Митохондрии, их строение и функции.

Митохондрии - энергетические станции клеток, - органеллы эукариотической клетки, которые, как полагают, произошли из аэробных бактерий более 1,5 миллиардов лет тому назад. Их основной функцией вляется обеспечение организма энергией.

В тканях млекопитающих митохондрии в процессе окислительного фосфорилирования - (OXPHOS) образуют до 90% молекул АТФ. Известно, что митохондрии являются общепризнаными «фабриками» активных форм кислорода (АФК), а также играют одну из главных ролей в развитии и поддержании окислительного стресса. митохондрии поглощают более 90% кислорода, потребляемого клетками высших животных и человека. При нормальных физиологических услови¬ях 1—5% кислорода, используемого митохондриями, преобразуется в супероксидные анион-радикалы. Митохондриальная АОС включаюет в себя антиокислительные ферменты — марганцевую супероксиддисмутазу (МпСОД), ката- лазу и глутатионпероксидазу — и целый комплекс эндогенных низкомолекулярных антиоксидантов.Активные формы кислорода реагируют с оксидом азо¬та внутри митохондрий, повышая концентрацию вы¬сокоактивного пероксинитрита ONOO [20].

Митохондрии вовлечены также и в другие процессы, крайне важные для жизни высших организмов. Окислительный стресс, клеточная смерть, старение, митохондриальные болезни, канцерогенез, как это ни удивительно, связаны по крайней мере частично с процессами окислительного фосфорилирования, структурной целостностью митохондрий и информа¬ционной идентичностью их генетического аппарата — митохондриальной ДНК (мтДНК).

Митохондрии являются уникальными клеточными органеллами, трансмембранный электрический потенциал в них может увеличиться до 180 МВ, а значение рН в матриксе равно примерно 8, вследствие чего, в митохондриях могут накапливаться как катионные вещества, так и слабые кислоты в анионной форме. С точки зрения редокс-статуса митохондрии являются наиболее восстановленным компартментом клетки.

Число митохондрий в каждой клетке различно и зависит от возраста клетки и типа ткани (определяется энергетическими потребностями клетки). В одной соматической клетке может содержаться от 200 до 2000 митохондрий. Наибольшее количество митохондрий находится в скелетных мышцах, в мышцах сердца, печени и мозге. Митохондрии составляют 25-30% от массы миокарда. Митохондрии встречаются в каждой человеческой клетке, за исключением зрелых эритроцитов.

В процессе движения митохондрии способны распадаться на мелкие образования или, наоборот, собираться в крупные агрегаты. Агрегация митохондрий может происходить при делении и почковании клеток дрожжей, при этом происходит характерная ориентация и направленное движение митохондрий.

Деление митохондрий в клетках дрожжей начинается примерно к 1/5 клеточного цикла после начала деления ядра и заканчивается за 1/5 до конца цикла. Такая регулярная периодичность свидетельствует о существовании тесной связи между митохондриальным и ядерным делениями.

Каждая митохондрия окружена оболочкой, состоящей из двух мембран: наружной и внутренней (Риа1 слайд). В состав наружной мембраны входит много копий белка, называемого порином, который образует широкие гидрофильные каналы в липидном бислое (митохондриальный порин VDAC - voltage-dependent anion channel). Порины обеспечивают осмотически неактивный перенос метаболитов и соединений различной природы с молекулярной массой до ~ 5 кДа в межмембранное пространство.

Внутренняя мембрана, ограничивающая матрикс митохондрий, образует многочисленные складки или кристы. В состав внутренней мембраны входят также разнообразные транспортные белки (транслоказы), 8обусловливающие ее избирательную проницаемость для тех малых молекул, которые либо метаболизируются многочисленными ферментами, сконцентрированными в матриксе, либо необходимы для их активности.

Во внутренней мембране локализованы все компоненты дыхательной цепи (за исключением цитохрома С, находящегося в межмембранном пространстве), необходимые для процесса окислительного фосфорилирования, дающего большую часть АТФ в животных клетках. Получение доступной энергии в виде высокоэнергетической фосфатной связи молекулы ATP обусловлено, главным образом, именно функционированием дыхательной цепи, формирующей на мембране необходимый для работы Н⁺-АТP-синтазы протонный потенциал ΔрН, и, в меньшей степени, субстратным фосфорилирова нием. Считается, что внутренняя мембрана митохондрий проницаема для супероксида, но сейчас имеются данные, опровергающие этот факт.

Пространство внутри митохондриальной мембраны называется митохондриальным матриксом. В матриксе содержится широчайший спектр ферментов цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса), пируватдегидрогеназного комплекса, β-окисления жирных кислот, а также многих других метаболических процессов. Митохондрии содержат и другие оксидоредуктазы, субстратом-окислителем которых служит митохондриальный убихинон. В митохондриальном матриксе также расположена мтДНК.

В процессе окислительного стресса из-за ПОЛ в мембранах возрастает доля упорядоченных липидов с ограниченной подвижностью. Вязкость мембраны повышается. Отрицательный заряд на поверхности мембраны повышается в связи с тем, что вторичные продукты ПОЛ (альдегиды, кетоны, эпоксиды) несут карбо¬нильные и карбоксильные группы. При этом проницаемость плазматических и внутриклеточных мембран резко изменяется для ионов, неэлектролитов и даже макромолекул. Это приводит к потере митохондриями способности осуществлять синтез АТФ, и клетка оказывается в условиях энергетического голода, а также к уменьшению стабильности липидного слоя, что может привести к электриче¬скому пробою мембраны собственным мембранным потенциалом. Электрический пробой приводит к полной потере мембраной ее барьерных функций.