий стала революцией в развитии жизни на Земле. По сути, когда-то митохондрии были отдельными бактериями, которые почему-то поселились внутри более крупных бактерий или архей и взяли на себя заботу по обеспечению более крупных бактерий заряженными молекулами АТФ, а более крупные бактерии взяли на себя заботу по обеспечению митохондрий топливом. У митохондрий есть генетический код, отдельный от остальной клетки, и этот код передаётся только от матери к детям. Митохондрии внутри клетки живут "собственной жизнью" – они могут объединяться и размножаться, они также со временем умирают и заменяются молодыми митохондриями. Их количество в клетке может увеличиваться, или уменьшаться.

Чтобы заряжать энергией молекулы АТФ, митохондрии "сжигают" (окисляют) топливо – глюкозу, жирные кислоты и кетоновые тела, и для этого им нужен кислород. Основными "продуктами сгорания" топлива являются углекислый газ и вода. Эта работа постепенно изнашивает митохондрии. Не все виды топлива одинаковы для митохондрий. Наилучшим топливом для них являются кетоновые тела, а наихудшим – глюкоза. Полностью исключить глюкозу из топлива для митохондрий невозможно, но увеличение доли кетоновых тел относительно доли глюкозы улучшает работу митохондрий. 

Когда митохондрий много, часть из них может временно отключаться от заряжания молекул АТФ. При этом, они продолжают "сжигать" топливо для собственных потребностей, но в меньшем объёме. Также при этом они производят тепло. А когда нужно ускорить заряжание молекул АТФ, митохондрии могут быстро перейти из отдыха к работе. Если же митохондрий мало, они работают постоянно. При этом, у них нет резерва для ускорения заряжания АТФ, а также они быстрее изнашиваются.

Метаболизм (обмен веществ) и митохондрии тесно связаны. Влияние факторов, которые нарушают работу митохондрий, также нарушает метаболизм. Нарушение метаболизма в результате чрезмерного употребления углеводов, особенно, сахара и фруктозы, вредит митохондриям, что ещё сильнее нарушает метаболизм.

Есть много свидетельств связи между нарушениями метаболизма и умственными и психическими расстройствами. Есть также свидетельства, что улучшение метаболизма, если и не избавляет от этих расстройств, то заметно облегчает их проявления.