Нейните размери варират от 2 до 10 μm (1μm = 0,000 001 m). За първи път тези удивителни клетъчни органели са наблюдавани и описани в мускулите на насекомите през 1857 година от немския професор по физиология и сравнителна анатомия от университета във Вюрцбург Рудолф фон Кьоликер. За тяхното описание той използвал термина саркозоми. През 1886 година неговият сънародник – патологоанатомът и хистолог Ричард Алтман, предлага наименованието биобласти.
Дванадесет години по-късно, използвайки багрилото кристалвиолет, немският патологоанатом Карл Бенда установил съществуването на множество такива органели в цитоплазмата на еукариотните (съдържащи ядро) клетки. Това са клетките на животните, растенията и гъбите. Поради склонността им да формират дълги вериги, той предлага името митохондрии (от гръцките думи μίτος – нишка и χονδρίον – частица, гранула), който термин се запазва до наши дни. Задълбоченото изучение на митоходриите от цитолозите и биохимиците започва в средата на миналото столетие, когато чрез т.нар. диференциално центрофугиране са получени чисти фракции митохондрии, в резултат на което е доказано, че в тях са локализирани ензимите, участващи в т.нар.
цикъл на Кребс
и окислителното фосфорилиране. Цикълът на Кребс е краен етап от окислението на основните нутриенти – въглехидрати, протеини и липиди. Основна роля в тези процеси играе кислородът. За „изгарянето“ на въпросните вещества за денонощие човешкият организъм изразходва около 3 кг (!) кислород, доставян чрез кръвния ток от белите дробове.
Цикълът на Кребс е предложен през 1937 година от немския лекар и биохимик Ханс Кребс, удостоен през 1953 година с Нобелова награда. Поради еврейския си произход през 1933 година той е принуден да емигрира в Англия, където през 1937 година, в университета в Кеймбридж, прави забележителното си откритие.
През 1929 година е установено, че енергията, нужна за съкращаване на мускулите в човешкото тяло, се предоставя от сложна молекула, съставена от аденозин (азотна база аденин, свързана с монозахарида рибоза) и три фосфатни групи. Химичното наименование на тази уникална молекула е аденозитрифосфорна киселина (АТФ). През 1935 година японецът Катаси Макино публикува нейната структурната формула. Шест години по-късно немският биохимик Фриц Липман доказва, че АТФ е основният преносител на енергия в човешкото тяло, чрез който се „финансират“ всички протичащи процеси в него. През 1948 година шотландският биохимик барон Александър Тод, удостоен през 1957 година с Нобелова награда, осъществява изкуствен синтез на АТФ. Необходими са били обаче почти петдесет години за откриване на пътя и механизма, по които човешкият организъм синтезира тази необикновена молекула. За това изключително откритие американският биохимик и аналитик Пол Бойер и английският химик Джон Уокър през 1997 година са удостоени с Нобелова награда по химия. Сега е известно, че около 95% от енергията, използвана от човешкото тяло, се синтезира в митохондриите, а останалата – в други участъци на клетките. Около 80% от енергията, пренасяна от молекулите на АТФ, се добива в резултат на метаболизирането на въглехидратите и едва около 20% – на липидите и евентуално на протеините.
При окислителното фосфорилиране става възстановяване на молекулата на АТФ, която е отдала съхраняваната в нея енергия в резултат на разпадането на т.нар. макроергични (високоенергийни) връзки между фосфатните остатъци.
Предвид на казаното, митохондриите с право са си завоювали и наименованието
„клетъчни енергийни фабрики“
Броят на митохондриите в една клетка варира в изключително широки граници, в зависимост от потреблението на енергия от съответната тъкан. Дадена клетка може да има една митохондрия, а друга – хиляди, а дори и няколко милиона. Както е известно, с най-високо потребление на енергия се отличават клетките на мускулите, сърцето, черния дроб, бъбреците и мозъка, поради което броят на митохондриите в тях е най-голям. Уникална особеност на митохондриите, подчертаваща тяхната изключителна роля в човешкия организъм, е наличието на собствена, т.нар. митохондриална, ДНК, която се наследява само от... майката.
Интересен и любопитен е въпросът за появата на митохондриите, които са особено важна органела в еукариотните клетки. Една от ней-сериозните хипотези предполага, че всъщност митохондриите някога са били... аеробни бактерии, погълнати от по-големи, т.нар. прокариотни клетки, които установяват с тях т.нар. мутуална симбиоза. Мутуализмът е връзка, при която единият субект оказва полза на друг, без да му нанася вреда.
Преди около 600 милиона години в прокариотните клетки, които са били анаеробни, се внедрява бактерия, която е аеробна, т.е. използва кислорода в своя метаболизъм. Аеробните бактерии се появяват в резултат на постоянното нарастване на съдържанието на кислород в атмосферата, вследствие на дейността на фотосинтезиращите цианобактерии. Погълнатата аеробна бактерия се оказва особено полезна за прокариотната клетка, тъй като в резултат на утилизирането на високоактивния кислород тя предпазва клетката-домакин от неговото разрушително действие върху градивните й елементи. Освен това клетката-приемник се сдобива и с мини генератор за производство на енергия.
През последните десетилетия множество изследвания са насочени към изучаване на връзката между активността на митохондриите и развитието на редица заболявания. По безспорен начин е установено, че с напредването на възрастта функциите на митохондриите прогресивно се влошават. Те губят своята дихателна активност, в тяхната ДНК се появявват повреди, натрупва се значително количество свободни радикали, представляващи особено агресивни форми на кислорода. Между 30 и 70-годишна възраст понижението на митохондриалната активност е не по-малко от около 30%.
Няма съмнение, че
понижението на митохондриалната активност оказва непосредствено влияние върху здравния статус на целия организъм
По безспорен начин е установено, че понижената активност на митохондриите има пряка връзка с развитието на невродегенеративните заболявания като Алцхаймер и Паркинсон. Според изследователи от клиниката „Майо“ (The Mayo Clinic) в щата Минесота (САЩ) още на ранните стадии на развитието на болестта на Алцхаймер митохондриите в главния мозък престават да функционират нормално. (Бел. ред. Финландската хранителна добавка Витасел ПКК е насочена конкретно към нормализиране функциите на митохондриите. Повече информация за нея ще откриете на стр. 14 в броя.) Съществуват изследвания, доказващи връзката между функционирането на митохондриите и развитието на онкологични заболявания. Счита се, че т.нар. хронична умора, от която страдат много хора в съвременния урбанизиран свят, също е пряко следствие от понижената активност на митохондриите. С развитието на митохондриална дисфункция се обяснява и развитието на сърдечната недостатъчност. Прилаганата терапия е в състояние само да доведе до туширане на симптомите, но не може да възстанови повредите, настъпили в митохондриите, които понижават тяхната активност. В скелетните мускули на пациенти с диабет тип II е установено критично ниско съдържание на митохондрии.
Безспорно основната функция на митохондриите е производството на енергия под формата на АТФ, но през последните години се натрупаха редица сведения, указващи, че те играят важна роля и в някои важни метаболитни процеси като апоптоза, клетъчна пролиферация (пъпкуване) и синтез на стероиди. В края на миналия век стана известно, че митохондриите емитират специфични сигнални молекули, които инициират апоптозата (програмираната клетъчната смърт). Апоптозата е умишлено самоубийство на клетката, насочено към елиминиране на тези клетки, които не са потребни на определен орган или на целия организъм. Пролиферацията представлява увеличаване на броя на клетките на дадена тъкан в резултат на тяхното делене. Скорошни изследвания доказват, че митохондриите активират имунните клетки – макрофагите. След проникване на патоген в организма митохондриите на макрофагите се „преквалифицират“ – престават да продуцират АТФ и изцяло се заемат с производството на активни форми на кислорода, които използват за поразяването на патогена.
Колко ли нови тайни за ролята на загадъчните органели на клетките в човешкия организъм ще бъдат разкрити в близките години?
Доц. д-р Димитър ПОПОВ
