Когато се запознаете с фундаменталните трудове на човечеството, често се улавяте, че с развитието на науката има повече въпроси, отколкото отговори. През 80-те и 90-те години на миналия век молекулярната биология и генетиката разшириха нашето разбиране за клетките и клетъчните взаимодействия. Изолиран е цял клас клетъчни фактори, които регулират междуклетъчното взаимодействие. Това е важно за разбирането на функционирането на многоклетъчното човешко тяло и особено на клетките на имунната система. Но всяка година биолозите откриват все повече и повече от тези междуклетъчни фактори и става все по-трудно да се пресъздаде картина на цял организъм. Следователно има повече въпроси, отколкото отговори.

Неизчерпаемостта на човешкия организъм и ограничените възможности за неговото изследване водят до извода за необходимостта от непосредствени и последващи приоритети на изследването. Такъв приоритет днес е енергията на клетките на живия човешки организъм. Недостатъчните познания за производството на енергия и енергийния обмен на клетките в тялото се превръщат в пречка за сериозни научни изследвания.

Клетката е основната структурна единица на тялото: всички органи и тъкани са изградени от клетки. Трудно е да се разчита на успех на лекарства или нелекарствени методи, ако те са разработени без достатъчно познания за клетъчната енергия и междуклетъчното енергийно взаимодействие. Могат да се дадат достатъчно примери, когато широко използваните и препоръчвани средства са вредни за здравето.

Съдържателният подход е доминиращ в здравеопазването. Субстанцията си е субстанция. Логиката на лечението е изключително проста: осигурете на тялото необходимите вещества (вода, храна, витамини, микроелементи и, ако е необходимо, лекарства) и премахнете метаболитните продукти от тялото (изпражнения, излишни мазнини, соли, токсини и др. .). Експанзията на лекарствата продължава да триумфира. Нови поколения хора в много страни стават доброволни участници в мащабен експеримент. Лекарствената индустрия изисква нови пациенти. Въпреки това здравите хора са все по-малко.

Веднъж попитали създателя на популярен справочник за наркотици колко лекарства е трябвало да опита лично. Никаква, беше отговорът. Очевидно този интелигентен човек е имал блестящи познания за клетъчната биохимия и е успял да използва тези знания за добра употреба в живота.

Представете си миниатюрна частица жива материя, под формата на елипсоид, диск, топка, приблизително 8-15 микрона (µm) в диаметър, която същевременно е най-сложната саморегулираща се система. Обикновената жива клетка се нарича диференцирана, сякаш подчертавайки, че многото елементи, които съставляват нейния състав, са ясно разделени един спрямо друг. Концепцията за "недиференцирана клетка", като правило, принадлежи към модифицирана, например ракова клетка. Диференцираните клетки се различават не само по структура, вътрешен метаболизъм, но и по специализация, например клетки на бъбреците, черния дроб и сърцето.

Като цяло клетката се състои от три компонента: клетъчна мембрана, цитоплазма, ядро. Съставът на клетъчната мембрана, като правило, включва три-, четирислойна мембрана и външна обвивка. Двата слоя на мембраната са изградени от липиди (мазнини), основната част от които са ненаситени мазнини - фосфолипиди. Клетъчната мембрана има много сложна структура и разнообразни функции. Потенциалната разлика от двете страни на мембраната може да бъде няколкостотин миливолта. Външната повърхност на мембраната съдържа отрицателен електрически заряд.

Обикновено една клетка има едно ядро. Въпреки че има клетки, които имат две или повече ядра. Функцията на ядрото е да съхранява и предава наследствена информация, например по време на клетъчното делене, както и да контролира всички физиологични процеси в клетката. Ядрото съдържа ДНК молекули, които носят генетичния код на клетката. Ядрото е затворено в двуслойна мембрана.

Цитоплазмата съставлява по-голямата част от клетката и представлява клетъчна течност с разположени в нея органели и включвания. Органелите са постоянни компоненти на цитоплазмата, които изпълняват специфични важни функции. От тях най-много се интересуваме от митохондриите, които понякога се наричат ​​електростанциите на клетката. Всяка митохондрия има две мембранни системи: външна и вътрешна. Външната мембрана е гладка, липидите и протеините са еднакво представени в нея. Вътрешната мембрана принадлежи към най-сложните типове мембранни системи в човешкото тяло. Съдържа много гънки, наречени миди (кристи), поради което повърхността на мембраната се увеличава значително. Тази мембрана може да бъде представена като набор от израстъци с форма на гъби, насочени във вътрешното пространство на митохондриите. Има от 10 до 4-10 до 5 такива израстъци на митохондрия.

Освен това във вътрешната митохондриална мембрана има още 50-60 ензима, общият брой на молекулите от различни видове достига 80. Всичко това е необходимо за химичното окисление и енергийния метаболизъм. Сред физичните свойства на тази мембрана трябва да се отбележи високото електрическо съпротивление, което е характерно за така наречените конюгиращи мембрани, които са способни да акумулират енергия като добър кондензатор. Потенциалната разлика от двете страни на вътрешната митохондриална мембрана е около 200-250 mV.

Човек може да си представи колко сложна е една клетка, ако например една хепатоцитна чернодробна клетка съдържа около 2000 митохондрии. Но в клетката има много други органели, стотици ензими, хормони и други сложни вещества. Всеки органел има свой собствен набор от вещества, в него се извършват определени физични, химични и биохимични процеси. Веществата в цитоплазменото пространство са в същото динамично състояние, те непрекъснато се обменят с органелите и с външната среда на клетката през нейната мембрана.

Извинявам се на читателя-неспециалист за техническите подробности, но е полезно да знае тези идеи за клетката за всеки човек, който иска да бъде здрав. Трябва да се възхищаваме на това чудо на природата и в същото време да се съобразяваме със слабостите на клетката, когато лекуваме. Наблюдавал съм, когато обикновеният аналгин е довел до оток на тъканите при млад здрав човек. Удивително е как, без да се замислят, с каква лекота другите поглъщат хапчета!

Разбирането на сложността на клетъчното функциониране няма да бъде пълно, ако не говорим за енергията на клетките. Енергията в клетката се изразходва за извършване на различни работи: механични - движение на течности, движение на органели; химически - синтез на сложни органични вещества; електрически - създаването на разлика в електрическите потенциали на плазмените мембрани; осмотичен - транспортирането на вещества в клетката и обратно. Без да си поставяме задачата да изброим всички процеси, ние се ограничаваме до добре известното твърдение: без достатъчно енергийно снабдяване не може да се постигне пълноценно функциониране на клетката.

Откъде клетката получава енергията, от която се нуждае? Според научните теории химическата енергия на хранителните вещества (въглехидрати, мазнини, протеини) се преобразува в енергията на макроергичните (съдържащи много енергия) връзки на аденозин трифосфата (АТФ). Тези процеси се извършват в митохондриите на клетките главно в цикъла на трикарбоксилната киселина (цикъл на Кребс) и по време на окислителното фосфорилиране. Енергията, съхранявана в АТФ, се освобождава лесно, когато макроергичните връзки се разкъсат, в резултат на което се осигурява консумация на енергия в тялото.

Тези идеи обаче не позволяват обективна оценка на количествените и качествени характеристики на енергоснабдяването и енергийния обмен в тъканите, както и състоянието на клетъчната енергия и междуклетъчното взаимодействие. Трябва да се обърне внимание на най-важния въпрос (Г. Н. Петракович), на който традиционната теория не може да отговори: поради какви фактори се осъществява междуклетъчното взаимодействие? В края на краищата АТФ се образува и консумира, освобождавайки енергия, вътре в митохондриите.

Междувременно има достатъчно причини да се съмняваме в благосъстоянието на енергийното снабдяване на органи, тъкани, клетки. Може дори директно да се каже, че човек не е много съвършен в това отношение. Това се доказва от умората, която мнозина изпитват всеки ден и която започва да дразни човек от детството.

Изчисленията показват, че ако енергията в човешкото тяло се произвежда благодарение на тези процеси (цикъла на Кребс и окислителното фосфорилиране), то при ниско натоварване енергийният дефицит би бил 30-50%, а при високо натоварване - повече от 90%. Това се потвърждава от изследванията на американски учени, които стигнаха до извода, че митохондриите не функционират правилно по отношение на осигуряването на човек с енергия.

Въпросите за енергията на клетките и тъканите вероятно дълго време щяха да останат встрани от пътя, по който бавно се движат теоретичната и практическата медицина, ако не се бяха случили две събития. Говорим за Новата хипотеза за дишането и откриването на ендогенното дишане.

Един от най-сложните въпроси е образуването, натрупването и разпределението на енергията в клетката.

Как една клетка произвежда енергия?В края на краищата тя няма нито ядрен реактор, нито електроцентрала, нито парен котел, дори и най-малкият. Температурата вътре в клетката е постоянна и много ниска - не повече от 40 °. И въпреки това клетките обработват такова количество вещества и толкова бързо, че всеки съвременен комбинат би им завидял.

как става това Защо получената енергия остава в клетката, а не се отделя под формата на топлина? Как една клетка съхранява енергия? Преди да се отговори на тези въпроси, трябва да се каже, че енергията, влизаща в клетката, не е механична или електрическа, а химическа енергия, съдържаща се в органичните вещества. В този момент влизат в действие законите на термодинамиката. Ако енергията се съдържа в химичните съединения, то тя трябва да се освободи при изгарянето им и за общия топлинен баланс няма значение дали те изгарят веднага или постепенно. Клетката избира втория път.

За простота, нека сравним клетката с "електрическа централа". Специално за инженерите добавяме, че "електростанцията" на клетката е топлинна. Сега нека предизвикаме представителите на енергийната индустрия на състезание: кой ще получи повече енергия от гориво и ще го използва по-икономично - клетка или която и да е, най-икономичната топлоелектрическа централа?

В процеса на еволюция клетката създава и усъвършенства своята "електроцентрала". Природата се е погрижила за всички негови части. Клетката съдържа "гориво", "мотор-генератор", "регулатори на мощността", "трансформаторни подстанции" и "преносни линии за високо напрежение". Нека да видим как изглежда всичко.

Основното "гориво", изгаряно от клетката, са въглехидратите. Най-простите от тях са глюкозата и фруктозата.

От ежедневната медицинска практика е известно, че глюкозата е основно хранително вещество. При тежко недохранени пациенти се прилага интравенозно, директно в кръвния поток.

По-сложните захари също се използват като енергийни източници. За такъв материал може да служи например обикновената захар, която има научното наименование "захароза" и се състои от 1 молекула глюкоза и 1 молекула фруктоза. При животните гликогенът е гориво, полимер, състоящ се от молекули глюкоза, свързани във верига. В растенията има вещество, подобно на гликогена - това е добре познатото нишесте. И гликогенът, и нишестето са резервни вещества. И двете се отлагат за черни дни. Нишестето обикновено се намира в подземните части на растението, като грудки, като тези на картофите. В клетките на пулпата на листата на растенията също има много нишесте (под микроскоп нишестените зърна блестят като малки парчета лед).

Гликогенът се натрупва при животните в черния дроб и се използва оттам при необходимост.

Всички по-сложни от глюкозата, захарите трябва да бъдат разградени на техните оригинални „градивни елементи“ – глюкозни молекули преди консумация. Има специални ензими, които разрязват като ножица дългите вериги от нишесте и гликоген на отделни мономери - глюкоза и фруктоза.

При липса на въглехидрати растенията могат да използват органични киселини в своята "пещ" - лимонена, ябълчена и др.

Покълналите маслодайни семена консумират мазнини, които първо се разграждат и след това се превръщат в захар. Това се вижда от факта, че с изразходването на мазнините в семената съдържанието на захар се увеличава.

И така, видовете гориво са изброени. Но е нерентабилно клетката да я изгори веднага.

Захарите се изгарят в клетката химически. Нормалното изгаряне е комбинацията на гориво с кислород, неговото окисляване. Но за окисление, веществото не трябва да се свързва с кислород - то се окислява, когато електроните се отнемат от него под формата на водородни атоми. Този вид окисление се нарича дехидрогениране("хидрос" - водород). Захарите съдържат много водородни атоми и те се разделят не всички наведнъж, а на свой ред. Окисляването в клетката се осъществява от набор от специални ензими, които ускоряват и насочват процеса на окисление. Този набор от ензими и строгата последователност на тяхната работа са в основата на генератора на клетъчна енергия.

Процесът на окисление в живите организми се нарича дишане, така че по-долу ще използваме този по-разбираем израз. Вътреклетъчното дишане, наречено така по аналогия с физиологичния процес на дишане, е тясно свързано с него. По-нататък ще говорим повече за процесите на дишане.

Нека продължим сравнението на клетка с електроцентрала. Сега трябва да намерим в него онези части от електроцентралата, без които тя ще работи на празен ход. Ясно е, че енергията, получена от изгарянето на въглехидрати и мазнини, трябва да бъде доставена на потребителя. Това означава, че е необходима клетъчна „преносна линия с високо напрежение“. За обикновена електроцентрала това е сравнително просто - високоволтови проводници се изтеглят над тайгата, степите, реките и чрез тях се доставя енергия на заводи и фабрики.

Клетката има и свой собствен, универсален "жица за високо напрежение". Само в него енергията се предава химически и, разбира се, химическо съединение служи като „жица“. За да разберем принципа на неговата работа, въвеждаме малко усложнение в работата на електроцентралата. Да приемем, че енергията от линия с високо напрежение не може да бъде доставена на потребителя по проводници. В този случай ще бъде най-лесно да зареждате електрически батерии от линия с високо напрежение, да ги транспортирате до потребителя, да транспортирате използваните батерии обратно и т.н. В енергийния сектор това, разбира се, е нерентабилно. Подобен метод на клетка е много полезен.

Като батерия в клетката се използва съединение, което е универсално за почти всички организми - аденозинтрифосфорна киселина (вече говорихме за това).

За разлика от енергията на други фосфоетерни връзки (2-3 килокалории), енергията на свързване на крайните (особено крайните) фосфатни остатъци в АТФ е много висока (до 16 килокалории); така се нарича тази връзка макроергичен».

АТФ се намира в тялото навсякъде, където е необходима енергия. Синтезът на различни съединения, работата на мускулите, движението на камшичетата в протозоите - АТФ носи енергия навсякъде.

"Зареждането" на АТФ в клетката става по следния начин. Аденозин дифосфорната киселина - АДФ (АТФ без 1 фосфорен атом) е подходяща за мястото на освобождаване на енергия. Когато енергията може да се свърже, ADP се комбинира с фосфора, който е в големи количества в клетката, и "загражда" енергията в тази връзка. Сега имаме нужда от транспорт. Състои се от специални ензими - фосфоферази ("фера" - нося), които при поискване "грабват" АТФ и го пренасят до мястото на действие. След това идва ред на последния, последен "блок на електроцентралата" - понижаващи трансформатори. Те трябва да намалят напрежението и да дадат вече безопасен ток на консуматора. Тази роля се изпълнява от същите фосфоферази. Прехвърлянето на енергия от АТФ към друго вещество се извършва на няколко етапа. Първо, АТФ се комбинира с това вещество, след това настъпва вътрешно пренареждане на фосфорните атоми и накрая комплексът се разпада - АДФ се отделя и богатият на енергия фосфор остава „висящ“ върху новото вещество. Новото вещество се оказва много по-нестабилно поради излишъка на енергия и е способно на различни реакции.

В. Н. Селуянов, В. А. Рибаков, М. П. Шестаков

Глава 1

1.1.3. Клетъчна биохимия (енергия)

Процесите на мускулна контракция, предаване на нервен импулс, синтез на протеини и т.н. са свързани с енергийни разходи. Клетките използват енергия само под формата на АТФ. Освобождаването на енергията, съдържаща се в АТФ, се осъществява благодарение на ензима АТФаза, който присъства във всички места на клетката, където е необходима енергия. Тъй като енергията се освобождава, се образуват молекули ADP, F, N. Ресинтезът на АТФ се извършва главно поради доставката на CRF. Когато CrF отделя енергията си за ресинтеза на АТФ, се образуват Cr и F. Тези молекули се разпространяват през цитоплазмата и активират ензимната активност, свързана със синтеза на АТФ. Има два основни начина за образуване на АТФ: анаеробен и аеробен (Aulik I.V., 1990; Khochachka P., Somero J., 1988 и др.).

анаеробен пътили анаеробна гликолизасвързани с ензимни системи, разположени върху мембраната на саркоплазмения ретикулум и в саркоплазмата. Когато Kr и F се появят до тези ензими, се стартира верига от химични реакции, по време на които гликогенът или глюкозата се разлагат до пируват с образуването на ATP молекули. Молекулите на АТФ незабавно предават енергията си за ресинтеза на CRP, а АДФ и F отново се използват в гликолизата за образуване на нова молекула на АТФ. Пируватът има две възможности за преобразуване:

1) Превръща се в ацетил коензим А, претърпява окислително фосфорилиране в митохондриите, за да образува въглероден диоксид, вода и молекули на АТФ. Този метаболитен път - гликоген-пируват-митохондрии-въглероден диоксид и вода - се нарича аеробна гликолиза.

2) С помощта на ензима LDH M (лактат дехидрогеназа от мускулен тип), пируватът се превръща в лактат. Този метаболитен път - гликоген-пируват-лактат - се нарича анаеробна гликолизаи се придружава от образуване и натрупване на водородни йони.

аеробика,или окислително фосфорилиране, свързано с митохондриалната система. Когато Cr и F се появят близо до митохондриите с помощта на митохондриална CPKase, възниква ресинтез на CrF поради ATP, образуван в митохондриите. ADP и P се връщат в митохондриите, за да образуват нова ATP молекула. Има два метаболитни пътя за синтез на АТФ:

1) аеробна гликолиза;
2) окисляване на липиди (мазнини).

Аеробните процеси са свързани с абсорбцията на водородни йони, а в бавните мускулни влакна (MF на сърцето и диафрагмата) преобладава ензимът LDH H (лактат дехидрогеназа от сърдечен тип), който по-интензивно превръща лактата в пируват. Следователно, по време на функционирането на бавните мускулни влакна (SMF), има бързо елиминиране на лактатни и водородни йони.

Увеличаването на лактат и H в MW води до инхибиране на окислението на мазнините, а интензивното окисление на мазнини води до натрупване на цитрат в клетката и инхибира гликолизните ензими.

Предпоставка за съществуването на всеки организъм е постоянното снабдяване с хранителни вещества и постоянното освобождаване на крайните продукти от химичните реакции, протичащи в клетките. Хранителните вещества се използват от организмите като източник на атоми на химични елементи (предимно въглеродни атоми), от които се изграждат или обновяват всички структури. В допълнение към хранителните вещества, тялото получава също вода, кислород и минерални соли. Органичните вещества, които влизат в клетките (или се синтезират по време на фотосинтезата), се разграждат на градивни елементи - мономери и се изпращат до всички клетки на тялото. Част от молекулите на тези вещества се изразходват за синтеза на специфични органични вещества, присъщи на този организъм. В клетките се синтезират протеини, лихиди, въглехидрати, нуклеинови киселини и други вещества, които изпълняват различни функции (строителни, каталитични, регулаторни, защитни и др.). Друга част от нискомолекулните органични съединения, които влизат в клетките, отиват за образуването на АТФ, чиито молекули съдържат енергия, предназначена директно за извършване на работа. Енергията е необходима за синтеза на всички специфични вещества на тялото, поддържане на неговата високо подредена организация, активен транспорт на вещества в клетките, от една клетка в друга, от една част на тялото в друга, за предаване на нервни импулси, движението на организмите и поддържането на постоянна телесна температура (при птици и бозайници) и за други цели. В хода на трансформацията на веществата в клетките се образуват крайни продукти на метаболизма, които могат да бъдат токсични за организма и се отделят от него (например амоняк). Така всички живи организми непрекъснато консумират определени вещества от околната среда, трансформират ги и отделят крайни продукти в околната среда. Съвкупността от химични реакции, протичащи в тялото, се нарича метаболизъм или метаболизъм. В зависимост от общата насоченост на процесите се разграничават катаболизъм и анаболизъм.

Катаболизмът (дисимилация) е набор от реакции, водещи до образуването на прости съединения от по-сложни. Катаболитните реакции включват, например, реакциите на хидролиза на полимери до мономери и разграждането на последните до въглероден диоксид, вода, амоняк, т.е. реакции на енергиен метаболизъм, по време на които се окисляват органичните вещества и се синтезира АТФ. Анаболизмът (асимилацията) е набор от реакции за синтеза на сложни органични вещества от по-прости. Те включват например фиксиране на азот и биосинтеза на протеини, синтез на въглехидрати от въглероден диоксид и вода по време на фотосинтеза, синтез на полизахариди, липиди, нуклеотиди, ДНК, РНК и други вещества. Синтезът на веществата в клетките на живите организми често се нарича пластичен обмен, а разграждането на веществата и тяхното окисление, придружено от синтеза на АТФ, се нарича енергиен метаболизъм. И двата вида метаболизъм са в основата на жизнената дейност на всяка клетка и следователно на всеки организъм и са тясно свързани помежду си. Процесите на анаболизъм и катаболизъм са в тялото в състояние на динамично равновесие или временно преобладаване на един от тях. Преобладаването на анаболните процеси над катаболните води до растеж, натрупване на тъканна маса, а катаболните - до частично разрушаване на тъканните структури, освобождаване на енергия. Състоянието на равновесно или неравновесно съотношение на анаболизъм и катаболизъм зависи от възрастта. В детството преобладават процесите на анаболизъм, а в старческа възраст - катаболизъм. При възрастните тези процеси са балансирани. Съотношението им също зависи от здравословното състояние, физическата или психо-емоционалната активност, извършвана от дадено лице.

82. Ентропия на отворени термодинамични системи, уравнение на Пригожин.

Ентропията е мярка за разсейването на свободната енергия, следователно всяка отворена t/d система в стационарно състояние се стреми към минимално разсейване на свободна енергия. Ако по някаква причина системата се отклони от стационарното състояние, тогава поради стремежа на системата към минимална ентропия в нея настъпват вътрешни промени, които я връщат в стационарно състояние. Отворена система, термодинамична система, способна да обменя материя и енергия с околната среда. В отворена система топлината протича както от системата, така и в нея.

Постулат I.R. Пригожин е, че общата промяна в ентропията dS на отворена система може да възникне независимо или поради обменни процеси с външната среда (deS), или поради вътрешни необратими процеси (diS): dS = deS + diS. Теорема на Пригожин. В стационарни състояния с фиксирани външни параметри скоростта на производство на ентропия в отворена система поради възникването на необратими процеси е постоянна във времето и минимална по величина. diS / dt мин.

От появата на едноклетъчните организми до „изобретяването“ на клетъчното ядро ​​и раждането на редица други иновации са изминали повече от милиард години. Едва тогава се отваря пътят към първите многоклетъчни същества, които дават началото на трите царства на животни, растения и гъби. Европейски учени предложиха ново обяснение за тази трансформация, което противоречи на досегашните представи.

Общоприето е, че първоначално по-съвършени ядрени клетки са се родили от прокариоти, разчитайки на старите енергийни механизми, и едва по-късно новобранците са придобили митохондрии. На последните е отредена важна роля в по-нататъшната еволюция на еукариотите, но не и ролята на крайъгълния камък, който лежи в самата му основа.

„Показахме, че първият вариант няма да работи. За да развие сложността на клетката, тя се нуждае от митохондрии “, обяснява Мартин. „Нашата хипотеза опровергава традиционния възглед, че преходът към еукариотни клетки изисква само правилните мутации“, повтаря го Лейн.

Те се развиват заедно, докато ендосимбионтът постепенно усъвършенства едно умение - синтеза на АТФ. Вътрешната клетка намалява по размер и прехвърля някои от своите вторични гени в ядрото. Така че митохондриите запазиха само тази част от оригиналната ДНК, която им беше необходима, за да работят като „жива електроцентрала“.

Митохондриите вътре в клетката (флуоресцират в зелено). Вмъквания: Мартин (вляво) и Лейн. Подробности за новото проучване могат да бъдат намерени в статията на Nature и прессъобщението на UCL (снимки от Дъглас Клайн, molevol.de, nick-lane.net).

Появата на митохондриите по отношение на енергията може да се сравни с изобретяването на ракета след количка, тъй като ядрените клетки са средно хиляда пъти по-големи от клетките без ядро.

Последното, изглежда, също може да нарасне по размер и сложност на устройството (тук има отделни поразителни примери). Но по този път малките същества имат уловка: докато растат геометрично, съотношението на повърхността към обема бързо намалява.

Междувременно простите клетки генерират енергия с помощта на мембрана, която ги покрива. Така че в голяма прокариотна клетка може да има достатъчно място за нови гени, но тя просто няма достатъчно енергия, за да синтезира протеини според тези „инструкции“.

Простото увеличаване на гънките на външната мембрана не спестява особено ситуацията (въпреки че такива клетки са известни). С този метод за увеличаване на мощността се увеличава и броят на грешките в работата на енергийната система. В клетката се натрупват нежелани молекули, които могат да я унищожат.

Броят на митохондриите (показани в червено) в една клетка варира от едно копие (най-вече в едноклетъчните еукариоти) до две хиляди (например в клетките на човешкия черен дроб) (илюстрация от Odra Noel).

Митохондриите са брилянтно изобретение на природата. Чрез увеличаване на техния брой е възможно да се увеличи енергийният потенциал на клетката, без да нараства външната й повърхност. Освен това всяка митохондрия също има вградени механизми за контрол и възстановяване.

И още един плюс на иновацията: митохондриалната ДНК е малка и много икономична. Не изисква много ресурси, за да го копирате. Но бактериите, за да увеличат енергийните си възможности, могат да създадат само много копия на целия си геном. Но подобно развитие бързо води до енергийна задънена улица.

Сравнение на енергията на различни клетки и техните схеми. а) – среден прокариот ( Ешерихия), б) е много голям прокариот ( Тиомаргарита) и (c) среден еукариот ( еуглена).
Диаграмите показват (отгоре надолу): мощност (ватове) на грам клетка (d), мощност (фемтовати) на ген (e) и мощност (пиковати) на хаплоиден геном (f) (илюстрации от Nick Lane, William Мартин/Природа).

Авторите на работата изчисляват, че средната еукариотна клетка теоретично може да носи 200 000 пъти повече гени от средната бактерия. Еукариотите могат да се разглеждат като библиотека с голям брой рафтове - напълнете я с книги до насита. Е, по-разширеният геном е основата за по-нататъшно подобряване на структурата на клетката и нейния метаболизъм, появата на нови регулаторни вериги.