Крутые химические реакции (24 гифки) » Триникси

Всем привет. Каждый раз читая учебник биологии я всегда невероятно горд. Ведь то, о чем там написано есть внутри каждого из нас, самый крутой мозг, почти не убиваемая печень. Невероятные лёгкие. И конечно венец энергетики – митохондрии. О которых мы сегодня и поговорим, и узнаем, как эволюционно сложилось что нам для жизни требуется кислород и почему. А для ленивых есть видео.

Митохондрия – имеет сферическую форму, или форму зерна и находится внутри клетки — плавает по цитоплазме. Органические структуры подобные ей называются «Органеллами» — постоянные, жизненно необходимыми компоненты клетки. Размеры самых маленьких из них, примерно в сто раз меньше толщины человеческого волоса, а самых больших в 50. Даже в очках не рассмотреть. И начнём мы не с того, чем они занимаются, а с самого крутого факта о них. С теории о том, как они произошли.

Ещё в далёком 1867 году, больше чем 150 лет назад, великий советский биолог Андрей Фаминцын и не менее крутой Осип Баранецкий выдвинули теорию о том что некоторые бактерии и даже водоросли могут спокойно себе жить внутри клеток других организмов, и не только не паразитировать, но и приносить пользу. Позже это явление назвали Симбиогенез. А ещё позже выяснилось, что митохондрии так же являются симбионтами. Как же начался этот союз?

Вернёмся в прошлое примерно на 1,5 млрд лет назад. Из всех живущих на тот момент бактерий, мы обратим внимание на два вида, один технически совершенен и обладал технологией конвертации глюкозы и кислорода в энергию очень эффективно хотя и медленно (38 энергоячеек из одной молекулы глюкозы). А второй вид был большой и быстрый, но не умел конвертировать глюкозу так же хорошо (всего лишь две энергоячейки из молекулы) что за энергоячейки мы поговорим позже.

И вот первая бактерия съест кусочек сахара, и сидит спокойно, на месяц ей хватает. А вторым постоянно жрать хотелось, ибо неэффективно этот сахар перерабатывали. И вот вторые ели первых почём зря. Но однажды произошёл удивительный случай. Большая бактерия не просто съела маленькую, а съела и НЕ переварила. И они там на своём бактерианском языке договорились между собой, что если у большой будет оставаться лишний сахар, то она будет даже подкидывать маленькой. В общем задружились как Амур и Тимур.

Результат этой странной дружбы оказался настолько удачный, что у большой клетки оказалось достаточно энергии, ведь эффективность маленькой в 18 раз выше, чем у большой. Вот отсюда всё и пошло. Большим бактериям стало лень постоянно ловить маленьких, засовывать их внутрь себя и подкармливать, и они каким-то невероятным образом скрестили свои ДНК. Теперь это были не два отдельных организма, а единый. Молекула ДНК этого нового организма стала большей и ей теперь было неудобно болтаться в цитоплазме. Для неё выдели специальное место – ядро. И при делении такой клетки в ядре уже содержалась информация о митохондриях – тех самых маленьких бактериях, которых ранее все нещадно ели.

Новая особь стала настолько эффективной с эволюционной точки зрения, что она вытеснила практически все остальные виды. И сейчас начиная от амёбы и кончая человеком, почти всё живое содержит в своём геноме информацию о митохондриях. Стоит заметить, что полтора миллиарда лет назад, кислород был отравой похуже чем хлор для нас с вами. И те кто не стал пользоваться митохондриями – попросту отравились кислородом.

Но за миллионы лет симбиоза, митохондрия не утратила свою уникальность. И даже сейчас, в тех митохондриях что внутри вас, осталась действующая митохондриальная ДНК, которая может на своих же митохондриальных рибосомах, выращивать собственные белки! Это просто удивительно.

Ну а теперь, собственно, к тому, чем митохондрия занимается. Все мы знаем, что растения поглощают углекислый газ, и выделяют кислород, это очень распиаренная тема.

С точки зрения физико-химических реакций это выглядит вот так.

6CO2 6H2O —> 6C6H12O6 6O2

Вода и углекислый газ, под действие солнечного света, преобразуются в сахар, из которого затем растения извлекают энергию.

Вот митохондрии занимаются ровно противоположным. Глюкозу они разлагают в углекислый газ и энергию, поглощая при этом кислород. В супер упрощённой схеме это выглядит вот так:

38АДФ 6C6H12O6 6O2 —> 6CO2 6H2O 38АТФ.

С одно стороны этого процесса в митохондрии поступают кислород, глюкоза и АДФ, а с другой выходят углекислый газ вода и АТФ. АДФ и АТФ можно сравнить с незаряженным аккумулятором и заряженным соответственно. И вот эти самые АТФ и есть то, что я назвал в начале текста «энергоячейками».

Давайте рассмотрим этот процесс немного подробней, он тоже очень интересный.

Вначале глюкоза распадается на молочную и пировиноградную кислоту. Этот процесс протекает без кислорода. Процессы в биологии без участия кислорода принято называть анаэробными.

А затем очень изящное и интересное решение эволюции. Природа подметила что кислоты можно превращать последовательно друг в друга, и замкнуть это в круговой цикл. В митохондриях поддерживается непрерывный круговорот превращения одних кислот в другие, в который извне поступают те продукты, которые нужно либо превратить в энергию, либо утилизировать. А на разных стадиях этих превращений выводится заряженная АТФ, да и в придачу полезные заготовки для разных ферментов. Этот невероятный танец превращений был впервые открыт и изучен немецким биохимиком Хансом Кребсом, за что он и получил нобелевскую в 1953, а сам этот процесс получил название «цикл Кребса».

Фактически внутри цикла Кребса происходит медленное и контролируемое сгорание сахара, вот как раз для этого «сгорания» нам требуется кислород. А сами процессы с участием кислорода называют аэробными.

А теперь интересный факт. Если кислорода в клетке нет, или его мало, то глюкоза будет разлагаться не полностью, а только до пировиноградной и молочной кислоты. Про последнюю наверно многие слышали, именно из-за неё болят мышцы после тренировок или сильных физических нагрузок. Так что дышите глубже на тренировках.

Это всё что я вам хотел сегодня рассказать.