Mitokondrier: Definition, struktur og funktion (med diagram)

De eukaryote celler i levende organismer udfører løbende et stort antal kemiske reaktioner for at leve, vokse, reproducere og bekæmpe sygdomme.

Alle disse processer kræver energi på celleniveau. Hver celle, der deltager i nogen af ​​disse aktiviteter, får sin energi fra mitokondrier, små organeller, der fungerer som cellernes kraftværker. Singular af mitokondrier er mitokondrie.

Hos mennesker har celler som røde blodlegemer ikke disse små organeller, men de fleste andre celler har et stort antal mitokondrier. Muskelceller kan for eksempel have hundreder eller endda tusinder for at tilfredsstille deres energibehov.

Næsten enhver levende ting, der bevæger sig, vokser eller tænker, har mitokondrier i baggrunden og producerer den nødvendige kemiske energi.

Mitokondrier er membranbundne organeller omgivet af en dobbelt membran.

De har en glat ydre membran, der omslutter organellen og en foldet indre membran. Foldene af den indre membran kaldes cristae, hvis ental er crista, og foldene er hvor reaktionerne, der skaber mitokondrieenergi, finder sted.

Den indre membran indeholder en væske kaldet matrixen, mens mellemrummet mellem de to membraner også er fyldt med væske.

På grund af denne relativt enkle cellestruktur har mitokondrier kun to separate driftsvolumener: matrixen inde i den indre membran og intermembranrummet. De er afhængige af overførsler mellem de to volumener til energiproduktion.

For at øge effektiviteten og maksimere potentialet for energiskabelse trænger de indre membranfoldninger dybt ind i matrixen.

Som et resultat har den indre membran et stort overfladeareal, og ingen del af matrixen er langt fra en indre membranfold. Foldene og det store overfladeareal hjælper med mitokondriefunktionen, hvilket øger den potentielle overførselshastighed mellem matrixen og det intermembrane rum over den indre membran.

Mens enkeltceller oprindeligt udviklede sig uden mitokondrier eller andre membranbundne organeller, kompleks multicellular organismer og varmblodede dyr som pattedyr får deres energi fra cellulær respiration baseret på mitokondrie fungere.

Højenergifunktioner som hjertemusklerne eller fuglevingerne har høje koncentrationer af mitokondrier, der leverer den nødvendige energi.

Gennem deres ATP-syntesefunktion producerer mitokondrier i muskler og andre celler kroppens varme for at holde varmblodede dyr ved en stabil temperatur. Det er denne koncentrerede energiproduktionskapacitet hos mitokondrier, der muliggør højenergiaktiviteter og produktion af varme i højere dyr.

Energiproduktionscyklussen i mitokondrier er afhængig af en elektrontransportkæde sammen med citronsyre eller Krebs-cyklus.
Læs mere om Krebs Cycle.

Processen med nedbrydning af kulhydrater såsom glukose til fremstilling af ATP kaldes katabolisme. Elektronerne fra glucoseoxidation føres langs en kemisk reaktionskæde, der inkluderer citronsyrecyklus.

Energi fra reduktionsoxidations- eller redoxreaktionerne bruges til at overføre protoner ud af matrixen, hvor reaktionerne finder sted. Den sidste reaktion i den mitokondriale funktionskæde er en, hvor ilt fra cellulær respiration gennemgår reduktion for at danne vand. Slutprodukterne af reaktionerne er vand og ATP.

De vigtigste enzymer, der er ansvarlige for mitokondrie energiproduktion, er nikotinamid-adenin-dinukleotidphosphat (NADP), nicotinamid-adenindinucleotid (NAD), adenosindiphosphat (ADP) og flavin-adenindinucleotid (FAD).

De arbejder sammen for at overføre protoner fra brintmolekyler i matrixen over den indre mitokondriemembran. Dette skaber et kemisk og elektrisk potentiale over membranen, hvor protonerne vender tilbage til matrixen gennem enzymet ATP-syntase, hvilket resulterer i phosphorylering og produktion af adenosintriphosphat (ATP).
Læs om strukturen og funktionen af ​​ATP.

ATP-syntese og ATP-molekylerne er de primære bærere af energi i cellerne og kan bruges af cellerne til produktion af de kemikalier, der er nødvendige for levende organismer.

•••Videnskabelig

Ud over at være energiproducenter kan mitokondrier hjælpe med celle-til-celle-signalering gennem frigivelse af calcium.

Mitokondrier har evnen til at lagre calcium i matricen og kan frigive det, når visse enzymer eller hormoner er til stede. Som et resultat kan celler, der producerer sådanne udløsende kemikalier, muligvis se signalet om stigende calcium fra frigivelsen af ​​mitokondrier.

Samlet set er mitokondrier en vital komponent i levende celler, der hjælper med celleinteraktioner, distribuerer komplekse kemikalier og producerer ATP, der danner energigrundlaget for hele livet.

Den mitokondrielle dobbeltmembran har forskellige funktioner for den indre og ydre membran og de to membraner og består af forskellige stoffer.

Den ydre mitokondriemembran lukker væsken fra det intermembrane rum, men det skal tillade kemikalier, som mitokondrierne har brug for at passere gennem det. Energilagringsmolekyler produceret af mitokondrier skal være i stand til at forlade organellen og levere energi til resten af ​​cellen.

For at muliggøre sådanne overførsler består den ydre membran af phospholipider og proteinstrukturer kaldet poriner der efterlader små huller eller porer i membranens overflade.

Intermembranrummet indeholder væske, der har en sammensætning svarende til den af ​​cytosolen, der udgør væsken fra den omgivende celle.

Små molekyler, ioner, næringsstoffer og det energibærende ATP-molekyle produceret ved ATP-syntese kan trænge ind i den ydre membran og overgangen mellem væsken i mellemrummet og luftrummet cytosol ..

Den indre membran har en kompleks struktur med enzymer, proteiner og fedtstoffer, der kun tillader vand, kuldioxid og ilt at passere frit gennem membranen.

Andre molekyler, herunder store proteiner, kan trænge ind i membranen, men kun gennem specielle transportproteiner, der begrænser deres passage. Det store overfladeareal af den indre membran, der skyldes cristae-foldene, giver plads til alle disse komplekse protein- og kemiske strukturer.

Deres store antal tillader et højt niveau af kemisk aktivitet og en effektiv produktion af energi.

Den proces, hvorved energi produceres gennem kemiske overførsler over den indre membran kaldes oxidativ fosforylering.

Under denne proces pumper oxidationen af ​​kulhydrater i mitokondrierne protoner over den indre membran fra matrixen ind i mellemrummet. Ubalancen i protoner får protonerne til at diffundere tilbage over den indre membran ind i matrixen gennem et enzymkompleks, der er en forløberform af ATP og kaldes ATP-syntase.

Strømmen af ​​protoner gennem ATP-syntase er igen grundlaget for ATP-syntese, og det producerer ATP-molekyler, den vigtigste energilagringsmekanisme i celler.

Den tyktflydende væske inde i den indre membran kaldes matrixen.

Det interagerer med den indre membran for at udføre mitokondriernes vigtigste energiproducerende funktioner. Den indeholder enzymer og kemikalier, der deltager i krebs-cyklussen for at producere ATP fra glucose og fedtsyrer.

Matrixen er, hvor det mitokondrie genom, der består af cirkulært DNA, findes, og hvor ribosomerne er placeret. Tilstedeværelsen af ​​ribosomer og DNA betyder, at mitokondrierne kan producere deres egne proteiner og kan reproducere ved hjælp af deres eget DNA uden at stole på celledeling.

Hvis mitokondrier ser ud til at være små, komplette celler alene, er det fordi de sandsynligvis var separate celler på et tidspunkt, da enkeltceller stadig udviklede sig.

Mitochondrion-lignende bakterier kom ind i større celler som parasitter og fik lov til at forblive, fordi arrangementet var gensidigt fordelagtigt.

Bakterierne var i stand til at reproducere i et sikkert miljø og leverede energi til den større celle. Over hundreder af millioner af år blev bakterierne integreret i flercellede organismer og udviklede sig til nutidens mitokondrier.

Fordi de findes i dyreceller i dag, udgør de en vigtig del af den tidlige menneskelige udvikling.

Da mitokondrier formerer sig uafhængigt baseret på mitokondrie genomet og ikke deltager i celle deling arver nye celler simpelthen mitokondrier, der tilfældigvis er i deres del af cytosolen, når cellen deler sig.

Denne funktion er vigtig for reproduktion af højere organismer, inklusive mennesker, fordi embryoner udvikler sig fra et befrugtet æg.

Æggecellen fra moderen er stor og indeholder meget mitokondrier i dens cytosol, mens den befrugtende sædcelle fra faderen næppe har nogen. Som et resultat arver børn deres mitokondrier og deres mitokondrie-DNA fra deres mor.

Gennem deres ATP-syntesefunktion i matrixen og gennem cellulær respiration over dobbeltmembranen, mitokondrier og mitokondriefunktionen er en nøglekomponent i dyreceller og hjælper med at skabe liv, som det eksisterer muligt.

Cellestruktur med membranbundne organeller har spillet en vigtig rolle i menneskelig udvikling, og mitokondrier har ydet et væsentligt bidrag.