Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимические основы жизнедеятельности организма человека
Обмен энергии в организме
Митохондрии — «энергетические станции» клетки

Митохондрии являются местом заключительного этапа окисления пита­тельных веществ и преобразования энергии в форму, доступную для ис­пользования клеткой. В митохондриях образуется до 90 % АТФ, необходи­мой для жизнедеятельности организма. Такая специфическая функция этих органелл клетки связана с особенностями их строения. Митохондрии имеют гладкую наружную и складчатую внутреннюю мембраны, а также внутреннее содержимое, которое называется матриксом (рис. 17).

В матриксе находятся ферменты окисления пирувата и жирных кислот, а также в высокой концентрации растворимые ферменты цикла лимонной кислоты. Здесь же содержатся АДФ, КоА, НАД и все вещества, обеспечи­вающие митохондриальный синтез белка.

Рис. 17 Схема строения митохондрии, локализации электронтранспортной системы (дыхательной цепи) и образования АТФ, потоки важнейших метаболитов, поступивших и образовавшихся в митохондрии

Наружная мембрана отделяет внутреннюю часть митохондрий от ци­топлазмы клетки. Она содержит различные белки, образующие широкие каналы, по которым легко проникают молекулы веществ с молекулярной массой до 10 000 дальтон. В ней находятся также ферменты, расщепляю­щие липиды и способствующие их последующему перемещению в матрикс митохондрий.

Внутренняя мембрана митохондрий образует многочисленные склад­ки, выступающие внутрь матрикса, которые называются кристами. Кристы увеличивают общую поверхность внутренней мембраны в несколько раз. Структура крист создает возможность упорядоченного расположения на ней многочисленных белков-ферментов. Во внутренней мембране нахо­дятся главные ферментные комплексы, участвующие в передаче элек­тронов на кислород (дыхательная цепь) и обеспечивающие процесс окис­ления. На ее поверхности, обращенной в сторону матрикса, находятся ферменты, осуществляющие синтез АТФ за счет энергии процесса окис­ления (АТФ-синтетазный комплекс). Внутренняя мембрана митохондрий регулирует перенос метаболитов в матрикс и выход из него таких ве­ществ, как АТФ, АДФ, отдельных аминокислот, жирных кислот, ионов Са²⁺ и др. Эта мембрана практически непроницаема даже для многих малых молекул, так как на ней создается электрохимический градиент протонов водорода (Н⁺).

Узкое пространство между наружной и внутренней мембранами пред­ставляет собой межмембранное пространство. В нем находятся фермен­ты, которые катализируют перенос фосфата от АТФ на другие нуклеотиды и на свободные молекулы креатина.

Митохондрии могут передвигаться в клетке и находиться в ней в том месте, где в большей мере используется энергия АТФ. В работающих мышцах они располагаются между миофибриллами и обеспечивают энер­гией процесс сокращения. В клетках может находиться до 200 митохон­дрий в зависимости от функциональной активности организма. Так, при тренировке с использованием упражнений аэробной направленности ко­личество митохондрий в скелетных мышцах существенно увеличивается.