Mitohondriji: definicija, struktura i funkcija (s dijagramom)

Eukariotske stanice živih organizama kontinuirano provode ogroman broj kemijskih reakcija da bi živjeli, rasli, razmnožavali se i borili se protiv bolesti.

Svi ti procesi zahtijevaju energiju na staničnoj razini. Svaka stanica koja se bavi bilo kojom od ovih aktivnosti energiju dobiva iz mitohondrija, sićušnih organela koje djeluju kao pokretači stanica. Jednina mitohondrija je mitohondrija.

U ljudi stanice poput crvenih krvnih zrnaca nemaju te male organele, ali većina drugih stanica ima velik broj mitohondrija. Na primjer, mišićne stanice mogu imati stotine ili čak tisuće da zadovolje svoje energetske potrebe.

Gotovo svako živo biće koje se kreće, raste ili misli ima u pozadini mitohondrije koji proizvode potrebnu kemijsku energiju.

Mitohondriji su organele vezane membranom zatvorene dvostrukom membranom.

Imaju glatku vanjsku opnu koja zatvara organelu i presavijenu unutarnju opnu. Nabori unutarnje membrane nazivaju se krista, čija je jednina krista, a nabori su mjesta na kojima se odvijaju reakcije koje stvaraju mitohondrijsku energiju.

Unutarnja membrana sadrži tekućinu koja se naziva matriks, dok je intermembranski prostor smješten između dvije membrane također ispunjen tekućinom.

Zbog ove relativno jednostavne stanične strukture, mitohondriji imaju samo dva odvojena operativna volumena: matriks unutar unutarnje membrane i intermembranski prostor. Oni se oslanjaju na prijenose između dviju količina za proizvodnju energije.

Da bi se povećala učinkovitost i maksimizirao potencijal stvaranja energije, nabori unutarnje membrane prodiru duboko u matricu.

Kao rezultat, unutarnja membrana ima veliku površinu i niti jedan dio matrice nije daleko od nabora unutarnje membrane. Nabori i velika površina pomažu u funkciji mitohondrija, povećavajući potencijalnu brzinu prijenosa između matrice i međumembranskog prostora preko unutarnje membrane.

Dok su pojedinačne stanice izvorno evoluirale bez mitohondrija ili drugih organela vezanih na membranu, složene višećelijske organizmi i toplokrvne životinje poput sisavaca dobivaju energiju staničnim disanjem na temelju mitohondrija funkcija.

Funkcije visoke energije poput srčanih mišića ili ptičjih krila imaju visoke koncentracije mitohondrija koji opskrbljuju potrebnom energijom.

Kroz svoju funkciju sinteze ATP, mitohondriji u mišićima i drugim stanicama proizvode tjelesnu toplinu kako bi toplokrvne životinje održavali na stabilnoj temperaturi. Upravo ta koncentrirana sposobnost mitohondrija za proizvodnju energije omogućuje visokoenergetske aktivnosti i proizvodnju topline kod viših životinja.

Ciklus proizvodnje energije u mitohondrijima oslanja se na lanac transporta elektrona zajedno s limunskom kiselinom ili Krebsovim ciklusom.
Pročitajte više o Krebsovom ciklusu.

Proces razgradnje ugljikohidrata poput glukoze da bi se stvorio ATP naziva se katabolizmom. Elektroni iz oksidacije glukoze prolaze duž kemijskog reakcijskog lanca koji uključuje ciklus limunske kiseline.

Energija iz redukcijsko-oksidacijske ili redoks reakcije koristi se za prijenos protona iz matrice u kojoj se odvijaju reakcije. Konačna reakcija u funkcijskom lancu mitohondrija je ona u kojoj kisik iz staničnog disanja prolazi kroz redukciju da bi nastala voda. Krajnji produkti reakcija su voda i ATP.

Ključni enzimi odgovorni za proizvodnju energije mitohondrija su nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP), nikotinamid adenin dinukleotid (NAD), adenozin difosfat (ADP) i flavin adenin dinukleotid (FAD).

Oni rade zajedno kako bi pomogli prijenosu protona iz molekula vodika u matrici preko unutarnje mitohondrijske membrane. To stvara kemijski i električni potencijal preko membrane s protonovima koji se vraćaju u matricu putem enzima ATP sintaze, što rezultira fosforilacijom i proizvodnjom adenozin trifosfata (ATP).
Pročitajte o strukturi i funkciji ATP-a.

Sinteza ATP i molekule ATP glavni su nositelji energije u stanicama i stanice ih mogu koristiti za proizvodnju kemikalija potrebnih za žive organizme.

•••Znanstveno

Osim što su mitohondriji proizvođači energije, mogu pomoći u signalima od stanice do stanice oslobađanjem kalcija.

Mitohondriji imaju sposobnost pohranjivanja kalcija u matricu i mogu ga osloboditi kada su prisutni određeni enzimi ili hormoni. Kao rezultat toga, stanice koje proizvode takve pokretačke kemikalije mogu vidjeti signal porasta kalcija iz otpuštanja mitohondrija.

Sve u svemu, mitohondriji su vitalna komponenta živih stanica, pomažu u interakciji stanica, distribuiraju složene kemikalije i proizvode ATP koji čini energetsku osnovu za cijeli život.

Dvostruka membrana mitohondrija ima različite funkcije za unutarnju i vanjsku membranu i dvije membrane, a sastoje se od različitih tvari.

Vanjska mitohondrijska membrana zatvara tekućinu intermembranskog prostora, ali mora omogućiti kemikalije koje mitohondriji trebaju proći kroz nju. Molekule za pohranu energije koje proizvode mitohondriji moraju biti sposobne napustiti organelu i isporučiti energiju ostatku stanice.

Da bi se omogućili takvi prijenosi, vanjsku membranu čine fosfolipidi i tzv. Proteinske strukture porini koji na površini membrane ostavljaju sitne rupice ili pore.

Intermembranski prostor sadrži tekućinu koja ima sastav sličan sastavu citosola koji čini tekućinu okolne stanice.

Male molekule, ioni, hranjive tvari i molekula ATP-a koja nosi energiju proizvedena sintezom ATP-a mogu prodrijeti kroz vanjsku membranu i prijelaz između tekućine međumembranskog prostora i citosol ..

Unutarnja membrana ima složenu strukturu s enzimima, bjelančevinama i mastima koji omogućuju da samo voda, ugljični dioksid i kisik slobodno prolaze kroz membranu.

Ostale molekule, uključujući velike proteine, mogu prodrijeti kroz membranu, ali samo kroz posebne transportne proteine ​​koji ograničavaju njihov prolazak. Velika površina unutarnje membrane, koja nastaje zbog nabora krista, pruža prostor za sve ove složene proteinske i kemijske strukture.

Njihov velik broj omogućuje visoku razinu kemijske aktivnosti i učinkovitu proizvodnju energije.

Nazvan je proces kojim se energija proizvodi kemijskim prijenosima preko unutarnje membrane oksidativne fosforilacije.

Tijekom ovog procesa, oksidacija ugljikohidrata u mitohondrijima pumpa protone preko unutarnje membrane iz matrice u intermembranski prostor. Neravnoteža u protonima uzrokuje da se protoni difuziraju natrag kroz unutarnju membranu u matriks kroz enzimski kompleks koji je prethodni oblik ATP-a i naziva se ATP-sintaza.

Protok protona kroz ATP sintazu zauzvrat je osnova za sintezu ATP i on stvara ATP molekule, glavni mehanizam za skladištenje energije u stanicama.

Viskozna tekućina unutar unutarnje membrane naziva se matriks.

U interakciji je s unutarnjom membranom kako bi izvršio glavne funkcije mitohondrija koje proizvode energiju. Sadrži enzime i kemikalije koji sudjeluju u krebsovom ciklusu kako bi proizveli ATP iz glukoze i masnih kiselina.

Matrica je mjesto gdje se nalazi genom mitohondrija sastavljen od kružne DNA i gdje se nalaze ribosomi. Prisutnost ribosoma i DNA znači da mitohondriji mogu stvarati vlastite bjelančevine i mogu se razmnožavati pomoću vlastite DNA, ne oslanjajući se na diobu stanica.

Ako se čini da su mitohondriji sićušni, cjelovite stanice same, to je zato što su vjerojatno bile odvojene stanice u jednom trenutku dok su pojedinačne stanice još uvijek evoluirale.

Bakterije slične mitohondriju ulazile su u veće stanice kao paraziti i bilo im je dopušteno da ostanu jer je sporazum bio uzajamno koristan.

Bakterije su se mogle razmnožavati u sigurnom okruženju i opskrbljivale su energiju većoj stanici. Tijekom stotina milijuna godina, bakterije su se integrirale u višećelijske organizme i evoluirale u današnje mitohondrije.

Budući da se danas nalaze u životinjskim stanicama, oni čine ključni dio rane ljudske evolucije.

Budući da se mitohondriji množe neovisno na temelju mitohondrijskog genoma i ne sudjeluju u stanici podjele, nove stanice jednostavno nasljeđuju mitohondrije koji su slučajno u njihovom dijelu citosola kad stanica dijeli.

Ova je funkcija važna za razmnožavanje viših organizama, uključujući ljude, jer se embriji razvijaju iz oplođenog jajašca.

Majčina jajna stanica je velika i sadrži puno mitohondrija u svom citozolu, dok oplodna sjemena od oca gotovo da nema. Kao rezultat toga, djeca nasljeđuju svoje mitohondrije i svoju mitohondrijsku DNK od majke.

Kroz svoju funkciju sinteze ATP u matrici i staničnim disanjem preko dvostruke membrane, mitohondriji i mitohondrijska funkcija ključni su sastojak životinjskih stanica i pomažu u stvaranju života kakav postoji moguće.

Stanična struktura s membranama vezanim organelama igrala je važnu ulogu u ljudskoj evoluciji, a mitohondriji su dali važan doprinos.