Коли знайомишся з фундаментальними працями людства, нерідко ловиш себе на думці, що з розвитком науки питань стає більше, ніж відповідей. У 80-х та 90-х роках молекулярна біологіяі генетика розширили уявлення про клітини і клітинну взаємодію. Було виділено цілий клас клітинних факторів, які регулюють міжклітинну взаємодію. Це має важливе значеннядля розуміння функціонування багатоклітинного людського організму і особливо клітин імунної системи. Але з кожним роком біологи відкривають все більше подібних міжклітинних факторів і все важче відтворити картину цілісного організму. Таким чином, питань виникає більше, ніж виникає відповідей.

Невичерпність людського організму та обмежені можливостійого вивчення приводять до висновку про необхідність найближчих та наступних пріоритетів досліджень. Таким пріоритетом на сьогоднішній день є енергетика клітин живого людського організму. Недостатні знання про енерговиробництво та енергообмін клітин в організмі стає перешкодою для серйозних наукових досліджень.

Клітина є основною структурною одиницеюорганізму: всі органи та тканини складаються з клітин. Важко розраховувати на успіх лікарських засобів або немедикаментозних методів, якщо вони розробляються без достатніх знань про енергетику клітин та міжклітинну енергетичну взаємодію. Можна навести достатньо прикладів, коли засоби, що широко використовуються і рекомендуються, завдають шкоди здоров'ю.

Пануючим у охороні здоров'я є субстанційний підхід. Субстанція – речовина. Логіка лікування гранично проста: забезпечити організм необхідними речовинами(Вода, їжа, вітаміни, мікроелементи, а при необхідності ліки) і вивести з організму продукти обміну (екскременти, надлишкові жири, солі, токсини і т. д.). Експансія лікарських засобів продовжує тріумфувати. Нові покоління людей багатьох країнах стають добровільними учасниками широкомасштабного експерименту. Індустрія ліків потребує нових хворих. Проте, здорових людейстає дедалі менше.

У творця популярного довідника по лікарським засобамякось запитали, скільки ліків йому особисто довелося випробувати. Жодного - була відповідь. Очевидно, цей розумна людинамав блискучі знання про біохімію клітини та вмів з користю застосовувати ці знання у житті.

Уявіть собі мініатюрну частинку живої матерії, у формі еліпсоїда, диска, кулі, приблизно 8-15 мікрон (мкм) у поперечнику, що одночасно є складною саморегулюючою системою. Звичайну живу кліткуназивають диференційованою, як би підкреслюючи, що безліч елементів, що входять до її складу, чітко розділені щодо один одного. Поняття "недиференційована клітина", як правило, належить видозміненій, наприклад, раковій клітині. Диференційовані клітини відрізняються не тільки будовою, внутрішнім обміном, а й спеціалізацією, наприклад, ниркові, печінкові, серцеві клітини.

У випадку клітина складається з трьох компонентів: клітинної оболонки, цитоплазми, ядра. До складу клітинної оболонки, як правило, входить три-, чотиришарова мембрана і зовнішня оболонка. Два шари мембрани складаються з ліпідів (жирів), основну частину яких складають ненасичені жири- фосфоліпіди. Мембрана клітини має дуже складну будову та різноманітні функції. Різниця потенціалів з обох боків мембрани може становити кілька сотень мілівольт. Зовнішня поверхня мембрани містить негативний електричний заряд.

Як правило, клітина має одне ядро. Хоча є клітини, які мають два ядра і більше. Функція ядра полягає в зберіганні і передачі спадкової інформації, наприклад, при розподілі клітини, а також в управлінні всіма фізіологічними процесами в клітині. У ядрі містяться молекули ДНК, що несуть генетичний код клітини. Ядро укладено у двошарову мембрану.

Цитоплазма становить основну масу клітини і є клітинною рідиною з розташованими в ній органелами і включеннями. Органелли – постійні компоненти цитоплазми, що виконують специфічні важливі функції. З них нас найбільше цікавлять мітохондрії, які іноді називають електростанціями клітини. Кожна мітохондрія має дві мембранні системи: зовнішню та внутрішню. Зовнішня мембранагладка, в ній порівну представлені ліпіди та білки. Внутрішня мембрана належить до найскладніших типів мембранних систем людського організму. У ній безліч складок, званих гребінцями (христами), за рахунок яких мембранна поверхня суттєво збільшується. Можна уявити цю мембрану у вигляді множини грибоподібних виростів, спрямованих у внутрішній простір мітохондрії. На одну мітохондрію припадає 10 4-10 5 ступеня таких виростів.

Крім того, у внутрішній мітохондріальній мембрані присутні ще 50-60 ферментів, загальне числомолекул різних типівдосягає 80. Все це необхідно для хімічного окиснення та енергетичного обміну. Серед фізичних властивостей цієї мембрани слід зазначити високу електричний опір, що характерно для так званих сполучних мембран, здатних акумулювати енергію подібно до хорошого конденсатора. Різниця потенціалів з обох боків внутрішньої мітохондріальної мембрани становить близько 200-250 мВ.

Можна уявити, наскільки складна клітина, якщо, наприклад, печінкова клітина гепатоцит містить близько 2000 мітохондрій. Але ж у клітці безліч інших органел, сотні ферментів, гормонів та інших складних речовин. Кожна органела має свій набір речовин, у ній здійснюються певні фізичні, хімічні та біохімічні процеси. У такому ж динамічному стані знаходяться речовини в цитоплазматичному просторі, вони безперервно обмінюються з органелами і з зовнішнім оточенням клітин через її мембрану.

Перепрошую у Читача - нефахівця за технічні деталі, але ці уявлення про клітину корисно знати кожній людині, яка бажає бути здоровою. Ми маємо захоплюватися цим дивом природи та одночасно враховувати слабкі сторониклітки, коли займаємося лікуванням. Мені доводилося спостерігати, коли звичайний анальгін приводив до набряків тканин у молодої здорової людини. Вражає, як не замислюючись, з якою легкістю інші ковтають пігулки!

Уявлення про складність клітинного функціонування будуть не повними, якщо ми не розповімо про енергетику клітин. Енергія в клітині витрачається виконання різної роботи: механічну - рух рідини, рух органел; хімічну - синтез складних органічних речовин; електричну - створення різниці електричних потенціалів на плазматичних мембранах; Осмотична - транспорт речовин всередину клітини і назад. Не ставлячи собі завдання перерахувати всі процеси, обмежимося відомим твердженням: без достатнього забезпечення енергією може бути досягнуто повноцінне функціонуванняклітини.

Звідки клітка отримує необхідну їй енергію? Згідно науковим теоріямхімічна енергія поживних речовин(вуглеводів, жирів, білків) перетворюється на енергію макроергічних (що містять багато енергії) зв'язків аденозинтрифос-фату (АТФ). Ці процеси здійснюються в мітохондріях клітин переважно у циклі трикарбонових кислот (цикл Кребса) та при окисному фосфорилюванні. Запасена в АТФ енергія легко звільняється при розриві макроергічних зв'язків, в результаті забезпечуються енерговитрати в організмі.

Однак ці уявлення не дозволяють дати об'єктивну оцінку кількісних та якісних характеристик енергозабезпечення та енергообміну в тканинах, а також стану енергетики клітин та міжклітинної взаємодії. Слід звернути увагу на найважливіше питання(Г. Н. Петракович), на який не може відповісти традиційна теорія: за рахунок яких факторів здійснюється міжклітинна взаємодія? Адже АТФ утворюється та витрачається, виділяючи енергію, усередині мітохондрії.

Тим часом є достатньо підстав сумніватися в добробуті енергозабезпечення органів, тканин, клітин. Можна навіть прямо стверджувати, що людина в цьому відношенні дуже недосконала. Про це свідчить втома, яку щодня багато хто відчуває, і яка починає докучати людині з дитячого віку.

Проведені розрахунки показують, що якби енергія в людському організмі вироблялася за рахунок зазначених процесів (цикл Кребса та окисне фосфорилювання), то за малого навантаження енергетичний дефіцит становив би 30-50%, а при великому навантаженні - більше 90%. Це підтверджують дослідження американських учених, які дійшли висновку про недостатнє функціонування мітохондрій щодо забезпечення людини енергією.

Питання про енергетику клітин та тканин можливо ще довго залишалися б на узбіччі дороги, якою повільно рухається теоретична та практична медицина, якби не відбулися дві події. Мова йдепро Нову гіпотезу дихання та відкриття Ендогенного Дихання.

Один з найбільш складних питань- освіта, накопичення та розподіл енергії в клітині.

Як клітина виробляє енергію?Адже в ній немає ні атомного реактора, ні електростанції, ні парового котла, хоч би найменшого. Температура всередині клітини стала і дуже невисока - не більше 40 °. І незважаючи на це, клітини переробляють таку кількість речовин і так швидко, що їм позаздрив би будь-який сучасний комбінат.

Як це відбувається? Чому отримана енергія залишається у клітині, а чи не виділяється як тепла? Як клітка запасає енергію? Перш ніж відповісти на ці питання, треба сказати, що енергія, що надходить у клітину, - це не механічна і не електрична, а хімічна енергія, яка міститься в органічних речовинах. На цьому етапі набирають чинності закони термодинаміки. Якщо енергія укладена в хімічних сполуках, то виділятись вона повинна шляхом їх згоряння, і для загального теплового балансуневажливо, згорять вони відразу чи поступово. Клітина вибирає другий шлях.

Для простоти уподібнимо клітину "електростанції". Спеціально для інженерів додамо, що «електростанція» клітини – теплова. Тепер викличемо представників енергетики на змагання: хто більше отримає енергії з палива та економічніше її витрачає – клітина чи будь-яка, найекономічніша, теплова електростанція?

У процесі еволюції клітина створювала та вдосконалювала свою «електростанцію». Природа подбала про всі її частини. У клітці є "паливо", "мотор-генератор", "регулятори його потужності", " трансформаторні підстанції» та «лінії високовольтних передач». Подивимося, як це виглядає.

Основне «паливо», яке спалюється клітиною, - вуглеводи. Найпростіші з них – глюкоза та фруктоза.

З повсякденного медичної практикивідомо, що глюкоза - найважливіша поживна речовина. Дуже виснаженим хворим її вводять внутрішньовенно, безпосередньо в кров.

Більш складні цукри також використовуються як джерела енергії. Наприклад, звичайний цукор, що має наукову назву «сахароза» і що складається з 1 молекули глюкози та 1 молекули фруктози, може бути таким матеріалом. У тварин паливом є глікоген - полімер, що складається із зв'язаних у ланцюжок молекул глюкози. У рослинах є речовина, аналогічна до глікогену, - це всім відомий крохмаль. І глікоген та крохмаль – запасні речовини. Обидва вони відкладаються на "чорний день". Крохмаль зазвичай міститься у підземних частинах рослини, наприклад бульбах, як у картоплі. Багато крохмалю та в клітинах м'якоті листя рослин (під мікроскопом зерна крохмалю виблискують як дрібні шматочки льоду).

Глікоген накопичується у тварин у печінці і звідти витрачається за необхідності.

Все складніші, ніж глюкоза, цукру до витрачання повинні розпадатися на свої вихідні «цеглинки» – молекули глюкози. Існують спеціальні ферменти, які розрізають, як ножиці, довгі ланцюги крохмалю та глікогену до окремих мономерів – глюкози та фруктози.

При нестачі вуглеводів рослини можуть використовувати у своїй «топці» органічні кислоти – лимонну, яблучну та ін.

У проростаючому олійному насінні витрачається жир, який спочатку розщеплюється, а потім перетворюється на цукор. Це видно з того, що в міру витрати жиру в насінні збільшується вміст цукрів.

Отже, види палива перераховані. Але спалювати його одразу клітці невигідно.

Цукру спалюються в клітці хімічним шляхом. Звичайне горіння - це з'єднання пального з киснем, окислення його. Але для окислення речовина не обов'язково має з'єднуватися з киснем - вона окислюється, коли від неї забирають електрони у вигляді водневих атомів. Таке окиснення називається дегідруванням(«Гідрос» - водень). Цукор містить багато атомів водню, і вони відщеплюються не всі відразу, а по черзі. Окислення в клітині здійснюється набором спеціальних ферментів, що прискорюють та спрямовують процеси окислення. Цей набір ферментів та строга черговість їх роботи становлять основу клітинного генератора енергії.

Процес окислення у живих організмів називається диханням, тому далі ми будемо користуватися цим зрозумілішим виразом. Внутрішньоклітинне дихання, назване так за аналогією з фізіологічним процесом дихання, пов'язане з ним дуже тісно. Докладніше про процеси дихання ми розповімо далі.

Продовжимо порівняння клітини із електростанцією. Тепер нам необхідно знайти в ній ті частини електростанції, без яких вона працюватиме вхолосту. Зрозуміло, що отриману від спалювання вуглеводів та жирів енергію необхідно подавати споживачеві. Отже, потрібна клітинна, «високовольтна лінія передачі». Для звичайної електростанції це порівняно просто - дроти високої напруги простягають над тайгою, степами, річками, і за ними енергія надходить до заводів та фабрик.

Клітина теж має свій універсальний «провід високої напруги». Тільки в ній енергія передається хімічним шляхом, і «проводами», природно, слугує хімічне з'єднання. Щоб зрозуміти принцип його дії, введемо в роботу електростанції невелике ускладнення. Припустимо, що енергію від високовольтної лінії не можна подати до споживача по дротах. В такому випадку, найпростіше зарядитиме від високовольтної лінії електричні акумулятори, транспортуватиме їх до споживача, назад транспортуватиме використані акумулятори і т. д. В енергетиці це, звичайно, невигідно. А в клітці аналогічний спосіб дуже вигідний.

Як акумулятор в клітині використовується з'єднання, універсальне майже для всіх організмів - аденозинтрифосфорная кислота (про нього ми вже говорили).

На відміну від енергії інших фосфоефірних зв'язків (2-3 кілокалорії) енергія зв'язку кінцевих (особливо крайнього) фосфатних залишків в АТФ дуже велика (до 16 кілокалорій); тому такий зв'язок називається « макроергічної».

АТФ в організмі виявляють усюди, де потрібна енергія. Синтез різних сполук, робота м'язів, рух джгутиків у найпростіших – скрізь енергію несе АТФ.

"Зарядка" АТФ у клітці відбувається так. До місця виділення енергії підходить аденозиндифосфорна кислота – АДФ (АТФ без 1 атома фосфору). Коли енергія може бути пов'язана, АДФ з'єднується з тим, що знаходиться в велику кількістьу клітині фосфором і в цей зв'язок «замуровує» енергію. Ось тепер уже потрібне транспортне забезпечення. Воно складається із спеціальних ферментів - фосфофераз («фера» - несу), які на першу вимогу «хапають» АТФ і переносять її до місця дії. Далі підходить черга останнього, що завершує «агрегату електростанції» - знижувальних трансформаторів. Вони повинні знизити напругу та дати вже безпечний струм споживачеві. Цю роль виконують самі фосфоферази. Передача енергії з АТФ на іншу речовину здійснюється на кілька стадій. Спочатку АТФ з'єднується з цією речовиною, потім відбувається внутрішня перестановка атомів фосфору і, нарешті, комплекс розпадається - відокремлюється АДФ, а багатий на енергію фосфор залишається «висіти» на новій речовині. Нова речовина виявляється набагато нестійкою через надмірність енергії і здатне до різних реакцій.

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

Розділ 1. Моделі систем організму

1.1.3. Біохімія клітини (енергетика)

Процеси м'язового скорочення, передачі нервового імпульсу, синтезу білка та інших. йдуть із витратами енергії. У клітинах енергія використовується лише як АТФ. Визволення енергії, укладеної в АТФ, здійснюється завдяки ферменту АТФ азі, який є у всіх місцях клітини, де потрібна енергія. У міру визволення енергії утворюються молекули АДФ, Ф, Н. Ресинтез АТФ здійснюється в основному за рахунок запасу КрФ. Коли КрФ віддає свою енергію для ресинтезу АТФ, то утворюється Кр і Ф. Ці молекули поширюються цитоплазмою і активізують ферментативну активність, пов'язану із синтезом АТФ. Існують два основні шляхи освіти АТФ: анаеробний та аеробний (Аулік І. В., 1990; Хочачка П., Сомеро Дж., 1988 та ін.).

Анаеробний шляхабо анаеробний гліколізпов'язаний з ферментативними системами, розташованими на мембрані сарко-плазматичного ретикулуму та в саркоплазмі. При появі поруч із цими ферментами Кр і Ф запускається ланцюг хімічних реакцій, в ході яких глікоген або глюкоза розпадаються до пірувату з утворенням молекул АТФ Молекули АТФ відразу віддають свою енергію для ресинтезу КрФ, а АДФ і Ф знову використовуються в гліколізі для утворення нової молекули АТФ. Піруват має дві можливості для перетворення:

1) Перетворитися на Ацетил коензим А, піддатися в мітохондріях окислювальному фосфорилювання до утворення Вуглекислий газ, води та молекул АТФ. Цей метаболічний шлях - глікоген-піруват-мітохондрія-вуглекислий газ і вода - називають аеробним гліколізом.

2) За допомогою ферменту ЛДГ М (лактат-дегідрогенази м'язового типу) піруват перетворюється на лактат. Цей метаболічний шлях - глікоген-піруват-лактат - називається анаеробним гліколізомі супроводжується утворенням та накопиченням іонів водню.

Аеробний шлях,або окисне фосфорилювання, пов'язане з мітохондріальною системою. З появою поряд з мітохондріями Кр і Ф за допомогою мітохондріальної КФК ази виконується ресинтез КрФ за рахунок АТФ, що утворилася в мітохондрії. АДФ і Ф надходять назад у мітохондрію для утворення нової молекули АТФ. Для синтезу АТФ є два метаболічні шляхи:

1) аеробний гліколіз;
2) окислення ліпідів (жирів).

Аеробні процеси пов'язані з поглинанням іонів водню, а в повільних м'язових волокнах (МВ серця та діафрагми) переважає фермент ЛДГ Н (лактат дегідрогеназу серцевого типу), який інтенсивніше перетворює лактат на піруват. Тому при функціонуванні повільних м'язових волокон (ММВ) йде швидке усуненнялактату та іонів водню.

Збільшення МВ лактату і Н призводить до інгібування окислення жирів, а інтенсивне окислення жирів призводить до накопичення в клітині цитрату, а він пригнічує ферменти гліколізу.

Обов'язковою умовою існування будь-якого організму є постійний приплив поживних речовин та постійне виділення кінцевих продуктів хімічних реакцій, що відбуваються у клітинах. Поживні речовини використовуються організмами як джерело атомів хімічних елементів(Насамперед атомів вуглецю), у тому числі будуються чи оновлюються все структури. В організм, крім поживних речовин, надходять також вода, кисень, мінеральні солі. Органічні речовини, що надійшли в клітини (або синтезовані в ході фотосинтезу) розщеплюються на будівельні блоки - мономери і направляються у всі клітини організму. Частина молекул цих речовин витрачається на синтез специфічних органічних речовин, властивих даному організму. У клітинах синтезуються білки, лічиди, вуглеводи, нуклеїнові кислотита інші речовини, що виконують різні функції (будівельну, каталітичну, регуляторну, захисну тощо). Інша частина низькомолекулярних органічних сполук, що надійшли в клітини, йде на утворення АТФ, в молекулах якої укладено енергію, призначену безпосередньо для виконання роботи. Енергія необхідна для синтезу всіх специфічних речовин організму, підтримки його високоурядної організації, активного транспорту речовин усередині клітин, з одних клітин в інші, з однієї частини організму в іншу, для передачі нервових імпульсів, пересування організмів, підтримки постійної температуритіла (у птахів і ссавців) та інших цілей. У ході перетворення речовин у клітинах утворюються кінцеві продуктиобміну, які можуть бути токсичними для організму та виводяться з нього (наприклад, аміак). Таким чином, всі живі організми постійно споживають із довкілля певні речовини, перетворюють їх і виділяють у середу кінцеві продукти. Сукупність хімічних реакцій, що відбуваються в організмі, називається обміном речовин або метаболізмом. Залежно від загальної спрямованості процесів виділяють катаболізм та анаболізм.

Катаболізм (дисиміляція) - сукупність реакцій, що призводять до утворення простих сполук більш складних. До катаболічних відносять, наприклад, реакції гідролізу полімерів до мономерів і розщеплення останніх до вуглекислого газу, води, аміаку, тобто реакції енергетичного обміну, в ході якого відбувається окислення органічних речовин та синтез АТФ. Анаболізм (асиміляція) - сукупність реакцій синтезу складних органічних речовин із найпростіших. Сюди можна віднести, наприклад, фіксацію азоту та біосинтез білка, синтез вуглеводів з вуглекислого газу та води в ході фотосинтезу, синтез полісахаридів, ліпідів, нуклеотидів, ДНК, РНК та інших речовин. Синтез речовин у клітинах живих організмів часто позначають поняттям пластичний обмії, а розщеплення речовин та їх окислення, що супроводжується синтезом АТФ, -енергетичним обміном. Обидва види обміну становлять основу життєдіяльності будь-якої клітини, а отже, і будь-якого організму тісно пов'язані між собою. Процеси анаболізму і катаболізму перебувають у організмі може динамічного рівноваги чи тимчасового превалювання однієї з них. Переважна більшість анаболічних процесів над катаболічними призводить до зростання, накопичення маси тканин, а катаболічних - до часткового руйнування тканинних структур, виділення енергії. Стан рівноважного чи нерівноважного співвідношення анаболізму та катаболізму залежить від віку. У дитячому віціпереважають процеси анаболізму, а старечому - катаболізму. У дорослих людей ці процеси перебувають у рівновазі. Їх співвідношення залежить також стану здоров'я, виконуваної людиною фізичної чи психоемоційної діяльності.

82. Ентропія відкритих термодинамічних систем, рівняння Пригожина.

Ентропія – міра розсіювання вільної енергії, отже будь-яка відкрита т/д система у стаціонарному стані прагне мінімального розсіювання вільної енергії. Якщо через причини система відхилилася від стаціонарного стану, то внаслідок прагнення до системи до мінімальної ентропії, у ній виникають внутрішні зміни, що повертають її в стаціонарний стан. Відкрита система, термодинамічні. система, здатна обмінюватися з довкіллямречовиною та енергією. У відкритої системиможливі потоки тепла як із системи, так і всередину неї.

Постулат І.Р. Пригожина полягає в тому, що загальна зміна ентропії dS відкритої системи може відбуватися незалежно або за рахунок процесів обміну зовнішнім середовищем(deS) або внаслідок внутрішніх незворотних процесів (diS): dS = deS + diS. Теорема Пригожина. У стаціонарних станах при фіксованих зовнішні параметришвидкість продукції ентропії у відкритій системі обумовлена ​​перебігом незворотних процесів постійна у часі та мінімальна за величиною. diS/dt  min.

Понад мільярд років пройшло від появи одноклітинних до «винаходу» ядра клітини та народження низки інших нововведень. Тільки тоді відкрилася дорога до перших багатоклітинних істот, що дали початок трьом царствам тварин, рослин та грибів. Європейські вчені висунули нове пояснення цього перетворення, що йде врозріз з уявленнями, що існували досі.

Прийнято вважати, що спочатку від прокаріотів народилися досконаліші ядерні клітини, що покладалися на старі енергетичні механізми, а вже пізніше новобранці обзавелися мітохондріями. Останнім відводилася важлива рольу подальшій еволюції еукаріотів, але не роль наріжного каменю, що лежить у самій її основі.

Ми показали, що перший варіант не спрацює. Для розвитку складності клітини їй потрібні мітохондрії», — пояснює Мартін. «Наша гіпотеза спростовує традиційну точку зору, ніби перехід до еукаріотичних клітин вимагав лише належних мутацій», — вторить йому Лейн.

Вони розвивалися спільно, причому ендосимбіонт поступово відточував одне вміння — синтез АТФ . Внутрішня клітина зменшувалася в розмірах і передавала частину своїх другорядних генів у ядро. Так мітохондрії залишили у себе лише ту частину вихідної ДНК, що була необхідна для роботи як «жива електростанція».

Мітохондрії всередині клітини (флуоресціюють зеленим). На врізках: Мартін (ліворуч) та Лейн. Деталі нового дослідження можна знайти у статті у Nature та прес-релізі UCL (фотографії Douglas Kline, molevol.de, nick-lane.net).

Поява мітохондрій у плані енергетики можна порівняти з винаходом ракети після воза, адже ядерні клітини в середньому в тисячу разів більші за обсягом, ніж клітини без ядра.

Останні, здавалося б, теж можуть зростати у розмірах та складності пристрою (тут є поодинокі яскраві приклади). Але на цьому шляху крихітних істот чекає каверза: у міру геометричного зростання швидко падає відношення площі поверхні до обсягу.

Тим часом прості клітини генерують енергію за допомогою мембрани, що покриває їх. Так що у великій прокаріотичній клітині може бути повно місця для нових генів, але їй просто не вистачить енергії для синтезу білків за цими «інструкціями».

Просте збільшення складок зовнішньої мембрани становище не особливо рятує (хоч і такі клітини відомі). З цим способом нарощування потужності збільшується і кількість помилок у роботі енергетичної системи. У клітині накопичуються небажані молекули, здатні її занапастити.

Число мітохондрій (показані червоним) в одній клітці варіюється від єдиного екземпляра (переважно в одноклітинних еукаріотах) до двох тисяч (наприклад, у клітинах печінки людини) (ілюстрація Odra Noel).

Мітохондрії - блискучий винахід природи. Збільшуючи їх кількість, можна нарощувати енергетичні можливості клітин без зростання її зовнішньої поверхні. При цьому кожна мітохондрія має ще й вбудовані механізми контролю та ремонту.

І ще плюс інновації: мітохондріальна ДНК невелика та дуже економна. Для її копіювання не потрібно багато ресурсів. А ось бактеріям, щоб наростити свої енергетичні можливості, лишається хіба що створювати безліч копій повного свого геному. Але такий розвиток швидко призводить до енергетичного глухого кута.

Порівняння енергетики різних клітинта їх схеми. a) - середній прокаріот ( Escherichia), b) - дуже великий прокаріот ( Thiomargarita) та (c) середній еукаріот ( Euglena).
На діаграмах показані (згори донизу): потужність (вати) на грам клітини (d), потужність (фемтоватти) на один ген (e) та потужність (піковатти) на гаплоїдний геном (f) (ілюстрації Nick Lane, William Martin/Nature) .

Автори роботи визнали, що середня еукаріотична клітина теоретично може нести в 200 тисяч разів більше генів, ніж середня бактерія. Еукаріот можна представити як бібліотеку з більшим числомполиць - заповнюй книгами досхочу. Ну а протяжніший геном — це основа для подальшого вдосконалення будови клітини та її метаболізму, появи нових регуляторних ланцюгів.