Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Prywatności. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.

Zamknij
Mitochondria - nasze fabryki energii

Te niewielkie struktury komórkowe to nasze wewnętrzne elektrownie. Właśnie w nich powstaje niezbędna do życia energia. Sprawność ich działania będzie świadczyła o lepszej adaptacji do wysiłków wytrzymałościowych. Jak możemy zadbać o te unikalne organelle? Poznajmy z bliska mitochondria.

Nie tylko produkcja energii

Mitochondria znajdują się w prawie każdej komórce naszego ciała (nie mają ich tylko erytrocyty w końcowym stadium różnicowania, komórki soczewki i niektóre komórki rdzenia nerki). Kiedyś naukowcy przyjmowali, że produkują one wyłącznie ATP (adezynotrójfosforan), który jest komórkowym nośnikiem energii. Obecnie wiadomo już, że mitochondria zaangażowane są w wiele procesów niemetabolicznych, m.in. w fizjologiczną adaptację do wysiłków wytrzymałościowych - im jest ich więcej w mięśniach, tym większą mamy wydolność.mitochondria1.png Ale to nie wszystko. Biorą również udział w regulowaniu potencjału błonowego i stanu redoks komórki, syntezie hemu i w cyklu mocznikowym w komórkach wątroby. Są też obecne w procesach takich jak sygnalizacja i specjalizacja komórkowa, wzrost i śmierć komórki (apoptoza).

W badaniach naukowych powstawanie nowych mitochondriów uznawane jest za skuteczność interwencji lub zastosowania danego środka w odniesieniu do treningu sportowego.

Prabakterie dały nam rozwój

Mitochondria są jednym z dowodów potwierdzających teorię ewolucji. Od 2 do 1,7 mld lat temu były swobodnie żyjącą bakterią, która zaatakowała organizmy jednokomórkowe (naszych jednokomórkowych przodków) i weszła z nimi w rodzaj symbiozy: bakterie dostarczały energii, a w zamian za to wykorzystywały partnera w procesach odżywiania się i metabolizmu oraz do samoobrony. Zostały tam już na stałe, zmieniając się w fabryki energii.

Mitochondrialne DNA przypomina bakteryjne i – tak jak ono – jest bardziej podatne na błędy przy kopiowaniu, które pojawiają się nawet 20 razy częściej niż przy powielaniu genomu znajdującego się w jądrze komórkowym. Mutacje przekazywane są z pokolenia na pokolenie, bo nie zachodzi crossing-over. Dlatego też mitochondrialne DNA to doskonały czasomierz. Możliwość oddychania tlenowego w mitochondriach pozwala na uzyskanie więcej energii z tej samej ilości pokarmu, co stanowiło dużą przewagę ewolucyjną i przyczyniło się do sukcesu organizmów mających mitochondria. Zwiększyła się ponadto liczba środowisk, w których takie organizmy mogły się rozwijać.mitoch_2.jpg

Dają energię i można je trenować

Im więcej energii potrzebuje komórka, tym więcej ma mitochondriów. Komórki tkanek bardzo aktywnych, czyli np. mięśni, mózgu i wątroby mają ich po kilkanaście tysięcy. To one najbardziej odczuwają zakłócenia w ich pracy. Nowe mitochondria powstają zwykle poprzez wzrost i podział już istniejących (większość białek mitochondrium jest kodowana przez DNA jądrowe).

U organizmów eukariotycznych (a takim jest m.in. człowiek) mitochondria jako jedyne struktury komórkowe (oprócz samego jądra komórkowego i plastydów u roślin) mają własny materiał genetyczny. Mitochondrialne DNA koduje tylko 37 genów (22 tRNA, 13 białek, 2 rRNA) i zaledwie ok. 16500 nukleotydów. Komórkowe DNA ma aż 21 tys. genów, a wiec 600 razy więcej. Podczas podziału komórki, każda kolejna dostaje około połowę mitochondriów, ale ich podział jest losowy. Oznacza to, że może się zdarzyć, że do jednej z nich trafi większość zdrowych, a do drugiej – większość zmutowanych. Nie wiadomo więc, w jakich narządach wystąpią obdarzone mutacją. Sprzyja temu fakt, że mitochondria są jedynymi komórkowymi elementami, które rozmnażają się same, nie czekając na podział komórki, którą zaopatrują w energię.

Mitochondria dziedziczymy niemal wyłącznie po matce. Dzieje się tak, ponieważ w komórce jajowej jest ich o wiele więcej niż w plemniku (odpowiednio około 100 tys. sztuk i 16 sztuk), a po zapłodnieniu te plemnikowe i tak są niszczone. Wyjątki od tej reguły zdarzają się bardzo rzadko. Aktywność fizyczna sprzyja podziałom mitochondriów, które ulegają w późniejszym czasie uszkodzeniom. Większa ich liczba w młodym wieku, kiedy są głównie „sprawne i zdrowe”, daje później korzyści, kiedy przekazywane są potomstwu. Dlatego właśnie aktywność fizyczna jest dla nas tak ważna już od wczesnych lat.mitoch_badania.jpgCo ciekawe, od 2015 r. w Wielkiej Brytanii dopuszczalna jest metoda leczenia bezpłodności, w trakcie której z komórki jajowej dawczyni usuwa się jądro (zostawiając m.in. zdrowe mitochondria), a jądro z zygoty (zapłodnionej komórki jajowej) kobiety bezpłodnej przenosi się do komórki jajowej kobiety zdrowej. Dzieci takie rodzą się z trojgiem rodziców genetycznych (nDNA z matki i ojca, a mtDNA od dawczyni, czyli trzeciego rodzica). Metodę tę stosuje się podczas chorób mitochondrialnych, a dzieci nie dziedziczą mutacji matki.

Mitochondria na odchudzanie?

Ciekawą koncepcją byłoby kontrolowane modyfikowanie mitochondriów. Gdyby zamiast ATP produkowały tylko energię cieplną, organizm spalałby kalorie bez żadnego wysiłku.  Proces ten jest znany w przyrodzie i zachodzi w sposób naturalny w tzw. brunatnej tkance tłuszczowej, występującej u wielu ssaków, szczególnie u tych, które zapadają w sen zimowy. Mitochondria w komórkach tej tkanki zawierają białko zwane termogeniną lub UCP1, które produkuje ciepło w procesie niezwiązanym z drżeniem, określane mianem „wyciekania protonów” bądź „mitochondrialnym rozprzęgnięciem” i zachodzi dzięki dyfuzji wspomaganej protonów do macierzy. Protony przedostają się do macierzy mitochondrialnej, nie wytwarzając ATP. Powoduje to rozproszenie energii potencjalnej gradientu elektrochemicznego protonów w postaci ciepła.

U ludzi ilość tłuszczu brunatnego największa jest tuż po urodzeniu, potem zaś maleje z wiekiem. W mięśniach szkieletowych, wątrobie i zwykłej tkance tłuszczowej również istnieją białka będące odpowiednikami termogeniny, ale ich działanie jest ściśle kontrolowane przez hormony, m.in. te wytwarzane przez tarczycę. Spalanie kalorii działając w ten sposób mogą też uruchomić niektóre leki. Najskuteczniejszy to 2,4-dinitrofenol, składnik nielegalnych środków odchudzających, mający wiele skutków ubocznych.mitoch3.jpg

Jak dbać o mitochondria i czego nie wiemy

Aby zachować te cenne struktury w dobrej formie warto pamiętać o zdrowej diecie. Najważniejsza jest dla nich biotyna (witamina H), witaminy z grupy B (B2, B5, B6), miedź, żelazo i cynk, a także koenzym Q10. Precyzyjne wspieranie mitochondriów nie jest łatwe, ale istnieje już pierwszy lek na chorobę mitochondrialną, który jest obecnie w fazie testów. Substancja o nazwie EPI-743 zatrzymuje rozwój dziedzicznej ataksji Friedreicha. Jest to śmiertelna choroba zaczynająca się w młodym wieku, objawiająca się postępującym osłabieniem mięśni, zaburzeniami czucia, niewydolnością serca, a czasem upośledzeniem umysłowym. Być może EPI-743 będzie można stosować także na inne choroby mitochondrialne, bo obecne efekty wydają się obiecujące.

Produkowanie energii w dawnych organizmach pozwoliło na szereg procesów ewolucyjnych, które przyniosły dużą przewagę naszym praprzodkom. Obecnie powstawanie nowych mitochondriów w komórkach mięśniowych świadczy do prawidłowej adaptacji do wysiłku, podnosząc naszą wydolność.

Wiele jeszcze jednak o nich nie wiemy. Organelle te są ciągle nie do końca zbadane, a każde kolejne odkrycia na ich temat pozwalają lepiej zrozumieć działanie naszego organizmu. Jeśli tylko choć część z tych koncepcji uda się wprowadzić w życie, może się to okazać wielkim przełomem we współczesnej medycynie.

 


Źródła:
S. Mukherjee. Gen. Ukryta historia. Wyd. Czarne. Wołowiec 2017.
Lee Know. Mądre Mitochondria. Wyd. Kobiece. Białystok 2019. 

 

 _____________________
Jakub Jelonek – absolwent AWF w Krakowie i doktorant tej uczelni. Pracownik Uniwersytetu Humanistyczno-Przyrodniczego w Częstochowie. Współautor książki „Trening mistrzów” oraz biografii najlepszych polskich biegaczy. Ciągle aktywny chodziarz (mistrz Polski 2018 na 50 km), który nieustannie dokądś zmierza. Dwukrotny olimpijczyk na 20 km (z Pekinu i Rio) z ambicjami na Tokio. Trener i sędzia lekkoatletyczny, organizator imprez, nie tylko sportowych. Uwielbia czytać, ale i pisać – nie tylko o sporcie. Autor bloga www.jelon.blog