От тела к мозгу. Как нарушения метаболизма становятся причиной депрессии, биполярного расстройства, СДВГ, ПТСР и других заболеваний - Кристофер М. Палмер
Со временем именно это симбиотическое соглашение позволило создать многоклеточную жизнь – по сути, все живое, что мы можем увидеть сегодня своими глазами. У всех эукариот эти внутренние бактерии превратились в митохондрии. В растениях и водорослях (также эукариотах) некоторые из них превратились в то, что мы сейчас называем хлоропластами. Хотя митохондрии и хлоропласты имеют разные названия, они выглядят и функционируют одинаково, и считается, что они произошли от одной и той же бактерии миллиарды лет назад. Более того, известно, что это слияние произошло только один раз и что все растения, животные, водоросли и грибы, существующие сегодня, взяли свое начало от одного и того же организма. Для тех, кто верит в Бога, эта концепция единого события, положившего начало жизни, какой мы ее знаем, может быть обнадеживающей. Для тех, кто не верит в Бога, это было просто одно из тех необычных и маловероятных событий, которые определили эволюцию на миллиарды лет вперед. Независимо от того, во что вы верите, произошло значимое событие в истории жизни на нашей планете.
В эволюции важно быть первым. Когда у разных организмов имеются общие гены, как правило, они считаются более важными, чем гены, уникальные для конкретных видов. Уникальные гены, скорее всего, появились недавно в эволюционной хронологии, в то время как общие гены развились гораздо раньше. То, что сохраняется в течение длительного времени, намного важнее для жизни. Этому есть как минимум две причины. Первая заключается в том, что эволюция стремится избавиться от всего, что не является необходимым или не дает преимущества для выживания или размножения. Если в ходе эволюции организмы перестают нуждаться в каком-либо признаке, он перестает быть объектом отбора и в конечном счете исчезает. Вторая причина заключается в том, что новые гены и признаки должны развиваться совместно с уже существующими генами и признаками и адаптироваться к ним. Митохондрии появились в эукариотических клетках первыми. Изначально это была всего лишь одна бактерия и одна внешняя клетка. Со временем развилось ядро и другие органеллы. Как бы ни были важны эти другие органеллы, митохондрии были там первыми. Вероятно, они повлияли на развитие других частей клетки и стали незаменимыми. Без митохондрий попросту невозможна нормальная работа других элементов клетки.
Современные митохондрии
Митохондрии больше не способны воспроизводить себя вне эукариотической клетки. У человека эти органеллы перенесли бо́льшую часть своей ДНК в ядро клетки, где находится ДНК человека. Существует около 1500 митохондриальных генов, которые сейчас встроены в ДНК человека. Они отвечают за производство белков, которые необходимы для создания или обслуживания митохондрий, и эти белки являются общими для всех митохондрий в клетке. Тем не менее митохондрии не отказались от всей своей ДНК. Каждая из них по-прежнему несет в себе 37 генов. Отдельные органеллы могут использовать эту ДНК автономно – таким образом, они сохраняют некоторую степень независимости как друг от друга, так и от клетки, в которой находятся. Это крайне необычное явление в биологии, и его цели остаются предметом споров. Как бы то ни было, суть в следующем: митохондрии и человеческие клетки теперь на 100 % привязаны друг к другу. Они попросту не могут друг без друга выжить.
Митохондрии очень маленького размера. В среднем в каждой человеческой клетке их количество составляет от 300 до 400 [3]. Таким образом, во всем человеческом организме насчитывается порядка 10 миллионов миллиардов митохондрий. Несмотря на свой крошечный размер, они составляют около 10 % веса нашего тела.
Одна клетка с высоким уровнем обмена веществ (например, в мозге), может содержать тысячи митохондрий, при этом они составляют более 40 % объема клетки.Митохондрии постоянно при деле. Хотя небольшое количество АТФ может вырабатываться и без них в результате гликолиза, митохондрии производят львиную долю АТФ, особенно для клеток мозга. У взрослого человека они производят около 9 × 1020 молекул АТФ каждую секунду [4]. Одна группа исследователей изучила клетки мозга с помощью специальных методов визуализации и обнаружила, что один нейрон в человеческом мозге использует около 4,7 миллиарда молекул АТФ каждую секунду [5]. Это очень много АТФ!
Митохондрии двигаются. Это достаточно недавнее открытие, основанное на новых методах изучения живых клеток [6]. Когда рассматриваешь под микроскопом мертвую клетку, то в ней ничего не движется, так что легко понять, почему исследователи даже не догадывались о возможной подвижности митохондрий. Другие органеллы, как правило, неподвижны. Было крайне неожиданно обнаружить, что митохондрии перемещаются по живым клеткам. Ссылки на видео с движущимися митохондриями вы можете найти в статье PLOS Biology в примечаниях [7]. В интернете полно и других видеозаписей. Внутри клетки существует сеть микротрубочек и нитей, которую часто называют цитоскелетом, – именно ее митохондрии и используют для своего движения. В перемещении митохондрий участвует множество механизмов, которые выходят за рамки данной книги, однако суть проста – некоторые органеллы способны перемещаться [8]. Между тем не все митохондрии движутся – пока одни перемещаются, другие остаются на месте.
Зачем они двигаются? Зачастую они направляются в те места клетки, где что-то происходит и где требуется энергия. Энергия должна вырабатываться в нужном количестве, в нужном месте, в нужное время, и она проходит через невообразимо быстрый процесс переработки, в котором участвуют митохондрии. Митохондрии, которые не двигаются, остаются в местах, где постоянно что-то происходит, – либо рядом с фабриками, где производятся белки (рибосомы), либо в синапсах, где происходит много активности, что является очень важным фактом, имеющим отношение к работе мозга. Исследователи, рассматривающие клетки мозга под микроскопом, уже несколько десятилетий знают, как определить, где находятся синапсы, – они ищут митохондрии.
Митохондрии постоянно заняты переработкой. АТФ – это энергетическая валюта человеческих клеток. Когда она используется в качестве энергии, фосфатная группа удаляется, в результате чего она превращается в аденозиндифосфат, или АДФ. Этот АДФ уже не может дать много энергии, но, если к нему снова добавить фосфатную группу, он будет как новенький. Именно этим и занимаются митохондрии. Они берут АДФ и превращают его обратно в АТФ, присоединяя фосфатную группу, а затем передают его в цитоплазму клетки для использования. Они вырабатывают одну молекулу АТФ и одновременно перерабатывают одну молекулу АДФ. Если в какой-то части клетки идет активная деятельность, там непременно найдутся митохондрии. Они должны обеспечивать АТФ, но они также всасывают весь АДФ и перерабатывают его.
⇨ Митохондрии можно сравнить с крошечными пылесосами, которые рыщут по клетке, всасывая в
