Мітохондрії — що це таке і навіщо вони потрібні

Мітохондрії — це маленькі структури всередині наших клітин, головне завдання яких — перетворювати енергію з поживних речовин на форму, яку клітина може безпосередньо використовувати. Саме тут утворюється більша частина АТФ — молекули, яку часто називають «енергетичною валютою» організму.

Тому популярне порівняння мітохондрій із батарейками або маленькими електростанціями клітини загалом влучне. Але воно трохи спрощує реальність: мітохондрії не просто «виробляють енергію». Вони беруть участь у клітинному диханні, обміні речовин, регуляції кальцію, утворенні тепла, клітинній сигналізації та процесах запрограмованої загибелі клітини.

У середньому одна клітина може містити сотні або тисячі мітохондрій. Особливо багато їх там, де постійно потрібна енергія: у клітинах м’язів, серця, печінки, мозку.

Саме тому сьогодні слово «мітохондрії» можна зустріти всюди — від підручників із біології до матеріалів про спорт, старіння, втому та біохакінг. Розберемося без складної біохімічної мови, що це таке і що вони насправді роблять.

Як влаштовані мітохондрії

Мітохондрія має дві мембрани — зовнішню і внутрішню. Внутрішня мембрана утворює численні складки — кристи. Завдяки цьому її площа значно збільшується: саме на внутрішній мембрані відбувається значна частина процесів, пов’язаних з утворенням АТФ.

Кількість і форма мітохондрій не є раз і назавжди заданими. Вони можуть переміщуватися всередині клітини, зливатися між собою, ділитися, збільшуватися в кількості, коли клітині потрібно більше енергії, а пошкоджені мітохондрії можуть видалятися за допомогою спеціального механізму — мітофагії.

Це динамічна система, яка постійно пристосовується до потреб клітини.

АТФ: навіщо клітині мітохондрії

Їжа дає нам хімічну енергію у вигляді вуглеводів, жирів і білків. Але клітина не може просто взяти шматок глюкози чи жиру і безпосередньо «запустити» ним скорочення м’яза або роботу нервової клітини.

Енергію потрібно перевести у придатну для використання форму.

Такою універсальною формою є АТФ — аденозинтрифосфат.

Значна частина АТФ утворюється в мітохондріях у процесі окисного фосфорилювання. Для цього використовується кисень, який ми отримуємо під час дихання, та продукти розщеплення поживних речовин.

Саме звідси й пішов образ мітохондрії як «енергетичної станції клітини».

Але важливе уточнення: мітохондрії — не єдине місце утворення АТФ. Наприклад, частина АТФ утворюється в цитоплазмі під час гліколізу. Тому старе формулювання «мітохондрія — єдине джерело енергії клітини» є красивим, але біологічно неточним.

Чому в м’язах так багато мітохондрій

Чим більше енергії потребує тканина, тим важливішою для неї стає робота мітохондрій.

Особливо це помітно у м’язах. Для скорочення м’язового волокна потрібен АТФ. Під час фізичного навантаження потреба в ньому різко зростає, тому тренованість організму пов’язана не лише із силою або розміром м’язів, а й зі здатністю ефективно забезпечувати їх енергією.

Регулярна фізична активність є одним із сигналів, що стимулюють мітохондріальний біогенез — утворення нових мітохондрій та адаптацію вже наявних до підвищеної потреби в енергії.

А де тут креатин?

Ось тут часто виникає плутанина.

Креатин не «годує мітохондрії» і не є паливом для них. Він бере участь в іншій, але пов’язаній системі енергозабезпечення.

У клітинах частина креатину зберігається у формі фосфокреатину. Коли потреба в енергії різко зростає, фосфокреатин допомагає швидко відновлювати АТФ із АДФ.

Тому креатин добре відомий у спортивній фізіології, а сьогодні його активно досліджують значно ширше — зокрема в контексті роботи м’язів, старіння та енергетичного обміну.

→ Креатин моногідрат

У мітохондрій є власна ДНК

Це одна з найдивовижніших їхніх особливостей.

На відміну від більшості структур клітини, мітохондрії мають власну невелику кільцеву ДНК — мтДНК. Вона окрема від основної ядерної ДНК людини і містить частину генетичної інформації, необхідної для роботи мітохондрій.

У людини мітохондріальна ДНК передається практично виключно від матері.

Саме ця особливість зробила мтДНК надзвичайно корисним інструментом для генетики популяцій та дослідження походження й міграцій людства.

Звідси походить і популярний термін «мітохондріальна Єва». Це не означає, що колись існувала одна-єдина жінка — «мати всього людства». Йдеться про найдавнішого спільного предка по безперервній материнській лінії, мітохондріальна ДНК якого збереглася у сучасних людей.

Мітохондрії та старіння

З віком робота мітохондрій також змінюється. Можуть накопичуватися пошкодження мітохондріальної ДНК, змінюватися здатність клітини утворювати АТФ, баланс між утворенням нових мітохондрій і видаленням пошкоджених.

Саме тому мітохондріальна дисфункція є одним із напрямів сучасних досліджень старіння.

Але тут важливо не зробити стрибок, який дуже любить індустрія anti-age:

«мітохондрії пов’язані зі старінням» ≠ «достатньо стимулювати мітохондрії — і ми зупинимо старіння».

Біологія старіння набагато складніша.

Так само зміни роботи мітохондрій досліджують при нейродегенеративних захворюваннях, метаболічних порушеннях та інших станах. Це не означає, що «погані мітохондрії» є єдиною причиною цих захворювань або що їх можна лікувати якоюсь універсальною «мітохондріальною» добавкою.

Мітохондрії та вільні радикали

Під час нормальної роботи мітохондрій утворюються активні форми кисню. У невеликій кількості вони є частиною нормальної клітинної сигналізації.

Проблемою стає ситуація, коли утворення активних форм кисню перевищує можливості антиоксидантних систем організму — виникає окисний стрес.

Мітохондрії при цьому цікаві подвійно: вони і беруть участь в утворенні активних форм кисню, і самі можуть зазнавати їхнього впливу.

Тому сучасне уявлення значно складніше за стару формулу «вільні радикали псують мітохондрії — антиоксиданти все виправляють».

Мітохондрії та сонячне випромінювання

Цей зв’язок особливо добре досліджений у шкірі.

Ультрафіолетове випромінювання сприяє утворенню активних форм кисню та пошкодженню клітинних структур, зокрема мітохондріальної ДНК. Накопичення таких змін є одним із механізмів фотостаріння шкіри.

Саме тому захист від надмірного ультрафіолетового випромінювання залишається одним із найбільш обґрунтованих способів профілактики передчасного фотостаріння.

Цей блок залишаємо як спадкоємця матеріалу Anne Clément, але вже без старої категоричності.

Чому зараз усі говорять про мітохондрії

А ось це вже цікава історія XXI століття.

Мітохондрії давно відомі біологам. Але останніми роками вони стали одним із улюблених слів у матеріалах про longevity, біохакінг, спорт, втому, NAD+, метаболічне здоров’я та «клітинну енергію».

І тут наука дуже швидко змішується з маркетингом.

Коли ви бачите фрази:

«підтримує мітохондріальну функцію»,
«підвищує клітинну енергію»,
«активує мітохондрії»,
«омолоджує мітохондрії»,

варто запитати: що конкретно мається на увазі і чи підтверджено це для людини?

Бо мітохондрії справді можна досліджувати, їхня кількість і функція справді можуть змінюватися. Але з цього зовсім не випливає, що будь-яка добавка зі словом «мітохондрії» на упаковці зробить людину енергійнішою або молодшою.

Маленький перекладач із «біохакерської»

АТФ — молекула, енергію якої клітини безпосередньо використовують для своєї роботи.

Мітохондріальна функція — загальна назва для того, наскільки нормально мітохондрії виконують свої численні завдання.

Мітохондріальний біогенез — утворення нових мітохондрій та збільшення мітохондріального апарату клітини.

Мітофагія — контрольоване видалення пошкоджених або непотрібних мітохондрій.

NAD+ — молекула, що бере участь у клітинних окисно-відновних реакціях та енергетичному обміні. Це не «енергія в таблетці».

Фосфокреатин — швидкий резерв для відновлення АТФ, особливо важливий у тканинах із великими коливаннями енергетичних потреб, зокрема в м’язах.

То що насправді корисно для мітохондрій?

Якщо прибрати весь біохакерський антураж, відповідь виявляється значно менш екзотичною.

Регулярна фізична активність, достатнє харчування, нормальний сон, відмова від куріння та контроль метаболічних факторів мають набагато серйознішу доказову основу для здоров’я організму, ніж пошук однієї чарівної речовини для «розгону мітохондрій».

Мітохондрії не потрібно весь час «активувати».

Їм потрібно не заважати нормально виконувати роботу, яку вони роблять у наших клітинах усе життя.

---

Джерело та оновлення матеріалу

Початкова версія матеріалу була опублікована на FitoApoteka у 2018 році за матеріалами Anne Clément, наукової директорки Laboratoires Dr Pierre Ricaud. Матеріал актуалізовано, доповнено та адаптовано українською відповідно до сучасних уявлень про функції мітохондрій.