Биогенез Митохондрий

Различные аспекты физиологии человека
Ответить
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#1

Сообщение Lakshmi » 09 ноя 2015, 23:36

Биогенез Митохондрий

Митохондрии впервые привлекли исследователей около 50 лет назад. До сих пор, митохондриальный синтез энергии остаётся одним из самых важных и значимых открытием в науке.

Наверное бесполезно говорить о важности митохондрии в клеточном балансе, просто упомяну несколько интересных фактов: Митохондрии составляют около 10% от всей массы тела взрослого человека и в метаболически активных клетках (мышцы, печень, мозг) митохондрии занимают около 40% от всего объёма клетки.
mitochondrion.jpg
Митохондрии-это энергетические заводы клетки (так говорила нам наша учительница в школе) и это чистая правда, но в отличие от настоящих заводов, наши органеллы это очень динамичные "заводы" и существуют два внутриклеточных процесса которые необходимы для нормальной жизнедеятельности это слияние-разделение митохондрий и биогенез митохондрий.

Процесс слияния-разделения (fusion-fission) митохондрии надо понимать дословно, на сегодняшний момент на 100% неизвестно зачем и почему митохондрии сливаются а потом разделяются и наоборот, но в целом исследователи считают что во время этого процесса происходит обмен генетического материала (митохондриальный ДНК, сокращённо мхДНК). И остановка одного из этих процессов (слияние или разделение) ведёт к серьёзным нарушениям в клетке. К примеру, нарушения слияния-разделения митохондрии были задокументированны в таких патологических процессах как онкогенез и нейродегенерация.
[+] Открыть спойлер
Но сегодня я буду рассказывать о другом немаловажном процессе - биогенез митохондрий (формирование новых митохондрий).
Итак, биогенез митохондрии также очень сложный процесс и к сожалению не до конца изучен. Сложность заключается в том что в этом процессе участвуют более 1000 генов, около 20% всех клеточных протеинов изменяют свой уровень экспрессии во время этого процесса, и также биогенез митохондрии нуждается в слаженной кооперации двух геномов (клеточного и митохондриального).

Весь митохондриальный ДНК млекопитающих кодирует 13 протеинов участвующих в работе митохондрии (составные части дыхательной цепи переноса электронов), остальные протеины из которых состоит митохондрия кодируется ядерным ДНК а это ни много ни мало около 95% всех митохондриальных протеинов. Плюс ко всему транскрипция (считывание РНК) и репликация (удвоение ДНК) мхДНК происходит под жёстким контролем протеинов (кодирующиеся ядерным ДНК).

Несмотря на всю сложность этого процесса, на сегодняшний день выделяют 3 протеина которые считаются "золотым стандартом" биогенеза митохондрий это Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha и -beta (PGC-1alpha и beta), Nuclear respiratory factors (NRF-1 и 2) и mitochondrial transcription factor A (Тfam).
Screen Shot 2014-06-05 at 6.48.46 PM.png
Первые двое PGC-1 alpha, beta и NRFs являются регуляторами транскрипции митохондриальных генов находящиеся в ядерном ДНК (рисунок 2). Когда как третий протеин "Tfam" регулирует транскрипцию мхДНК. Конечно существуют множество других протеинов которые напрямую или косвенно влияют на биогенез митохондрии но именно изменения уровня экспрессии этих трёх протеинов используется как маркер биогенеза (чем выше экспрессия тем больше биогенеза митохондрий).

Что нам скажут нокаут мыши?

Мыши у которых отсутвтвует ген кодирующий NRF-1 или -2 нам ничего не скажут, так как они умирают во время эмбрионального развития (что подтверждает значимость биогенеза митохондрии в правильном функционировании организма). Такая же ситуация обстоит и с мышами у которых отсутсвует Tfam ген (эмбрионально летальны). Когда как, PGC-1 alpha нокаут мыши в целом мало чем отличаются от обычных мышей, и даже митохондриальный биогенез на должном уровне, хотя многие исследования показывали важность этого протеина в биогенезе. Далее выяснилось что PGC-1 alpha дефицитные мыши экспрессируют в несколько раз больше PGC-1 beta, тем самым компенсируя недостаток своего alpha "собрата".

Для чего это нужно?

Митохондрии "как и всё на свете" стареют что делает невозможным их функционирование, старые митохондрии утилизируются (благодаря таким процессам как аутофагия) и вместо них клетка формирует новые митохондрии.

Также митохондрии очень чувствительны к различным клеточным стрессам (оксидативный стресс, воспалительный стимул, микробная инфекция итд) что приводит к повреждению митохондрии, и чтобы поддерживать энергетический баланс клетка запускает механизмы биогенеза новых митохондрии (Рисунок 3).
Screen Shot 2014-06-05 at 6.49.09 PM.png
Так например, многочисленные работы из университета Дьюка (Северная Каролина) показали что биогенез митохондрий индуцируется во время экспериментальной модели сепсиса или пневмонии, и играет защитную роль во время инфекционно-воспалительного процесса путём регулирования апоптоза в лейкоцитах и клетках тканей (лёгкие, печень) и воспалительных медиаторов (цитокинов и хемокинов) (Рисунок 3).

В последующем, исследователи из этого же университета нашли прямую корреляцию между высоким уровнем митохондриального биогенеза и выживаемости среди пациентов страдающие сепсисом.Также высокий уровень биогенеза митохондрий наблюдается во время физических нагрузок, как адаптивная реакция организма к высокому расходованию энергии.

В целом можно заключить что формирование новых митохондрий важный процесс для поддержания гомеостаза, защиты от патогенов и повреждении, а также адаптации организма к "необычным" условиям.

Литература:
Physiol Rev 88: 611–638, 2008
Exp Gerontol. 2008 43(9): 813–819
Mol Cell 14: 1–15, 2004
Mol Cell Biol 21: 644–654, 2001
Nature Genet 18: 231–236, 1998
Am J Resp Crit Care Med. 2010;182:745-751.
Am J Resp Crit Care Med. 2007;176:768-777.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#2

Сообщение Lakshmi » 09 ноя 2015, 23:40

Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#3

Сообщение Lakshmi » 09 ноя 2015, 23:49

Your Brain on Ketones Emily Dean, MD Psychiatrist
And now let's really get down to the mitochondrial level. Mitochondria are the power plants of our cells, where all the energy is produced (as ATP). Now, when I was taught about biochemical fuel-burning, I was taught that glucose was "clean" and ketones were "smokey." That glucose was clearly the preferred fuel for our muscles for exercise and definitely the key fuel for the brain. Except here's the dirty little secret about glucose - when you look at the amount of garbage leftover in the mitochondria, it is actually less efficient to make ATP from glucose than it is to make ATP from ketone bodies! A more efficient energy supply makes it easier to restore membranes in the brain to their normal states after a depolarizing electrical energy spike occurs, and means that energy is produced with fewer destructive free radicals leftover.
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#4

Сообщение Lakshmi » 09 ноя 2015, 23:58

Есть несколько очень сложных шагов в создании АТФ внутри митохондрии, но взгляд на 5 главных частей производства АТФ - это все, что Вы должны знать, чтобы понять, как энергия создается внутри наших митохондрий и почему жиры – ключ к оптимизации их функции. Не стоит сосредотачиваться на специфических названиях, просто попробуйте увидеть целую картину.

Шаг 1 – Транспортировка источника топлива из пищи в митохондрии

Топливо должно сначала войти в митохондрии, где происходит все действие. Топливо может поступать из углеводов, или оно может поступать из жиров. Жирные кислоты - химическое название для жира, и средне- и длинно-цепочечные жирные кислоты входят в митохондрии полностью неповрежденными с помощью L-карнитина. Представьте L-карнитин как поезд подземки, который транспортирует жирные кислоты в митохондрии. L-карнитин (от греческого слова carnis означающего мясо или плоть) в основном находится в животных продуктах.

Топливо из углеводов сначала должно быть раздроблено вне митохондрий, и продукт этого раздробления (пируват) - то, что транспортируется в митохондрии, или он может использоваться, чтобы произвести энергию очень неэффективным способом вне митохондрий через анаэробный метаболизм, который производит АТФ, когда кислород отсутствует.

Шаг 2 - Топливо преобразуется в Ацетил-КоА **Ацетил-Ко-фермент**

Когда пируват - продукт разрушения углеводов - входит в митохондрии, он сначала должен быть преобразован ферментативной реакцией в ацетил-КоА.

Жирные кислоты, которые уже внутри митохондрий, разбиваются, превращаясь прямо в ацетил-КоА в процессе, названном бета-окислением.

Ацетил-КоА - отправная точка следующего шага в производстве АТФ в митохондриях.

Шаг 3 - Окисление Ацетил-КоА и Цикл Кребса

Цикл Кребса (ИНАЧЕ цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты) - то, что окисляет ацетил-КоА, таким образом удаляя электроны из ацетила-КоА и производя углекислый газ как побочный продукт в присутствии кислорода в митохондриях.

Шаг 4 - Электроны Транспортируются Через Дыхательную Цепь

Электроны полученные из ацетил-КoA - который в конечном счете получен из углеводов или жиров - курсируют через многие молекулы как часть транспортной цепи электронов внутри митохондрий. Некоторые молекулы - белки, другие - молекулы ко-факторов. Один из этих ко-факторов - важное вещество, найденное главным образом в животных продуктах, и оно называется кофермент Q-10. Без него митохондриальное производство энергии было бы минимальным. Это - тот же самый кофермент Q10, который блокируют препараты статина, нанося вредный эффект здоровью людей. На 4м шаге также производится вода, когда кислород принимает электроны.

Шаг 5 - Окислительное фосфорилирование

По мере того, как электроны путешествуют по транспортной цепи электронов, они вызывают электрические колебания (или химические градиенты) между внутренней и внешней мембраной в митохондрии. Эти химические градиенты - движущие силы, которые производят АТФ в том, что называют окислительным фосфорилированием. Затем АТФ транспортируется из митохондрий в клетку, чтобы использоваться как энергия для любой из ее тысяч биохимических реакций.

Но почему жир лучше чем углеводы?

Если бы не было митохондрий, то жировой метаболизм для энергии был бы ограничен и не очень эффективен. Но природа в течение нашего развития обеспечила нас митохондриями, которые определенно используют для энергии жир. Жир – топливо, позволяющее животным путешествовать на большие расстояния, охотиться, трудиться и играть, поскольку жир дает большее количество энерго-пакетов АТФ, чем углеводы. Биохимически, смысл этого в том, что если мы, высшие млекопитающие, имеем митохондрии, тогда мы должны есть жир. Принимая во внимание, что углеводный метаболизм дает 36 молекул АТФ из молекулы глюкозы, жировой метаболизм дает 48 молекул АТФ из молекулы жирной кислоты в митохондрии. Жир дает больше энергии при том же самом количестве пищи, по сравнению с углеводами. Но не только это, сжигание жира митохондриями - бета окисление - производит кетонные тела, который стабилизируют сверхвозбуждение и окислительное напряжение мозга, связанное со всеми его болезнями, это также вызывает эпигенетические изменения, которые производят здоровые и энергичные митохондрии и уменьшают перепроизводства вредных и воспалительных свободных радикалов среди многих других вещей!

Christian B. Allan, PhD и Wolfgang Lutz, MD, Жизнь Без Хлеба
Не в сети
Аватара пользователя
Vetchinka
Горожанин

Биогенез Митохондрий

#5

Сообщение Vetchinka » 10 ноя 2015, 07:11

Аня, спасибо! Так мило ;) я всегда к митохондрии испытывала нежную любовь и она мне нравились больше других органелл ;)
Не в сети
Аватара пользователя
Микулишна
Почетный гражданин

Биогенез Митохондрий

#6

Сообщение Микулишна » 10 ноя 2015, 08:17

ye15 Симпатичные, правда? А эти их кристы! Расцеловала бы каждую! qw@
Не в сети
Аватара пользователя
Koshatina
Путешественник

Биогенез Митохондрий

#7

Сообщение Koshatina » 10 ноя 2015, 09:30

Тоже любила митохондрии еще со школы, потому что у них своя ДНК и они всегда представлялись мне отдельными живыми микроорганизмами, которые просто поселились в наших клетках и существуют в симбиозе с ними)
Не в сети
Аватара пользователя
Микулишна
Почетный гражданин

Биогенез Митохондрий

#8

Сообщение Микулишна » 10 ноя 2015, 09:35

Koshatina писал(а): они всегда представлялись мне отдельными живыми микроорганизмами, которые просто поселились в наших клетках и существуют в симбиозе с ними)
Vala_5 Да так и есть, стопудово! vianne4
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#9

Сообщение Lakshmi » 10 ноя 2015, 11:15

Девочки, здесь тема не про любовь к органеллам. :mocking: А про любовь к кетозу, который способствует росту новых митохондрий. :mocking:
Не в сети
Аватара пользователя
Микулишна
Почетный гражданин

Биогенез Митохондрий

#10

Сообщение Микулишна » 10 ноя 2015, 11:31

Lakshmi писал(а): Девочки, здесь тема не про любовь к органеллам.
Чо это?! e82e Почему нам нельзя любить свои органеллы?! Мы вот осознаем как следует, что кетоз для них полезен, и как начнем размножать их в себе! Да, девочки? ye15
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#11

Сообщение Lakshmi » 10 ноя 2015, 12:00

Микулишна писал(а): Мы вот осознаем как следует, что кетоз для них полезен
А до этого ты чем, извиняюсь, занималась? :mocking:
Не в сети
Аватара пользователя
Микулишна
Почетный гражданин

Биогенез Митохондрий

#12

Сообщение Микулишна » 10 ноя 2015, 12:07

Lakshmi писал(а): А до этого ты чем, извиняюсь, занималась?
Не осознавала, насколько полезен кетоз для митохондрий! ye9
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#13

Сообщение Lakshmi » 10 ноя 2015, 12:14

Микулишна писал(а): Не осознавала, насколько полезен кетоз для митохондрий! ye9
dd.gif
Не в сети
Аватара пользователя
Микулишна
Почетный гражданин

Биогенез Митохондрий

#14

Сообщение Микулишна » 10 ноя 2015, 12:18

У меня склероз, забыла?! Мне всегда надо напоминать! e82e dd.gif
Не в сети
Аватара пользователя
Koshatina
Путешественник

Биогенез Митохондрий

#15

Сообщение Koshatina » 10 ноя 2015, 13:23

Микулишна писал(а): Да, девочки?
Именно!
Микулишна писал(а): Не осознавала, насколько полезен кетоз для митохондрий!
Да-да, нам в школе и в университете все это рассказывали исключительно на примере глюкозы!)
Не в сети
Аватара пользователя
Д.С.
Премьер-министр

Биогенез Митохондрий

#16

Сообщение Д.С. » 10 ноя 2015, 14:23

Lakshmi писал(а): Это - тот же самый кофермент Q10, который блокируют препараты статина, нанося вредный эффект здоровью людей.
Статины блокируют синтез Q10.
Жаль, что вас с нами не было. ©
Не в сети
Аватара пользователя
Д.С.
Премьер-министр

Биогенез Митохондрий

#17

Сообщение Д.С. » 10 ноя 2015, 14:27

Lakshmi писал(а): По мере того, как электроны путешествуют по транспортной цепи электронов, они вызывают электрические колебания (или химические градиенты) между внутренней и внешней мембраной в митохондрии. Эти химические градиенты -
Это электрический градиент. Разница потенциалов. Напряжение постоянного тока. То, что измеряется вольтметром.
Это тоже самое напряжение, что и, например, в батарейке. Или между облаками и землей (при высоком напряжении наступает пробой, видимый в виде молнии)
Жаль, что вас с нами не было. ©
Не в сети
Аватара пользователя
Д.С.
Премьер-министр

Биогенез Митохондрий

#18

Сообщение Д.С. » 10 ноя 2015, 14:31

Lakshmi писал(а): А про любовь к кетозу, который способствует росту новых митохондрий.
Рост митохондрий опеспечивает нагрузка.
Что в мышцах, что в мозгах.
После пребывания на орбите, или после постельного режима с митохондриями хреново.
Жаль, что вас с нами не было. ©
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#19

Сообщение Lakshmi » 10 ноя 2015, 14:38

Д.С. писал(а): Статины блокируют синтез Q10.
Если так уж сильно придираться, то статины блокируют мевалонатный путь биосинтеза холестерина и Q10 в придачу. ye15
Не в сети
Аватара пользователя
Микулишна
Почетный гражданин

Биогенез Митохондрий

#20

Сообщение Микулишна » 10 ноя 2015, 15:07

Атас! Все пути отрезаны, ребзя! (панически оглядываясь) - И даже мевалонатный!! scare3
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#21

Сообщение Lakshmi » 10 ноя 2015, 15:09

Д.С. писал(а): Рост митохондрий опеспечивает нагрузка.
Это у нормальных людей. yep.gif У ненормальных, ещё и кетоз. yep.gif rof
Не в сети
Аватара пользователя
Vetchinka
Горожанин

Биогенез Митохондрий

#22

Сообщение Vetchinka » 11 ноя 2015, 06:51

Lakshmi писал(а): который способствует росту новых митохондрий. :mocking:
а еще: Ааааээроообикааа! Ааааээроообикааа!
музыка и слова не мои =)
Не в сети
Аватара пользователя
Koshatina
Путешественник

Биогенез Митохондрий

#23

Сообщение Koshatina » 11 ноя 2015, 09:31

Vetchinka писал(а): Ааааээроообикааа! Ааааээроообикааа!
Ах ты ж блин, теперь у меня эта песня будет играть весь день в голове!!! :lol:
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#24

Сообщение Lakshmi » 02 июн 2016, 13:47

Эффективное лечение митохондриальной миопатии с помощью никотинамида рибозида

Abstract

Nutrient availability is the major regulator of life and reproduction, and a complex cellular signaling network has evolved to adapt organisms to fasting. These sensor pathways monitor cellular energy metabolism, especially mitochondrial ATP production and NAD+/NADH ratio, as major signals for nutritional state. We hypothesized that these signals would be modified by mitochondrial respiratory chain disease, because of inefficient NADH utilization and ATP production. Oral administration of nicotinamide riboside (NR), a vitamin B3 and NAD+ precursor, was previously shown to boost NAD+ levels in mice and to induce mitochondrial biogenesis. Here, we treated mitochondrial myopathy mice with NR. This vitamin effectively delayed early- and late-stage disease progression, by robustly inducing mitochondrial biogenesis in skeletal muscle and brown adipose tissue, preventing mitochondrial ultrastructure abnormalities and mtDNA deletion formation. NR further stimulated mitochondrial unfolded protein response, suggesting its protective role in mitochondrial disease. These results indicate that NR and strategies boosting NAD+ levels are a promising treatment strategy for mitochondrial myopathy.
Effective treatment of mitochondrial myopathy by nicotinamide riboside, a vitamin B3
Не в сети
Lakshmi
Администратор

Биогенез Митохондрий

#25

Сообщение Lakshmi » 02 июн 2016, 14:04

Митохондриальная дисфункция является признаком старения, но это обратимый процесс. При помощи никотинамида рибозида. ё//*
Lakshmi писал(а): Многочисленные научные исследования показали, что никотинамид рибозид может улучшить взаимодействие внутри ваших клеток и уменьшить клеточный возраст до 66%. За счет этого вы сможете серьезно улучшить здоровье, включая улучшение состояния кожи, улучшение работы головного мозга и снижение риска сердечно-сосудистых заболеваний, снижение веса увеличения роста мышц при тренировках и улучшение общей выносливости.
Lakshmi писал(а): По сути никотинамид рибозид является первым и пока единственным омолаживающим средством, для нашего организма (в отличии от других препаратов геропротекторов, которые только лишь, замедляют процессы старения, но не дают омолаживающего эффекта).
Lakshmi писал(а): В модели обычно используются для изучения изменения продолжительности жизни, черви C. Элеганс, они жили 16% больше, когда потребляли никотинамид рибозид. Это увеличение продолжительность жизни было продемонстрировано в результате увеличения примерно на 50% митохондриального потребления кислорода, и уровня митохондриальной эффективности.
Ответить

Вернуться в «Физиология, биология, биохимия и пр.»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 4 гостя