Ομοιότητες των μιτοχονδρίων και του πυρήνα

Τα κύτταρα είναι οι βασικές μονάδες όλων των ζωντανών όντων. Κάθε μία από αυτές τις μικροσκοπικές δομές εμφανίζει όλες τις ιδιότητες που σχετίζονται με το να είναι ζωντανός με την επιστημονική έννοια, και στην πραγματικότητα, πολλοί οργανισμοί αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο. Σχεδόν όλοι αυτοί οι μονοκύτταροι οργανισμοί ανήκουν σε μια ευρεία κατηγορία οργανισμών γνωστών ως προκαρυώτες - πλάσματα στα ταξονομικά πεδία Βακτήρια και Αρχαία.

Σε αντίθεση, η Ευκαρυώτα, ο τομέας που περιλαμβάνει ζώα, φυτά και μύκητες, έχει κύτταρα πολύ πιο περίπλοκα και διαθέτουν πολλά οργανίδια, οι οποίες είναι εσωτερικές δομές συνδεδεμένες με μεμβράνη που εμφανίζουν εξειδικευμένες λειτουργίες. ο πυρήνας είναι ίσως το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό των ευκαρυωτικών κυττάρων, λόγω του μεγέθους και της περισσότερο ή λιγότερο κεντρικής θέσης μέσα στο κελί. το κελί μιτοχόνδρια, από την άλλη πλευρά, και οι δύο παρουσιάζουν μια μοναδική εμφάνιση και στέκονται ως εξελικτικό και μεταβολικό θαύμα.

Όλα τα κελιά έχουν έναν κοινό αριθμό συστατικών. Αυτά περιλαμβάνουν ένα κυτταρική μεμβράνη, που δρα ως επιλεκτικά διαπερατό φράγμα στα μόρια που εισέρχονται ή εξέρχονται από το κύτταρο. κυτόπλασμα, η οποία είναι μια ζελατινώδης ουσία που σχηματίζει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας ενός κυττάρου και χρησιμεύει ως μέσο στο οποίο τα οργανίδια μπορούν να καθίσουν και για να εμφανιστούν αντιδράσεις. ριβοσώματα, τα οποία είναι σύμπλοκα πρωτεϊνών-νουκλεϊκών οξέων των οποίων η μόνη εργασία είναι η παραγωγή πρωτεϊνών και δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA), το οποίο περιέχει τις γενετικές πληροφορίες του κυττάρου.

Οι ευκαρυώτες είναι γενικά πολύ μεγαλύτεροι και πιο περίπλοκοι από τους προκαρυωτικούς. Κατά συνέπεια, τα κύτταρα τους είναι πιο περίπλοκα και περιέχουν μια ποικιλία από οργανίδια. Αυτά είναι εξειδικευμένα εγκλείσματα που επιτρέπουν στο κύτταρο να αναπτυχθεί και να ευδοκιμήσει από τη στιγμή που δημιουργείται μέχρι τη στιγμή που διαιρείται (που μπορεί να είναι μια ημέρα ή λιγότερο). Κυρίως μεταξύ αυτών οπτικά σε εικόνα μικροσκοπίου ενός κυττάρου είναι ο πυρήνας, ο οποίος είναι ο «εγκέφαλος» του κυττάρου που κρατά το DNA στο μορφή χρωμοσωμάτων και τα μιτοχόνδρια, τα οποία χρειάζονται για την πλήρη διάσπαση της γλυκόζης με χρήση οξυγόνου (δηλαδή, αερόβια αναπνοή).

Άλλα κρίσιμα οργανίδια περιλαμβάνουν το ενδοπλασματικό δίκτυο, ένα είδος μεμβρανώδους «οδικού συστήματος» που συσκευάζει και επεξεργάζεται πρωτεΐνες ενώ τις μετακινεί μεταξύ του κυτταρικού εξωτερικού, του κυτοπλάσματος και του πυρήνας; η συσκευή Golgi, οι οποίες είναι κυστίδια που χρησιμεύουν ως μικροσκοπικά ταξί για αυτές τις ουσίες και οι οποίες μπορούν να «αγκυροβοληθούν» με το ενδοπλασματικό πρόγραμμα. και λυσοσώματα, τα οποία χρησιμεύουν ως σύστημα διαχείρισης αποβλήτων του κυττάρου διαλύοντας παλιά, φθαρμένα μόρια.

Δύο χαρακτηριστικά που κάνουν τα μιτοχόνδρια διαφορετικά από άλλα οργανίδια είναι ο κύκλος Krebs, ο οποίος φιλοξενείται από τη μήτρα των μιτοχονδρίων και την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, η οποία λαμβάνει χώρα στο εσωτερικό μιτοχονδριακό μεμβράνη.

Τα μιτοχόνδρια έχουν σχήμα ποδοσφαίρου και μάλλον μοιάζουν με τα ίδια τα βακτήρια, τα οποία όπως θα δείτε δεν είναι τυχαίο. Βρίσκονται σε υψηλότερη πυκνότητα σε μέρη όπου οι ανάγκες σε οξυγόνο είναι υψηλές, όπως στους μυς των ποδιών αθλητών αντοχής, όπως δρομείς από απόσταση και ποδηλάτες. Ο λόγος που υπάρχουν είναι το γεγονός ότι οι ευκαρυώτες έχουν ενεργειακές απαιτήσεις πολύ μεγαλύτερες από εκείνες των προκαρυωτικών, και τα μιτοχόνδρια είναι ο μηχανισμός που τους επιτρέπει να πληρούν αυτές τις απαιτήσεις.
Διαβάστε περισσότερα για τη δομή και τη λειτουργία των μιτοχονδρίων.

Οι περισσότεροι μοριακοί βιολόγοι τηρούν θεωρία endosymbiont. Σε αυτό το πλαίσιο, πάνω από 2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ορισμένοι πρώτοι ευκαρυωτικοί, οι οποίοι κατανάλωναν φαγητό λαμβάνοντας αρκετά μόρια σε όλη την κυτταρική μεμβράνη, στην πραγματικότητα "έτρωγαν" βακτήρια που είχαν ήδη εξελιχθεί για να πραγματοποιήσουν αερόβια μεταβολισμός. (Τα προκαρυωτικά ικανά για αυτό είναι σχετικά σπάνια, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν και σήμερα.)

Με την πάροδο του χρόνου, η απορροφούμενη μορφή ζωής, η οποία αναπαράγεται μόνη της, βασίστηκε αποκλειστικά στην ενδοκυτταρική της περιβάλλον, το οποίο προσέφερε μια έτοιμη παροχή γλυκόζης ανά πάσα στιγμή και προστάτευε το "κύτταρο" από το εξωτερικό απειλές. Σε αντάλλαγμα, η κατακλυσμένη μορφή ζωής επέτρεψε στους οργανισμούς-ξενιστές τους να αναπτυχθούν και να ευδοκιμήσουν σε γενιές πέρα ​​από οτιδήποτε φαίνεται στο σημείο αυτό στη ζωολογική ιστορία της Γης.

Τα «Symbionts» είναι οργανισμοί που μοιράζονται ένα περιβάλλον με αμοιβαία επωφελές τρόπο. Σε άλλες περιπτώσεις, τέτοιες ρυθμίσεις κοινής χρήσης περιλαμβάνουν παρασιτισμό, όπου ένας οργανισμός βλάπτεται για να επιτρέψει στον άλλο να ευδοκιμήσει.

Σε οποιαδήποτε αφήγηση για ένα ευκαρυωτικό κύτταρο, ο πυρήνας βρίσκεται στο επίκεντρο. Ο πυρήνας περιβάλλεται από μια πυρηνική μεμβράνη, που ονομάζεται επίσης πυρηνικός φάκελος. Κατά το μεγαλύτερο μέρος του κυτταρικού κύκλου, το DNA απλώνεται διάχυτα σε όλο τον πυρήνα. Μόνο στην αρχή της μίτωσης τα χρωμοσώματα συμπυκνώνονται στις μορφές που οι περισσότεροι μαθητές συνδέουν με αυτές τις δομές: αυτές οι μικροσκοπικές μικρές μορφές "Χ".

Μόλις τα χρωμοσώματα, τα οποία αντιγράφηκαν σε ενδιάμεση φάση κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου, διαχωρίστηκαν κατά τη φάση Μ, ολόκληρο το κύτταρο είναι έτοιμο να διαιρεθεί (κυτοκίνηση). Τα μιτοχόνδρια, εν τω μεταξύ, έχουν αυξηθεί σε αριθμό μέσω διαίρεσης στο μισό νωρίς στην ενδιάμεση φάση, μαζί με τα άλλα κυτταροπλασματικά περιεχόμενα του κυττάρου (δηλαδή, οτιδήποτε έξω από τον πυρήνα).
Διαβάστε περισσότερα για τη δομή και τη λειτουργία του πυρήνα.

Ο πυρήνας μπαίνει σε μίτωση με δύο πανομοιότυπα αντίγραφα κάθε χρωμοσώματος, συνδεδεμένα μεταξύ τους σε μια δομή που ονομάζεται centriole. Οι άνθρωποι έχουν 46 χρωμοσώματα, έτσι στην αρχή της μίτωσης, κάθε πυρήνας έχει 92 μεμονωμένα μόρια DNA, διατεταγμένα σε πανομοιότυπα δίδυμα σύνολα. Κάθε δίδυμο σε ένα σετ ονομάζεται a αδελφή χρωματοτίδα.

Όταν ο πυρήνας διαιρείται, τα χρωματοειδή σε κάθε ζεύγος τραβιέται στις αντίθετες πλευρές του κυττάρου. Αυτό δημιουργεί πανομοιότυπους κόρες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο πυρήνας κάθε κυττάρου περιέχει όλο το DNA που απαιτείται για την αναπαραγωγή του οργανισμού στο σύνολό του.

Τα μιτοχόνδρια φιλοξενούν τον κύκλο Krebs, στον οποίο ακετυλο CoA συνδυάζεται με οξαλοξικός για να δημιουργήσω κιτρικό άλας, ένα μόριο έξι ατόμων άνθρακα που ανάγεται σε οξαλοξικό σε μια σειρά βημάτων που παράγουν δύο ATP ανά μόριο γλυκόζης, τροφοδοσία της διαδικασίας ανάντη μαζί με ένα πλήθος μορίων που μεταφέρουν ηλεκτρόνια στη μεταφορά αλυσίδας ηλεκτρονίων αντιδράσεις.

Το σύστημα μεταφοράς αλυσίδας ηλεκτρονίων εμφανίζεται επίσης στα μιτοχόνδρια. Αυτή η σειρά αλληλοεπικαλυπτόμενων αντιδράσεων χρησιμοποιεί ενέργεια από ηλεκτρόνια απογυμνωμένα από τις ουσίες NADH και FADH₂ για να οδηγήσει τη σύνθεση ενός μεγάλου ATP (32 έως 34 μόρια ανά γλυκόζη ανάντη).

Παρόμοια με τον πυρήνα, οι χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια συνδέονται με μεμβράνη και είναι εφοδιασμένα με ένα στρατηγικό σύνολο ενζύμων. Μην πέσετε στην κοινή παγίδα, ωστόσο, να σκεφτείτε ότι οι χλωροπλάστες είναι «τα μιτοχόνδρια των φυτών». Τα φυτά έχουν χλωροπλάστες επειδή δεν μπορούν να καταπιούν γλυκόζη και πρέπει να το κάνουν αντί για διοξείδιο του άνθρακα που εισέρχεται στο εργοστάσιο τα φύλλα του.

Τόσο τα φυτικά όσο και τα ζωικά κύτταρα έχουν μιτοχόνδρια επειδή και τα δύο συμμετέχουν στην αερόβια αναπνοή. Μεγάλο μέρος της γλυκόζης που παράγει ένα φυτό καταναλώνεται από ζώα στο περιβάλλον ή απλώς σαπίζει τελικά, αλλά τα περισσότερα φυτά καταφέρνουν να βυθιστούν σε μεγάλο βαθμό και στο δικό τους απόθεμα.

Η κύρια διαφορά μεταξύ του πυρηνικού DNA και του μιτοχονδριακού DNA είναι απλώς η ποσότητα αυτού και τα συγκεκριμένα προϊόντα που παράγονται. Επίσης, οι δομές έχουν πολύ διαφορετικές θέσεις εργασίας. Και οι δύο αυτές οντότητες, ωστόσο, αναπαράγονται χωρίζοντας στη μέση και κατευθύνουν τη δική τους διαίρεση.

Τα κύτταρα που σκεφτόμαστε όταν εξετάζουμε τα ευκαρυωτικά κύτταρα δεν θα μπορούσαν να επιβιώσουν χωρίς μιτοχόνδρια. Για να απλοποιηθεί σε μεγάλο βαθμό, ο πυρήνας είναι ο εγκέφαλος της λειτουργίας των κυττάρων, ενώ τα μιτοχόνδρια είναι ο μυς.

Τώρα που είστε ειδικός στα ευκαρυωτικά οργανίδια, ποιο από τα παρακάτω είναι η διαφορά μεταξύ του πυρήνα και του μιτοχονδρίου;

1. Μόνο ο πυρήνας περιέχει DNA.
2. Μόνο ο πυρήνας περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη πλάσματος.
3. Μόνο ο πυρήνας χωρίζεται σε δύο κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου.
4. Μόνο ο πυρήνας φιλοξενεί χημικές αντιδράσεις που δεν εμφανίζονται αλλού στο κύτταρο.

Στην πραγματικότητα, καμία από αυτές τις δηλώσεις δεν είναι αληθινή. Τα μιτοχόνδρια, όπως έχετε δει, διαθέτουν το δικό τους DNA και επιπλέον, αυτό το DNA περιέχει γονίδια που δεν διαθέτει πυρηνικό (κανονικό) DNA. Τα μιτοχόνδρια και οι πυρήνες, μαζί με τα οργανίδια όπως το ενδοπλασματικό δίκτυο, έχουν τη δική τους μεμβράνη. Όπως σημειώθηκε, κάθε σώμα οργανώνει και διεξάγει τη δική του διαδικασία διαίρεσης και κάθε δομή φιλοξενεί αντιδράσεις που δεν συμβαίνουν συμβαίνει οπουδήποτε αλλού στο κύτταρο (π.χ. μεταγραφή RNA στον πυρήνα, οι αντιδράσεις αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στο μιτοχόνδρια).