2

Темная сторона Силы

Нарушения, связанные с дисфункцией митохондрий

Мы уже ответили на вопрос, почему генерация энергии митохондриями является основой здоровья и благополучия, а также необходима для физической, жизненной силы и даже сознания. Мы знаем, что нарушения функционирования митохондрий (пусть они будут слабыми и невыраженными) могут вызывать слабость, повышенную утомляемость и когнитивные проблемы. Также мы знаем, что определенные химические вещества, мешающие работе митохондрий, – это потенциальные яды. Наука утверждает, что прекращение полноценной работы митохондрий представляет собой основную причину не связанных друг с другом на первый взгляд дегенеративных болезней и даже процесса старения как такового.

В этом разделе я сосредоточусь, прежде всего, на темной стороне митохондрий – последствиях для здоровья, связанных с дефектными митохондриями. Я должен, однако, сейчас оговориться, что изложенная мной ниже информация далека от исчерпывающей. По большому счету мы исследуем только верхушку айсберга. Я предлагаю общий обзор проблематики, который позволит вам еще в большей степени оценить важность митохондрий в нашей жизни – как в отношении здоровья, так и болезней. Некоторые из заболеваний, о которых мы поговорим, являются генетическими (и входят в группу митохондриальных заболеваний), в то время как другие приходят извне (речь идет о вирусных инфекциях, загрязнениях окружающей среды, чрезмерном потреблении калорий, естественном старении и о многом другом).

Кратко о биоэнергетике

Биоэнергетика – это раздел биологии, изучающий совокупность процессов преобразования внешних ресурсов в биологически полезную работу (энергетические процессы) живых организмов. Это важная область знаний, так как проблемы с производством и использованием энергии являются ключевой причиной возникновения многих болезней, в которых митохондрии играют ключевую роль (как мы в ближайшее время убедимся).

Несмотря на то что ученые многое знают об АТФ, терапевты и другие врачи в целом не представляют себе, как использовать эти теоретические знания на практике. Давайте сначала обратимся к сердцу, которое использует для одного своего биения примерно 0,7 г АТФ и позволяет сердечной мышце сокращаться со скоростью около 60 раз в минуту или 1 раз в секунду. В таком режиме, сравнительно медленном даже для «здоровых» людей, сердце сокращается 86 400 раз в сутки. Сердце ежесуточно нуждается в 6000 г АТФ и пополняет свои энергетические запасы 10 тысяч раз в 24 часа! Но как оно расходует столь чудовищное количество энергии?

Перед тем как рассмотреть процесс использования АТФ, разберемся в сути этого универсального источника жизненной энергии. АТФ (аденозинтрифосфат) состоит из трех элементов: аденина (пуринового основания), D-рибозы (пентозы, относящейся к классу пятиуглеродных моносахаридов) и трех остатков фосфорной кислоты. Потребляемая клеткой энергия высвобождается, когда фермент забирает у АТФ фосфат, конвертируя химическую энергию, заключенную в связях между элементами, в энергию механическую. После потери фосфата АТФ превращается в АДФ (аденозиндифосфат). Как вы помните, в главе 1 (раздел «АТФ-синтаза: соединение ЭТЦ и окислительного фосфорилирования») мы говорили о том, что благодаря АТФ-синтазе фосфат вновь прикрепляется к АТФ во внутренней мембране митохондрии, воссоздавая АТФ.

Так как клетка обеспечивается двумя базовыми ингредиентами – электронами из пищи и кислородом из воздуха, – этот цикл беспрепятственно повторяется миллионы раз в секунду в каждой клетке нашего организма. Непрерывная рециркуляция АТФ позволяет клетке постоянно наполняться энергией. Однако если клетка испытывает серьезный дефицит либо в кислороде, либо в топливе, то ее функционирование нарушается.

Показательный пример кислородной депривации – состояние после инфаркта миокарда. Инфаркт миокарда возникает в случае блокировки артерии, по которой кровь доставляется в сердечную мышцу. Последняя продолжает работать с прежней скоростью, но на холостом ходу, так как в нее не поступает кислород, без которого невозможен нормальный синтез АТФ. Сейчас наука не может определить, локализованы ли запасы АТФ в определенных участках организма или они свободно перемещаются по телу, но можно с уверенностью утверждать, что есть определенные зоны особенно высокой его концентрации (например, в сердечной мышце или в области движения ионов через мембрану). Так или иначе, безотносительно к тому, где находится АТФ, после того как он высвобождает свою энергию и превращается в АДФ, должно произойти воссоздание АТФ, которая покидает митохондрию, следуя туда, где есть потребность в энергии. Небольшое количество АДФ находится в цитозоле (жидкой растворимой части цитоплазмы клетки, заполняющей пространство между органоидами), где и возвращается в состояние АТФ (без проникновения в митохондрии). Эта АТФ обычно связана с клеточными мембранами, обеспечивая энергию, необходимую для контроля движения ионов через них.

Все это хорошо, но возникает вопрос: если митохондрии обеспечивают 90 % потребностей клетки в энергии, то как обеспечивается передача АТФ в ее «уголки»? Молекулы АТФ, синтезированные внутри митохондрии, должны вернуться в цитозоль, где используется ее энергия. В то же время АДФ из цитозоли должен возвращаться в митохондрии, чтобы там вернуться в состояние АТФ. Сами по себе АТФ и АДФ не способны пройти сквозь мембрану митохондрий, поэтому при участии специального фермента – АТФ-АДФ транслоказы, расположенной во внутренней мембране митохондрий, АТФ транспортируется в цитоплазму в обмен на АДФ. Представьте себе целлюлозно-бумажный завод, который использует переработанные материалы, например новая бумага производится из старой. Для того чтобы этот завод работал без сбоев, новую бумагу следует отправлять за его пределы, чтобы она была использована, а затем возвращена и вновь переработана. Цикл переработки может быть нарушен и в том случае, если сырье не поступает в систему, и если новая бумага не удаляется из нее, чтобы снова вернуться в качестве сырья. Конечно, в целях производства бумаги теоретически можно использовать первичную древесную массу, однако для этого нужно выращивать деревья (на что уходят годы), после чего тратить серьезные ресурсы на превращение их в сырье. Похожим образом дело обстоит и в клеточном микромире. АТФ требуется для использования в качестве топлива и расщепления до АДФ, после чего АДФ возвращается в митохондрии и служит материалом для синтеза новых молекул АТФ. Синтез же АДФ с нуля – слишком долгий и энергоемкий процесс, подобный выращиванию деревьев.