Ο μεταβολισμός της τροφής. Μέρος τρίτο: Μιτοχόνδριο, το "χοντρό πορτοφόλι" της ενέργειας του κυττάρου

 

Της Δήμητρας Σπανού , Χημικού, Καθηγήτριας Β/θμιας Εκπ/σης

 

Το εκπληκτικό μιτοχόνδριο

Αν το ATP έχει χαρακτηριστεί σαν το "ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου" τα ενσωματωμένα οργανίδια μιτοχόνδρια θα το χαρακτήριζα σαν το "χοντρό πορτοφόλι του κυττάρου", όπου εκεί οι ουσίες των τροφών θα δώσουν τη μεγάλη ποσότητα από την ενέργειά τους. Δομημένο με τάξη και σοφία  με εξωτερικό και εσωτερικό τμήμα με δυο μεμβράνες, με το δικό του DNA (το λεγόμενο μιτοχονδριακό), βακτηριόμορφο, το οργανίδιο αυτό, θεωρείται πως ήταν αυτόνομο σωματίδιο, πριν ενσωματωθεί σε έναν μεγαλύτερο τότε, οργανικό σχηματισμό, το πρώτο κύτταρο,  στα πρώτα βήματα της εξέλιξης της ζωής στη Γη. Ο βασικός του ρόλος μέσα στο κύτταρο, είναι η άντληση ενέργειας από τα μόρια που εισέρχονται μέσα από την εξωτερική μεμβράνη του. Με τρόπο οργανωμένο και σταδιακά όπως πρέπει να γίνεται σε ένα συστημα που δεν πρέπει να υπερβεί κάποια όρια, θερμοκρασίας, οξύτητας κ.λ.π.

Τα μιτοχόνδρια στο κάθε κύτταρο δεν έχουν σταθερό αριθμό είναι από μερικές δεκάδες έως εκατοντάδες,

  

ανάλογα με τις ενεργειακές ανάγκες του κάθε τύπου κυττάρου και πόσο δραστήριο είναι.

Ας θυμηθούμε τώρα τα τρια είδη τροφών που τρώμε, τους υδατάνθρακες, τις πρωτείνες και  τα λίπη, και ας δούμε που έχουν φτάσει μετά από την επεξεργασία τους στο πεπτικό, στο αίμα και στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου.

Τους υδατάνθρακες που μπήκαν στο κυτταρόπλασμα σαν γλυκόζη τους είδαμε να μετατρέπονται σε πυροσταφυλικό οξύ  με την διαδικασία της γλυκόλυσης (Δεύτερο Μέρος) 

Ενώ από τα αμινοξέα των πρωτεινών όσα δεν χρησιμοποιήθηκαν μετατράπηκαν, ορισμένα ,επίσης σε πυροσταφυλικό οξύ

Όσον αφορά τα λίπη έχουν καταφθάσει στο κυτταρόπλασμα σαν κετοσώματα από το ήπαρ και ορισμένα σαν μικρότερης αλυσίδας οξέα.

Το  ακέτυλοσυνένζυμοΑ

Τα κετοσώματα ενεργοποιούνται στο κυτταρόπλασμα όταν συνδέονται με μια πολύ σπουδαία ουσία το συνένζυμο Α

  

ακετυλοσυνένζυμοΑ : μετατρέπονται και η γλυκόζη και τα λίπη γιατί έτσι ενεργοποιούνται και συνεχίζουν στον επόμενο κύκλο οξειδώσεων. 

που αποτελείται από ακυλομάδα (εδώ ακέτυλο) μονάδα β μεερκαπτονοαιθυλαμίνης μονάδα Παντοθεϊκού οξέος και ΑΤΡ

Έτσι ενεργοποιημένο μπορεί να μπει στο μιτοχόνδριο

 

 

Ας πάρουμε το πυροσταφυλικό οξύ για την συνέχεια...προιόν της γλυκόλυσης από το κυτταρόπλασμα,...

 μόλις εισέλθει από την εξωτερική μεμβράνη στον διαμεμβρανιακό χώρο του μιτοχόνδριου θα μετατραπεί και αυτό σε ακέτυλοσυνένζυμοΑ με την βοήθεια ενός NADH και με το συνένζυμοΑ

Μέσα στην μήτρα του μιτοχόνδριου

Και θα εισέλθει στην συνέχεια στην μήτρα MATRIX  (τον εσωτερικό χώρο) του μιτοχόνδριου όπου μαζύ με οξσλοξικό η ακετυλορίζα  (CH3CO) θα δώσει το κιτρικό οξύ To κιτρικό οξύ μετά από μια σειρά αντιδράσεων θα δώσει στο τέλος εκ νέου το οξαλοξικό

Ένα νέο ακέτυλοσυνένζυμοΑ θα σπεύσει να ενωθεί με το οξαλοξικό και να ξεκινήσει νέος κύκλος του Κιτρικού οξέος κ.ο.κ,

  το κιτρικό οξύ

Κατά τον κύκλο αυτό πετυχαίνουμε την σταδιακή οξείδωση που στη γλώσα της Χημείας οξείδωση δεν σημαίνει μόνο η ένωση με το οξυγόνο αλλά η απόσπαση ηλεκτρονίων με συνέπεια να έχουμε παραγωγή νέων σωμάτων

ο κύκλος του κιτρικού οξέως KREBS με τους χημικούς τύπους των ενδιάμεσων προιόντων. Ένα μέρος από τα προιόνα αυτά μπορεί να τα χρησιμοποιήσει ενδιάμεσα το κύτταρο για τις ανάγκες του, γιατι είναι ουσίες που χρειάζεται ο οργανισμός . Μπορούν ακόμα οι ουσίες αυτές ισοκιτρικό, ηλεκτρικό κ.λ.π. να εισέλθουν στον κύκλο από ένα ενδιάμεσο στάδιο (Ιδιέταιρα  αν υπάρχει περίσσεια στον οργανισμό από την ουσία αυτή. 

Μπαίνει στον κύκλο στο ανάλογα  σημείο και συνεχίζει κανονικά). 

 

  χρησιμοποιούνται τα συνένζυμα NAD+, GTP, FAD.  

 

Αυτά  αποσπούν Η από τις ενώσεις του κύκλου και μετατρέπονται στις ανηγμένες  ανηγμένες μορφές  τους . Σε κάθε κύκλο έχουμε από αυτές τις μετατροπές  ανηγμένα μόρια  3 μόρια NADH, 1μόριο FADH2 και 1 μόριο GTP από τα αντίστοιχα οξειδωμένα NAD+,GTP, FAD.

Ας μην ξεχνάμε πως ο τελικός στόχος είναι τα ηλεκτρόνια αυτά να περάσουν στο ATP που είναι η ένωση που πολύ εύκολα δίνει την ενέργεια των φωσφορικών δεσμών της, δηλαδή όταν μετατρέπεται σε ADP και γι αυτό και την λένε ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου.

Η μεταφορά αυτών των υψηλής ενέργειας ηλεκτρονίων γίνεται σταδιακά και χρησιμοποιούνται πολλές  ενώσεις  που μπορεί είναι συμπλέγματα πρωτεινών αλλά και απλούστερες  (ουβικινόνη σύμπλοκο κυτοχρωμάτων C-B1, κυτόσωμα C, σύμπλοκο της οξειδάσης του κυτοχρώματος) οι οποίες περνάνε η μια στην άλλη τα ηλεκτρόνια, με σταδιακή υποβάθμιση της ενέργειάς τους έως ότου καταλήξουν στο οξυγόνο που έχει έρθει στο κύτταρο από τον ατμοσφαιρικό αέρα με την αναπνοή και που τελικά παίρνουμε  νερό όταν ενωθεί με τα υδρογόνα στη συνέχεια 

NADH  +  H+  +  1/2 O2      NAD+  +  H2

FADH2  +  1/2 O2      FAD  +  H2O     

 

 

 

 

Ένα μέρος της  μεμβράνης που χωρίζει το μέσα και το έξω μιτοχόνδριο και το σχέδιο από ένα κομμάτι του μιτοχόνδριου (πτύχωση)

 

Ταυτόχρονα άλλα υδρογόνα με μορφή πρωτονίων Η+ διαπερνούν την εσωτερική μεμβράνη του μιτοχόνδριου προς τον ενδιάμεσο χώρο για λόγους φυσικοχημικούς . 

Eτσι δημιουργείται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων ένας τύπος πυκνωτή με ηλεκτρόνια  που έμειναν στο εσωτερικό (από τη μεριά της μήτρας του μιτοχονδρίου και θετικά πρωτόνια από έξω στον διαμεμβρανιακό χώρο των μιτοχονδρίων)

Αυτή η ηλεκτροχημική ενέργεια του βιολογικού αυτού μικροπυκνωτή μπορεί να εκτονωθεί μόνω με ειδικές ενώσεις -πύλες όπως είναι η συνθετάση του ATP  που είναι στην μεμβράνη και προς στο εσωτερικό μέρος της μήτρας του μιτοχονδρίου. Αυτό το μόριο είναι τέτοιας κατασκευής ώστε όταν παίρνει τα πρωτόνια δημιουργείται ροπή και περιστροφή και με τον τρόπο αυτό περνούν τα πρωτόνια από το έξω μέρος της μεμβράνης στο εσωτερικό και τα οποία χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση του ATP   μέσα στη μήτρα του μιτοχόνδριου

 

Αυτό είναι ένα κομμάτι του μεταβολισμού,  ο οποίος όπως παρατηρούμε ακολουθεί μια πορεία που βοηθά  να μεταφέρεται ενέργεια χωρίς μεγάλες απώλειες και στο σημείο αυτό λέγεται οξειδωτική φωσφορυλίωση  του ATP

Υπάρχουν βέβαια και κάποιοι άλλοι λιγότερο συνηθισμένοι και γνωστοί τρόποι που δεν είναι του παρόντος

Τελικά

Απο 1 μόριο πυροσταφυλικού παίρνουμε  1 μόριο του του ακετυλο Α  στο μιτοχόνδριο  και ελευθερώνονται 2 μόρια διοξειδίου του άνθρακα  Με τρόπο ανάλογο με αυτόν που έχουμε αναφέρει, επανέρχονται στην κανονική τους μορφή και αποδίδουν την ενέργειά τους στη δημιουργία  12 μορίων ATP από ADP. Αυτό είναι μεγάλο ενεργειακό όφελος για το κύτταρο.  

 

Όταν δεν τροφοδοτείται ο οργανισμός με την απαραίτητη ενέργεια που προμηθεύεται από την τροφή εξαντλεί κατ αρχή τα αποθέματα υδατανθράκων που είναι βραχυπρόθεσμα και στην συνέχεια πίχνει τα λιπαρά στην κυκλοφορία ώστε να εξασφαλίσει την απαραίτητη ενέργεια. Στην συναίχεια "καιει" τις πρωτείνες του με συνέπεια την φθορά έως τον θάνατο. Κααστάσεις αναγκαστικού λιμού εμφανίζθηκαν σε ακραίες καταστάσεις όπως τα στρατόπαιδα συγκέντρωσης και εξολόθρευσης ανθρώπων, ασθένειες και εσκεμένη απίσχνιση (μοντέλα)

 

Ένα σώμα που στερείται τροφής, ή που δεν μεταβολίζει την τροφή που παίρνει, φτάνει στην απίσχνση και τον θάνατο.

 

Να  θυμόμαστε και τα υπόλοιπα μόρια των τροφών που πρέπει κι αυτά να μπουν στον κύκλο  του κιτρικού οξέος. Θα παρατηρήσουμε πως  υπάρχουν αμινοξέα που μετατρέπονται σε ακέτυλοσυνένζυμοΑ (ισολευκίνη, λευκίνη, τρυπτοφάνη) και ακολουθούν τον ίδιο δρόμα. Όπως αντίστοιχα η φαινυλαλανίνη και η τυροσίνη

 

Κατά την απαμίνωση των αμινιξέων όπου αφαιρείται η αμμωνία χρειάζεται μια άλλη διαδικασία για να αποβληθεί αυτό από τον οργανισμό αφού μετατραπεί σε ουρία και αυτός είναι ο κύκλος της ουρίας.

 

Πηγές: Βιβλία ΟΕΔΒ, Διαδικτύου: Η χημική ένωση του μήνα, Βικιπαίδεια, Εικόνες 

griechenwitz.bloog.it200 × 146