называемый мембранный потенциал покоя. По сути, это означает, что внутренняя часть клетки имеет отрицательный заряд по сравнению с внешней. Этот заряд чрезвычайно важен для функционирования клетки. Он создается ионными насосами, которые перекачивают натрий, калий, кальций и другие ионы внутрь или наружу клетки или между отсеками внутри клетки. Для работы всех этих насосов требуется энергия.

Клеткам нужно накачать много ионов, чтобы подготовиться к срабатыванию. Когда клетка активируется, она запускает целый каскад событий, которые помогают выполнить ей ту или иную задачу – например, выделить нейромедиатор, гормон или что-то еще. Это можно сравнить с аккуратной расстановкой костяшек домино в один ряд. Чтобы их расставить, нужно потратить немало времени и усилий, однако, чтобы их опрокинуть, достаточно лишь слегка подтолкнуть крайнюю из них. Когда все костяшки домино упадут, их нужно снова расставить, приложив еще больше усилий. Митохондрии обеспечивают львиную долю необходимой для всего этого энергии.

Чем еще занимаются митохондрии?

Уровень кальция играет важную роль в функционировании клеток. Во многих отношениях этот элемент – своеобразный переключатель. При высоком уровне кальция клетка находится во «включенном» положении. Когда его содержание падает, она «выключается». Митохондрии принимают непосредственное участие в процессе регуляции кальция. Если органеллы оказываются не в состоянии должным образом выполнять свою работу, регуляция кальция нарушается, и этот важнейший выключатель может перестать работать (9). Таким образом, митохондрии необходимы как для включения, так и для выключения клеток. Они обеспечивают энергию, необходимую для перекачки ионов, а также регулируют уровень кальция, который служит важным сигналом включения/выключения.

Как это ни парадоксально, энергия и митохондрии необходимы и для включения, и для выключения клеток. Можно сравнить выключатель с электронными тормозами автомобиля, для работы которых требуется энергия. При недостатке энергии для полного и быстрого торможения в нужный момент автомобиль может стать неуправляемым и спровоцировать серьезные нарушения дорожного движения. Эти двоякие последствия метаболической и митохондриальной дисфункции важно понимать. Одни клетки при недостатке энергии будут работать дольше, чем нужно, в то время как другие, наоборот, не смогут работать. Я еще вернусь к этому вопросу позже.

Включение и выключение клеток имеет критическое значение. Понимание этой функции поможет нам объяснить многие симптомы психических заболеваний. Между тем митохондрии делают гораздо большее. В настоящее время проводятся активные исследования роли этих органелл в здоровье человека, которая охватывает почти все области медицины.

Давайте рассмотрим некоторые другие функции митохондрий, связывающие их с психическим здоровьем.

Митохондрии оказывают широкое влияние на регулирование обмена веществ

В 2001 году впервые было сообщено, что пептид под названием «гуманин» оказывает широкое влияние на обмен веществ и здоровье (10). Ген, отвечающий за этот пептид, находится как в митохондриальной, так и в ядерной ДНК. Впервые он был обнаружен в ходе исследований болезни Альцгеймера. После его открытия были выявлены два других пептида, MOTS-c и SHLP1-6, которые включили в новый класс молекул под названием «митохондриальные пептиды». Гены для этих пептидов находятся в митохондриальной ДНК, и эти пептиды производятся митохондриями. В настоящее время они представляют большой интерес для исследователей. Было доказано, что они оказывают благоприятное воздействие на такие заболевания, как болезнь Альцгеймера, инсульты, диабет, инфаркты и некоторые виды рака, а также влияют на обмен веществ, выживание клеток и воспаление (11). Существование этих пептидов позволяет предположить, что митохондрии способны общаться друг с другом посредством пептидных сигналов, тем самым регулируя обмен веществ по всему организму.

Митохондрии помогают вырабатывать и регулировать нейромедиаторы

В психиатрии медиаторам уделяется огромное внимание. Как оказалось, митохондрии играют важнейшую роль в их производстве, выделении и общей регуляции.

Отдельные нейроны зачастую специализируются на производстве какого-то одного конкретного нейромедиатора. Одни вырабатывают серотонин. Другие производят дофамин. Для производства нейромедиаторов требуется энергия и строительные блоки. Митохондрии обеспечивают и то и другое. Они играют непосредственную роль в производстве ацетилхолина, глутамата, норадреналина, дофамина, ГАМК и серотонина (12). После производства нейромедиаторы хранятся в везикулах, или маленьких пузырьках, пока не будут готовы к использованию. Везикулы, наполненные нейромедиаторами, движутся по аксону, чтобы добраться до места их конечного высвобождения. Для этого требуется энергия. Сигнал к высвобождению нейромедиаторов зависит от потенциала покоя мембраны и уровня кальция, о которых я уже говорил ранее. Как только этот сигнал поступает, фактический выброс нейромедиаторов также требует энергии. Удивительно, но после высвобождения нейромедиаторов в одном месте митохондрии перемещаются в другое место клеточной мембраны для высвобождения новой порции нейромедиаторов (13). После этого нейромедиаторы оказывают свое действие на клетку-мишень, будь то другая нервная, мышечная или железистая клетка, а затем всасываются обратно в терминалы аксона (этот процесс называется повторным поглощением), и, как вы догадались, на это тоже требуется энергия. Далее они снова упаковываются в везикулы для следующего цикла – и снова никуда без энергии.

Обычно в синапсах митохондрии содержатся в большом количестве. Когда они не могут по какой-то причине добраться до синапсов, нейромедиаторы не высвобождаются, даже при наличии АТФ (14).

Нарушение нормальной работы митохондрий может привести к дисбалансу нейромедиаторов, а так как нейромедиаторы обеспечивают важную связь между нервными клетками, то этот дисбаланс может нарушить нормальную работу мозга.

Роль митохондрий в регуляции нейромедиаторов гораздо шире, чем просто их участие в синтезе, высвобождении и повторном поглощении. У этих органелл на самом деле имеются рецепторы для некоторых нейромедиаторов, что указывает на наличие цикла обратной связи между нейромедиаторами и митохондриями. Кроме того, они содержат некоторые ферменты, участвующие в распаде нейромедиаторов, например моноаминоксидазу. Они участвуют в регуляции высвобождения ГАМК и фактически хранят ГАМК в себе (15). Наконец, известно, что некоторые нейромедиаторы регулируют работу, производство и рост митохондрий. Очевидно, что нейромедиаторы – это не просто проводники между клетками, влияющие на наше настроение. Они являются важнейшими регуляторами обмена веществ и самих митохондрий. Я вернусь к этому позже.

Митохондрии помогают регулировать работу иммунной системы

Митохондрии также играют важную роль в работе иммунной системы (16) – сюда относится не только борьба с вирусами и бактериями, но и низкоуровневое воспаление, которое в той или иной степени наблюдается при большинстве метаболических и психических