Mitochondrie: Definice, struktura a funkce (se schématem)

Eukaryotické buňky živých organismů neustále provádějí obrovské množství chemických reakcí, aby žily, rostly, množily se a bojovaly proti chorobám.

Všechny tyto procesy vyžadují energii na buněčné úrovni. Každá buňka, která se zapojuje do kterékoli z těchto činností, získává energii z mitochondrií, drobných organel, které fungují jako elektrárny buněk. Singulár mitochondrií je mitochondrie.

U lidí buňky jako červené krvinky nemají tyto malé organely, ale většina ostatních buněk má velké množství mitochondrií. Například svalové buňky mohou mít stovky nebo dokonce tisíce, aby uspokojily své energetické požadavky.

Téměř každý živý tvor, který se pohybuje, roste nebo si myslí, že má v pozadí mitochondrie a produkuje potřebnou chemickou energii.

Mitochondrie jsou organely vázané na membránu uzavřené dvojitou membránou.

Mají hladkou vnější membránu obklopující organelu a složenou vnitřní membránu. Záhyby vnitřní membrány se nazývají cristae, jejichž singulárem je crista, a záhyby jsou místem, kde probíhají reakce vytvářející mitochondriální energii.

Vnitřní membrána obsahuje tekutinu zvanou matrice, zatímco mezimembránový prostor umístěný mezi dvěma membránami je také naplněn tekutinou.

Kvůli této relativně jednoduché buněčné struktuře mají mitochondrie pouze dva oddělené provozní objemy: matici uvnitř vnitřní membrány a mezimembránový prostor. Při výrobě energie se spoléhají na převody mezi těmito dvěma objemy.

Aby se zvýšila účinnost a maximalizoval potenciál tvorby energie, vnitřní záhyby membrány pronikají hluboko do matrice.

Výsledkem je, že vnitřní membrána má velkou povrchovou plochu a žádná část matrice není daleko od záhybu vnitřní membrány. Záhyby a velká povrchová plocha pomáhají s mitochondriální funkcí, což zvyšuje potenciální rychlost přenosu mezi matricí a mezimembránovým prostorem přes vnitřní membránu.

Zatímco jednotlivé buňky se původně vyvinuly bez mitochondrií nebo jiných organel vázaných na membránu, složité mnohobuněčné organismy a teplokrevní živočichové, jako jsou savci, získávají energii z buněčného dýchání na základě mitochondrií funkce.

Vysokoenergetické funkce, jako jsou srdeční svaly nebo ptačí křídla, mají vysokou koncentraci mitochondrií, které dodávají potřebnou energii.

Prostřednictvím své funkce syntézy ATP produkují mitochondrie ve svalech a dalších buňkách tělesné teplo, aby udržovaly teplokrevná zvířata na stabilní teplotě. Právě tato schopnost mitochondrií koncentrované produkce energie umožňuje vysokoenergetické aktivity a produkci tepla u vyšších zvířat.

Cyklus výroby energie v mitochondriích závisí na elektronovém transportním řetězci spolu s kyselinou citronovou nebo Krebsovým cyklem.
Přečtěte si více o Krebsově cyklu.

Proces rozkladu sacharidů, jako je glukóza, na ATP se nazývá katabolismus. Elektrony z oxidace glukózy procházejí chemickým reakčním řetězcem, který zahrnuje cyklus kyseliny citronové.

Energie z redukčně-oxidační nebo redoxní reakce se používá k přenosu protonů z matrice, kde probíhají reakce. Konečná reakce v mitochondriálním funkčním řetězci je reakce, při které kyslík z buněčného dýchání podléhá redukci za vzniku vody. Konečnými produkty reakcí jsou voda a ATP.

Klíčovými enzymy odpovědnými za produkci mitochondriální energie jsou nikotinamid adenin dinukleotid fosfát (NADP), nikotinamidadeninindinukleotid (NAD), adenosindifosfát (ADP) a flavinadeninindinukleotid (FAD).

Společně pomáhají přenášet protony z molekul vodíku v matrici přes vnitřní mitochondriální membránu. To vytváří chemický a elektrický potenciál přes membránu s protony, které se vracejí do matrice prostřednictvím enzymu ATP syntázy, což vede k fosforylaci a produkci adenosintrifosfátu (ATP).
Přečtěte si o struktuře a funkci ATP.

Syntéza ATP a molekuly ATP jsou hlavními nosiči energie v buňkách a mohou být buňkami použity k výrobě chemických látek nezbytných pro živé organismy.

•••Vědění

Kromě toho, že jsou producenty energie, mohou mitochondrie pomáhat se signalizací mezi buňkami uvolňováním vápníku.

Mitochondrie mají schopnost ukládat vápník do matrice a mohou ji uvolňovat, pokud jsou přítomny určité enzymy nebo hormony. Výsledkem je, že buňky produkující takové spouštěcí chemikálie mohou vidět signál stoupajícího vápníku z uvolňování mitochondrií.

Celkově jsou mitochondrie životně důležitou součástí živých buněk, pomáhají s buněčnými interakcemi, distribuují složité chemikálie a produkují ATP, které tvoří energetický základ pro celý život.

Mitochondriální dvojitá membrána má různé funkce pro vnitřní a vnější membránu a dvě membrány a jsou složeny z různých látek.

Vnější mitochondriální membrána obklopuje tekutinu mezimembránového prostoru, ale musí umožňovat chemikáliím, které skrz ni musí mitochondrie procházet. Molekuly pro akumulaci energie produkované mitochondriemi musí být schopny opustit organelu a dodávat energii zbytku buňky.

Aby se takové přenosy umožnily, je vnější membrána tvořena tzv. Fosfolipidy a proteinovými strukturami poriny které zanechávají malé otvory nebo póry na povrchu membrány.

Mezimembránový prostor obsahuje tekutinu, která má složení podobné složení cytosolu tvořícího tekutinu okolní buňky.

Malé molekuly, ionty, živiny a molekula ATP nesoucí energii produkovaná syntézou ATP mohou proniknout vnější membránou a přechod mezi tekutinou mezimembránového prostoru a cytosol ..

Vnitřní membrána má složitou strukturu s enzymy, bílkovinami a tuky, která umožňuje volný průchod pouze vody, oxidu uhličitého a kyslíku přes membránu.

Jiné molekuly, včetně velkých proteinů, mohou pronikat membránou, ale pouze prostřednictvím speciálních transportních proteinů, které omezují jejich průchod. Velká plocha vnitřní membrány, která je výsledkem záhybů cristae, poskytuje prostor pro všechny tyto složité proteinové a chemické struktury.

Jejich velký počet umožňuje vysokou úroveň chemické aktivity a efektivní výrobu energie.

Proces, při kterém se vyrábí energie chemickými přenosy přes vnitřní membránu, se nazývá oxidační fosforylace.

Během tohoto procesu oxidace sacharidů v mitochondriích pumpuje protony přes vnitřní membránu z matrice do mezimembránového prostoru. Nerovnováha v protonech způsobuje, že protony difundují zpět přes vnitřní membránu do matrice prostřednictvím komplexu enzymů, který je prekurzorovou formou ATP a nazývá se ATP syntáza.

Tok protonů přes ATP syntázu je zase základem pro syntézu ATP a produkuje molekuly ATP, hlavní mechanismus ukládání energie v buňkách.

Viskózní tekutina uvnitř vnitřní membrány se nazývá matice.

Interaguje s vnitřní membránou za účelem vykonávání hlavních funkcí mitochondrií produkujících energii. Obsahuje enzymy a chemikálie, které se účastní krebsova cyklu k produkci ATP z glukózy a mastných kyselin.

Matice je místem, kde se nachází mitochondriální genom tvořený kruhovou DNA a kde se nacházejí ribozomy. Přítomnost ribozomů a DNA znamená, že mitochondrie mohou produkovat své vlastní proteiny a mohou se množit pomocí své vlastní DNA, aniž by se spoléhaly na buněčné dělení.

Pokud se mitochondrie zdají být malé, úplné buňky samy o sobě, je to proto, že to byly pravděpodobně samostatné buňky v jednom okamžiku, kdy se stále vyvíjely jednotlivé buňky.

Mitochondrie podobné bakterie vstoupily do větších buněk jako paraziti a bylo jim umožněno zůstat, protože uspořádání bylo vzájemně výhodné.

Bakterie se dokázaly reprodukovat v bezpečném prostředí a dodávaly energii do větší buňky. Během stovek milionů let se bakterie integrovaly do mnohobuněčných organismů a vyvinuly se do dnešních mitochondrií.

Protože se dnes nacházejí ve zvířecích buňkách, tvoří klíčovou součást rané lidské evoluce.

Vzhledem k tomu, že mitochondrie se množí nezávisle na základě mitochondriálního genomu a neúčastní se buňky dělení, nové buňky jednoduše zdědí mitochondrie, které se náhodou nacházejí v jejich části cytosolu, když je buňka rozděluje.

Tato funkce je důležitá pro reprodukci vyšších organismů, včetně lidí, protože embrya se vyvíjejí z oplodněného vajíčka.

Vaječná buňka od matky je velká a obsahuje ve svém cytosolu hodně mitochondrií, zatímco plodná spermie od otce téměř žádnou. Výsledkem je, že děti dědí své mitochondrie a mitochondriální DNA od své matky.

Prostřednictvím funkce syntézy ATP v matrici a buněčného dýchání přes dvojitou membránu mitochondrie a mitochondriální funkce jsou klíčovou složkou živočišných buněk a pomáhají vytvářet život tak, jak existuje možný.

Struktura buněk s membránami vázanými organelami hrála důležitou roli v evoluci člověka a mitochondrie významně přispěly.