Атф клетки это: АТФ и другие органические соединения клетки

Содержание

1. Какую роль выполняют молекулы АТФ?2. Как происходит деление клетки?

АТФ — это главный универсальный поставщик энергии в клетках всех живых организмов. Она поставляет энергию для большинства реакций, происходящих в клетке. С помощью АТФ клетка синтезирует новые молекулы белков, углеводов, жиров, избавляется от отходов, осуществляет активный транспорт веществ, биение жгутиков и ресничек и т. д.
Деление клетки — биологический процесс, лежащий в основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов. Наиболее широко распространенная форма воспроизведения клеток у живых организмов — непрямое деление, или митоз (от греч. «митос» — нить). Митоз состоит из четырех последовательных фаз. Благодаря митозу обеспечивается равномерное распределение генетической информации родительской клетки между дочерними клетками. Период жизни клетки между двумя митозами называют интерфазой. Она в десятки раз продолжительнее митоза. В ней совершается ряд очень важных процессов, предшествующих делению клетки: синтезируются молекулы АТФ и белков, удваивается каждая хромосома, образуя две сестринские хроматиды, скрепленные общей центромерой, увеличивается число основных органоидов клетки.

В процессе митоза различают четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. I. Профаза — самая продолжительная фаза митоза. В ней спирализируются и вследствие этого утолщаются хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой. К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают и хромосомы рассредоточиваются по всей клетке. В цитоплазме к концу профазы центриоли отходят к полосам и образуют веретено деления.II. Метафаза — хромосомы продолжают спирализацию, их центромеры располагаются по экватору (в этой фазе они наиболее видны). К ним прикрепляются нити веретена деления.III. Анафаза — делятся центромеры, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и за счет сокращения нитей веретена отходят к противоположным полюсам клетки.IV. Телофаза — делится цитоплазма, хромосомы раскручиваются, вновь образуются ядрышки и ядерные мембраны. После этого образуется перетяжка в экваториальной зоне клетки, разделяющая две сестринские клетки. Так из одной исходной клетки (материнской) образуются две новые — дочерние, имеющие хромосомный набор, который по количеству и качеству, по содержанию наследственной информации, морфологическим, анатомическим и физиологическим особенностям полностью идентичен родительским.

Рост, индивидуальное развитие, постоянное обновление тканей многоклеточных организмов определяется процессами митотического деления клеток. Все изменения, происходящие в процессе митоза, контролируются системой нейрорегуляции, т. е. нервной системой, гормонами надпочечников, гипофиза, щитовидной железы и др.
Мейоз (от греч. «мейоз». — уменьшение) — это деление в зоне созревания половых клеток, сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое. Он состоит и двух последовательно идущих делений, имеющих те же фазы, что и митоз. Однако продолжительность отдельных фаз и происходящие в них процессы значительно отличаются от процессов, происходящих в митозе.

Ликбез: что такое митохондрии? — Журнал NewRunners: Рекомендации и мифы

Все мы знаем, что движение — жизнь. И многие из нас знают, что процесс эволюции создал нас идеальными бегунами на длинные дистанции. Как и за счет чего у нас получается двигаться и делать это долго, а зачастую еще и быстро? Всё устроено примерно так: для движения нужна энергия, а для получения энергии нужны кислород и пища. Но как из воды, еды и кислорода получается энергия, используемая для различных нужд организма? Здесь в дело вступает наш самый главный, но невидимый союзник — митохондрия.

Что такое митохондрии?

Слово «митохондрия» постоянно встречается в литературе, посвященной спорту на выносливость, и это неспроста. Почему и зачем маленькой митохондрии уделяется столько внимания?

Митохондрии — это маленькие (размером с 1/2000–1/4000-ю часть кончика иголки) внутриклеточные органеллы, наши миниатюрные энергетические станции, которых в теле человека содержится огромное количество — примерно 2000 митохондрий на одну клетку. Это самый трудолюбивый и, наверно, самый прожорливый компонент клетки.

Любопытен факт происхождения митохондрии. В 1926 году ученый по имени Айвен Уоллин выдвинул предположение, что митохондрии когда-то были самостоятельно живущими бактериями, а в процессе эволюции стали частью нашего организма. На роль «отца» митохондрии в 1985 году группа ученых номинировала микроорганизм со сложным названием Alphaproteobacteria. К слову, даже находясь внутри человеческой клетки, митохондрия продолжает вести вполне самостоятельную жизнь: у нее есть своя «мастерская» по синтезу белка, включая и собственные молекулы ДНК и РНК.

Каким образом митохондрии вырабатывают энергию?

Короткий ответ — при помощи цикла Кребса и переноса электронов в дыхательной цепи. Не пугайтесь! Это значит, что для получения энергии митохондрии используют кислород и углеводы (сахар). Глюкоза, попадая внутрь митохондрии, «переупаковывается» в два важных компонента — пируват и никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Эти два вещества транспортируются в центральную часть митохондрии, где в присутствии кислорода (это наиважнейший момент эффективной продукции энергии!) используются для выработки главного энергетического субстрата — АТФ. Правильнее рассматривать АТФ как валюту клетки, которая идет на оплату счетов за свет, воду, газ и электричество.

Как работает валюта под названием АТФ?

Каким образом АТФ помогает нам быть быстрее, выше, сильнее? Конечно, с помощью мышц.

Внутри каждой мышечной клетки есть микроскопические нити протеина — актин и миозин. АТФ прикрепляется к миозину и помогает ему «зацепиться» за актин, перемещаясь и вызывая сокращение мышцы. Если по какой-то причине (недостаток кислорода или глюкозы) АТФ в вашем организме будет недостаточно — мышцы не смогут эффективно сокращаться, и вы довольно сильно замедлитесь или даже остановитесь. Знакомая ситуация?

Продукция энергии в мышцах — сложный и комплексный процесс, но для него требуются простые ингредиенты, а именно сахар, кислород и кальций. Сахар — поставщик основных строительных блоков (пируват и НАД) для митохондрий, из которых получится АТФ. Кислород нужен для эффективного производства клеточной «валюты». Кальций помогает глюкозе трансформироваться в пируват и НАД, а также облегчает взаимодействие актина и миозина, помогая мышце сокращаться.

Продукция энергии в мышцах — сложный и комплексный процесс, но для него требуются простые ингредиенты, а именно сахар, кислород и кальций.

Зачем нам кислород?

Простой вопрос, но очень часто вызывает недоумение даже у студентов-медиков. Правильный ответ: кислород нужен митохондриям для производства АТФ. Без кислорода невозможна эффективная работа и производство АТФ. При достаточном его наличии скорость выработки АТФ в мышцах примерно в 13 раз выше, чем в ситуации недостаточного снабжения митохондрий кислородом. Говоря о недостатке кислорода и недостаточной выработке АТФ, нужно понимать, что речь идет не столько о нахождении, скажем, в условиях разреженного воздуха гор, а прежде всего о чрезмерно интенсивных (и частых) тренировках выше так называемого «лактатного порога». Каждый раз, проводя такую жесткую тренировку, мы залезаем в кислородный долг у организма, который нужно будет отдавать. Самым надежным способом уберечь себя от накопления этого долга является контроль пульса на тренировках, причем делать это лучше не по ощущениям, а с помощью более точного прибора — пульсометра.

Каждый раз, проводя такую жесткую тренировку, мы залезаем в кислородный долг у организма, который нужно будет отдавать.

Можем ли мы влиять на митохондрии?

Давайте перейдем от теоретических рассуждений к практике. Можем ли мы в реальной жизни влиять на работу митохондрий и, если да, как это сделать?

Самое интересное, что мы довольно легко можем увеличить количество митохондрий в нашем организме и даже улучшить качество их работы. И сделать это нам помогают регулярные аэробные тренировки.

В июльском номере журнала Sports Medicine авторы проследили связь между регулярными тренировками и количеством митохондрий. Оказалось, что аэробные нагрузки влияют на процесс образования митохондрий довольно предсказуемым образом: чем больше вы тренируетесь, тем больше митохондрий образуется. В течение нескольких месяцев количество митохондрий может увеличиться на 50%, но верно и обратное — как только регулярные тренировки прекращаются, количество митохондрий уменьшается, возвращаясь к исходным базовым значениям в течение нескольких месяцев.

чем больше вы тренируетесь, тем больше митохондрий образуется

Больше тренировок — больше митохондрий?

Важно соблюдать баланс в тренировках, так как перетренированность и регулярные тренировки без должного восстановления приводят к повреждению мышечных клеток, включая и митохондрии. Вовремя заметить и не допустить перетренированности, а также оценить качество восстановления можно также с помощью пульсометра, путем наблюдения за пульсом покоя или вариабельностью пульса.

Объем или интенсивность?

Как стало понятно, регулярные тренировки — наилучший способ повлиять на митохондрии. Но что выбрать — объем или интенсивность? Правильный ответ — и то и другое. Давайте разберемся, как влияют на митохондрии повышение тренировочного объема и увеличение интенсивности.

Повышение объема тренировок. Помните о том, что митохондрии не могут эффективно работать без кислорода? Именно аэробные нагрузки способствуют увеличению количества митохондрий и изменению их формы. Изначально аэробные нагрузки приводят к отеку и разрушению митохондрий, но организм быстро восстанавливается от этого повреждения, а новые митохондрии становятся чуть больше и объемнее. Кроме того, аэробные нагрузки при регулярном повторении облегчают «починку» митохондрий. Самый эффективный и простой способ увеличить количество митохондрий и при этом не дать чрезмерную повреждающую нагрузку — аэробный бег во второй зоне. Еще одним «побочным» эффектом такого спокойного бега будет повышение выносливости.

Увеличение интенсивности. Как быть с интенсивными тренировками, влияют ли они на митохондрии? Исследователи из Государственного университета Нью-Йорка провели серию экспериментов и выяснили, что повышение интенсивности будет вести к выраженному адаптивному эффекту со стороны митохондрий, увеличивая эффективность их работы. По словам исследователей, 10–15 минут бега в 4 зоне могут значимо повысить эффективность работы наших энергетических станций. Кроме того, даже короткие ускорения в конце тренировки способны запустить положительные изменения и улучшить работу митохондрий. Однако, как и в случае с аэробным бегом, здесь также важно дозировать нагрузку, постепенно повышая интенсивность, и избегать опасного соблазна бегать всё время только быстро (3–4 зона). Подобная интенсивность и излишнее рвение могут запросто привести к развитию перетренированности.

Вода и еда?

Оптимальная функция клеток и внутриклеточных структур невозможна без поддержания оптимального водно-электролитного баланса, а также регулярного поступления питательных веществ, в частности углеводов. Внимательно следите за тем, чтобы пить достаточное количество воды, а также соблюдайте сбалансированную диету, чтобы обеспечить организм необходимыми строительными материалами.

Много митохондрий не бывает (вместо вывода)

Митохондрии — наш верный спутник и помощник в повышении выносливости и спортивном долголетии. Используя нехитрые принципы тренировок, мы можем влиять как на количество, так и на качество работы наших энергетических станций.

Однако самым важным аспектом в погоне за митохондрией является ежедневное наблюдение за своим состоянием, постепенное повышение как объема, так и интенсивности тренировок, а также соблюдение баланса нагрузки и качественного восстановления. Ваши мышцы и митохондрии скажут вам спасибо новым личным рекордом!

Список литературы:

Granata C, Jamnick NA, Bishop DJ. Principles of Exercise Prescription, and How They Influence Exercise-Induced Changes of Transcription Factors and Other Regulators of Mitochondrial Biogenesis. Sports Med. 2018 Jul;48(7):1541-1559.
Trewin AJ, Berry BJ, Wojtovich AP. Exercise and Mitochondrial Dynamics: Keeping in Shape with ROS and AMPK. Antioxidants (Basel). 2018;7(1):7.
Heo JW, No MH, Park DH, Kang JH, Seo DY, Han J, Neufer PD, Kwak HB. Effects of exercise on obesity-induced mitochondrial dysfunction in skeletal muscle. Korean J Physiol Pharmacol. 2017 Nov;21(6):567-577.

Система ATF: перфузия и удержание клеток

Система ATF™ изначально была разработана для процессов перфузии в культурах клеток млекопитающих с использованием фильтров из полых волокон для достижения эффективного разделения клеток с низким усилием сдвига и обеспечения надежного крупномасштабного производства.

Нажмите здесь, чтобы скачать:
Брошюра: Система ATF: перфузия и удержание клеток

Система ATF™ изначально была разработана для процессов перфузии в культуре клеток млекопитающих с использованием фильтров из полых волокон для достижения эффективного разделения клеток с низким усилием сдвига и обеспечения надежного крупномасштабного производства. Система фильтрации быстро стала предпочтительным устройством для удержания клеток и теперь используется в нескольких крупных коммерческих перфузионных установках для производства белков и антител.

Стандартные типы биореакторов из стекла в стадии НИОКР и из стали в пилотном и производственном процессе легко модернизируются системой ATF с помощью ряда стандартных адаптеров и портов, подходящих для оборудования всех поставщиков ферментеров, включая Sartorius/Braun BBI, Applikon, New Brunswick, Bioengineering, Biolafitte/Pierre Guerin и др.

Быстрое внедрение одноразовых систем, сначала в виде качающихся систем и систем типа Wave, а затем в виде вариаций смесительных баков как в небольших жестких пластиковых конфигурациях, так и в мешках большего размера, потребовало новых одноразовых соединителей, позволяющих добавить удержание клеток и перфузию Refine. устройство. Соединители, такие как Pall Kleenpack, ЦАП GE и Opta от Sartorius Stedim, хорошо справляются с этой задачей. Сегодня системы ATF подключены почти ко всем типам одноразовых биореакторов (SUB) объемом от 1 л до 1000 л: Sartorius Cultibag и STR, XCellerex, Hyclone, GE Wave, ATMI, NBS Celligen Blu и Millipore CellReady.

Refine предлагает несколько различных типов фильтров для системы ATF в течение последних 10 лет, но в последнее время исключительно популярными оказались две версии: половолоконный фильтр с размером пор 30–50 кДа и сетчатый модуль с размером пор 70 мкм. Модуль ультрафильтрации 50 кДа позволяет удерживать белки в биореакторе, превращая процесс перфузии в процесс концентрированной периодической подпитки с исключительно высокими концентрациями клеток и выходом за один сбор, что подходит для быстрой замены стандартной платформы периодической подпитки.

Модуль сита 70 мкм подходит для адгезивных клеток и процессов на основе микроносителей. Процессы вакцинации, некоторые из которых основаны на клетках MDCK или Vero, оказались особенно подходящими для усовершенствования с использованием системы ATF. За последние несколько лет появление более крупных культур стволовых клеток выявило новые технологические проблемы. Стволовые клетки часто выращивают на микроносителях, и поэтому они могут извлечь выгоду из простоты, которую система ATF обеспечивает для нескольких этапов промывки и необходимых этапов разделения клеток и микроносителей. Концентрация стволовых клеток также может быть выполнена быстро с низким усилием сдвига.

Нажмите здесь, чтобы скачать:
Брошюра: Система ATF: перфузия и удержание клеток

Влияние времени пребывания переменного тангенциального потока (ATF), гидродинамического стресса и фильтрационного потока на перфузионную культуру клеток высокой плотности

. 2019 февраль; 116(2):320-332.

дои: 10.1002/бит.26811. Epub 2018 1 декабря.

Джейсон Уолтер ¹ , Джин Макларти ¹ , Тимоти Джонсон ¹

принадлежность

¹ Развитие биопроцессов, Санофи, Фрамингем, Массачусетс.

PMID: 30080929
DOI: 10.1002/бит.26811

Джейсон Уолтер и др. Биотехнология Биоинж. 2019 фев.

. 2019 февраль; 116(2):320-332.

дои: 10.1002/бит.26811. Epub 2018 1 декабря.

Авторы

Джейсон Уолтер ¹ , Джин Макларти ¹ , Тимоти Джонсон ¹

принадлежность

¹ Развитие биопроцессов, Санофи, Фрамингем, Массачусетс.

PMID: 30080929
DOI: 10.1002/бит.26811

Абстрактный

В этом исследовании мы исследовали влияние разделения клеток с переменным тангенциальным потоком (ATF) на перфузионные культуры высокой плотности. Мы разработали методы для оценки теоретического времени пребывания клеток в системе ATF и обнаружили, что длительное время пребывания (более 75 с) коррелирует со снижением роста, метаболизма и продуктивности. Мы рассчитали скорость рассеивания энергии в линии передачи ATF и фильтре и эмпирически изучили влияние повышенных скоростей обмена на клеточную культуру, установив, что повышенный гидродинамический стресс может привести к уменьшению размера клеток, выработки лактата и удельной продуктивности. Наконец, мы провели эксперименты, чтобы понять взаимосвязь между потоками фильтрации и загрязнением мембраны АТФ, и обнаружили, что при потоках выше 60 л·м ^-2 ·день ^-1 , коэффициенты просеивания белка заметно снижаются (более 1% в день). Хотя большинство этих исследований было проведено с одной клеточной линией при одной целевой плотности жизнеспособных клеток (40 миллионов клеток/мл), общие, направленные знания, полученные в результате этого исследования, должны быть применимы к другим условиям и программам, что в конечном итоге приведет к более надежным и хорошо организованные перфузионные процессы.

Ключевые слова: АТФ; переменный тангенциальный поток; скорость рассеивания энергии; фильтрационный поток; высокая плотность клеток; перфузия; Время жительства; сдвиг.

Цитируется

Эффективная разработка нового процесса перфузионного производства рекомбинантной аденовирусной вакцины против опоясывающего лишая.
Не Дж., Сунь И., Фэн К., Хуан Л., Ли И., Бай З. Ни Дж. и др. вакцина. 2022 18 марта; 40 (13): 2036-2043. doi: 10.1016/j.vaccine.2022.02.024. Epub 2022 23 февраля. вакцина. 2022. PMID: 35216843 Бесплатная статья ЧВК.
Разработки и возможности в непрерывном биофармацевтическом производстве.
Ханал О., Ленхофф А.М. Ханал О и др. МАб. 2021 январь-декабрь;13(1):1903664. дои: 10.1080/19420862.2021.1903664. МАб. 2021. PMID: 33843449 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Биопроцессинг клеточных культур – пройденный путь и путь вперед.
О’Брайен С.А., Ху В.С. О’Брайен С.А. и др. Curr Opin Chem Eng. 2020 дек;30:100663. doi: 10.1016/j.coche.2020.100663. Epub 2020 1 декабря. Curr Opin Chem Eng. 2020. PMID: 33391982 Бесплатная статья ЧВК.
Повышение функциональности системы микромасштабного биореактора как инструмента разработки промышленного процесса для перфузионной культуры млекопитающих.
Сьюэлл Д.Дж., Тернер Р., Филд Р., Холмс В., Прадхан Р., Спенсер С., Оливер С.Г., Слейтер Н.К., Дикикиоглу Д.

Рубрики

Атф клетки это: АТФ и другие органические соединения клетки — урок. Биология, 9 класс.

1. Какую роль выполняют молекулы АТФ?2. Как происходит деление клетки?