Wat zijn mitochondria?
Je hebt misschien wel eens gehoord dat mitochondriën geassocieerd worden met de bijnaam, “de krachtcentrale van de cel”. Hoe hebben ze die bijnaam verdiend?
Mitochondriën zijn de miniatuurkrachtcentrales of -fabriekjes in elke cel van uw lichaam. Een doorsnee levende menselijke cel bevat honderden tot duizenden mitochondriën.
Zoals je spijsverteringsstelsel, zijn mitochondriën kleine spijsverteringssystemen in je cel, die voedsel omzetten in energie. Suikers, vetten en aminozuren uit eiwitten die we eten, worden door de mitochondriën omgezet in energie. Ze zijn hier zo effectief in dat ze naar schatting 90% van de energie genereren die onze cellen nodig hebben.
Hoe zien mitochondriën eruit?
Mitochondriën zien eruit als kleine boontjes in je cel. Ze bestaan uit twee membranen: het buitenste membraan en het binnenste membraan.
Het buitenmembraan fungeert als een wand die het hele organel bedekt.
Het binnenmembraan ziet eruit als een reeks plooien, bestaande uit verschillende compartimenten. Deze gelaagde vorm is bedoeld om het oppervlak van de mitochondria zo groot mogelijk te maken, waardoor de mitochondria efficiënter kan functioneren.
In het binnenste membraan bevindt zich een vloeistof die de matrix wordt genoemd; hier gebeurt de magie.
Waar komen mitochondriën vandaan?
Voordat de mitochondriën van onschatbare waarde werden voor de menselijke cellen, bestonden ze volledig daarbuiten als eencellige, onafhankelijke organismen. Ze leken veel op bacteriën. Maar ergens in de oude biologische geschiedenis, meer dan twee miljard jaar geleden, fuseerden ze met een eenvoudige cel tot een symbiotische relatie.
Op het eerste gezicht was het niet alleen de bedoeling om te fuseren. De mitochondriën, als bacteriën, wilden alleen de gastcellen van hun energie beroven en hen dan achterlaten om te sterven. Maar de bacteriën zagen al snel het voordeel in van samenwerking met eenvoudige cellen.
De eenvoudige cellen voorzien hen van antioxidanten om hen te beschermen tegen vrije radicalen en giftige reactieve zuurstofsoorten die de mitochondriën genereren als bijproduct van de energieproductie. In ruil daarvoor produceren de mitochondriën de energie die de simpele cellen nodig hebben. Het is een mooie deal. Het is alsof de mitochondriën huur betalen in ruil voor huisvesting en nutsvoorzieningen.
Mitochondriën zijn in wezen buitenaardse wezens in je lichaam. Onze mitochondriën bezitten zelfs hun eigen DNA, mtDNA genaamd, waardoor ze een onafhankelijk genoom hebben. Bovendien wordt mitochondriaal DNA alleen van moeder op kind doorgegeven, waardoor je genetisch meer op je moeder lijkt dan op je vader. Moderne bedrijven die voorouders testen, baseren zich in feite op je maternale voorouderlijke lijn door gebruik te maken van mitochondriaal DNA.
Het doel van de mitochondriën.
De mitochondriën hebben één primair doel: het produceren van energie. Om energie te produceren, maken ze een broodnodige molecule die bekend staat als adenosinetrifosfaat of ATP.
Wat is ATP?
Ons lichaam creëert en gebruikt energie niet alleen direct. Het slaat de energie die we uit ons voedsel halen op in een molecuul. ATP, of adenosinetrifosfaat, is de primaire energieopslag voor onze cellen. Het zijn net kleine batterijen die rondzweven, wachtend om gebruikt te worden. “Tri’ betekent drie en geeft aan dat er drie fosfaten in de moleculaire structuur zitten.
Als cellen energie nodig hebben, wordt ATP afgebroken door middel van een proces dat hydrolyse wordt genoemd. Dit is eigenlijk vrij gemakkelijk omdat ATP zo’n onstabiele molecule is. De drie fosfaten in ATP zijn als drie kamergenoten die een kamer delen.
Wanneer de splitsing plaatsvindt, wordt de moleculaire binding tussen de fosfaten in ATP’s trifosfaatgroep verbroken, waardoor een van de fosfaten in het ATP-molecuul verdwijnt. Het trio wordt een duo, waardoor ATP verandert in ADP of adenosine-difosfaat.
Door deze splitsing komt immense energie vrij en onze cellen gebruiken deze energie voor belangrijke cellulaire activiteiten.
Onze mitochondriën werken hard om ervoor te zorgen dat onze cellen genoeg van deze kant-en-klare “batterijen”, of ATP, hebben rondzweven.
Hoe maken mitochondriën ATP?
Om meer ATP te maken, ondergaan onze mitochondriën een reeks chemische reacties om ons voedsel af te breken, met name glucose, aminozuren, en vetzuren. Glucose is echt de primaire molecuul waarin ons voedsel wordt afgebroken, dus laten we ons richten op glucose om te begrijpen hoe onze mitochondriën voedsel omzetten in energie.
Onze mitochondriën nemen onze glucosemoleculen door middel van een proces genaamd cellulaire ademhaling, wat in wezen gewoon een proces is van het afbreken en omzetten van glucose door zuurstof te combineren met een glucosemolecuul. De zuurstof is afkomstig van de lucht die we inademen.
Dit proces van zuurstof toevoegen aan glucose levert een reeks moleculen op. In zijn meest rudimentaire vorm ziet het proces er als volgt uit:
Glucose + Zuurstof = Kooldioxide, Water en ATP.
Koolstofdioxide en water zijn bijproducten van het proces. Dit is celademhaling, vereenvoudigd.
Onze mitochondriën nemen glucose echter niet in zijn ruwe vorm op. Het is niet bruikbaar in zijn gewone vorm, dus breken onze cellen glucose nog meer af voordat het naar onze mitochondriën gaat. Dit proces wordt glycolyse genoemd.
De afgebroken vorm van glucose wordt in werkelijkheid gecombineerd met zuurstof om een netto van kooldioxide, NADH, FADH2, en ATP te produceren. Dit proces wordt de Krebs-cyclus genoemd. Laten we de producten van dit proces eens uitsplitsen:
Koolstofdioxide: Een van onze bijproducten. Je ademt dit uit.
NADH en FADH2: Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) en flavin adenine dinucleotide (FAD) zijn co-enzymen die helpen meer ATP te genereren. NADH en FADH2 zijn hun elektron geladen vormen. Negeer dit voor nu. We zullen het later over deze belangrijke spelers hebben.
ATP: Energie!
Dus de Krebs-cyclus wekt energie op, maar de Krebs-cyclus alleen produceert niet genoeg van het ATP dat onze cellen nodig hebben. De echte prijzen zijn de NADH en FADH2 die in het proces worden geproduceerd. Zij produceren ons het merendeel van onze ATP via wat de elektronentransportketen wordt genoemd.
De elektronentransportketen is in wezen een proces waarbij onze mitochondriën voortdurend van hun gasten “stelen”. NADH en FADH2 zijn moleculen met een elektronlading en onze mitochondriën “stelen” deze elektronen van NADH en FADH2, waardoor ze veranderen in NAD+ en FAD als resultaat.
Op hun beurt produceren onze mitochondriën met deze geladen elektronen een ton ATP, waardoor citroenen limonade worden. Dit proces is zo efficiënt in het produceren van ATP, dat de elektronentransportketen het grootste deel van onze ATP-energie produceert. Gelukkig blijven de gewillige vrienden van de mitochondria, NAD+ en FAD, terugkomen met geschenken van geladen elektronen om het proces te ondersteunen. Het is een perfecte toevoerketen en het enige bijproduct in dit proces is water, waarmee onze formule is voltooid:
Glucose + Zuurstof = Koolstofdioxide, Water en ATP.
Mitochondriën en veroudering.
Onderzoek van de School of Kinesiology and Health Science van York University toont aan dat we minder mitochondriën maken naarmate we ouder worden. Je mitochondriën verslechteren ook geleidelijk naarmate je ouder wordt, waardoor de weinige mitochondriën die je nog over hebt, veel harder moeten werken. In feite wordt mitochondriale disfunctie beschouwd als een kenmerk van veroudering.
Dezelfde onderzoekers van de York University geloven dat dit het gevolg is van een onevenwicht tussen het aantal vrije radicalen en het vermogen van onze cellen om deze te verwijderen. Maar het grootste deel van de wetenschappelijke gemeenschap is het erover eens dat de mitochondriën na verloop van tijd minder effectief worden vanwege hun verminderde vermogen om ATP te maken.
Mitochondriën reageren op je energiebehoefte.
In de meeste gevallen staat het aantal mitochondriën dat we aanmaken in verhouding tot de hoeveelheid energie die we nodig hebben. Dit betekent dat, voor een groot deel, onze dagelijkse activiteit het aantal mitochondriën bepaalt dat we aanmaken en in stand houden. Wanneer er een belangrijke verandering in onze levensstijl of gewoonten optreedt, passen onze mitochondriën hun aantal aan.
David A. Hood, van de York University, gelooft dat er een verband bestaat tussen trainingsroutines en mitochondriale biogenese. Mitochondriale biogenese is een reeks complexe chemische reacties in het lichaam die de behoefte aan meer ATP en dus meer mitochondriën aangeven. Onze mitochondriën klonen zichzelf in wezen door middel van een zelfreplicatieproces om aan de nieuwe energiebehoefte te voldoen.
Het tegenovergestelde is echter ook waar. Een zittende levensstijl kan het lichaam het signaal geven dat we niet zo veel ATP nodig hebben en de mitochondriën ervan weerhouden zich te vermenigvuldigen. Als gevolg daarvan produceren je mitochondriën minder celenergie, wat leidt tot een meer algemene metabolische disfunctie.
Mitochondriën en NAD+.
Zo cruciaal als mitochondriën zijn voor het creëren van energie, het is niet zo simpel als één organel. Er zijn een heleboel verschillende chemische reacties en co-enzymen in het spel, met name een kritische molecule die bekend staat als nicotinezuuramide-adenine-dinucleotide of NAD+.
Zoals eerder gezegd, worden er bij de celademhaling twee co-enzymen aangemaakt, FAD en NAD+. Tussen deze twee produceren we echter veel meer NAD+ dan we FAD produceren. Als de mitochondriën fabrieken zouden zijn, dan zijn de NAD+ moleculen de bestelwagens en de FAD moleculen de tijdelijke chauffeurs die slechts parttime werken.
NAD+ is als het ware de meest betrouwbare vriend van de mitochondriën, die voortdurend geladen elektronen levert om overvloedig ATP te produceren in de elektronentransportketen.
Gelukkig genoeg neemt de hoeveelheid NAD+ die we produceren op natuurlijke wijze af met het ouder worden. Net als de mitochondriën, wordt het aantal NAD+ dat we in onze cellen hebben ook grotendeels beïnvloed door onze levensstijl en gewoonten. Een studie gepubliceerd in Physiological Reports toont aan dat training het NAD+ niveau op natuurlijke wijze kan verhogen. Omgekeerd kunnen zaken als leeftijd, metabole stress, immuunstress, drinken en te veel eten allemaal bijdragen aan de uitputting van het NAD+-gehalte.
In het streven om de wetenschap van veroudering te begrijpen en hoe deze het beste kan worden beheerst, heeft de wetenschappelijke gemeenschap een grote focus gelegd op NAD+ onderzoek en de relatie met mitochondriale disfunctie. Het is algemeen aanvaard dat de gezondheid van de mitochondriën een grote rol speelt in onze algehele menselijke gezondheid en NAD+ is een onderdeel van dat verhaal. Gelukkig is het behoud van een gezonde mitochondriale functie mogelijk met een paar veranderingen in levensstijl. Hier zijn enkele tips over hoe de mitochondriale gezondheid te ondersteunen.