מיטוכונדריה: הגדרה, מבנה ותפקוד (עם תרשים)

התאים האוקריוטים של אורגניזמים חיים מבצעים ללא הרף מספר עצום של תגובות כימיות כדי לחיות, לגדול, להתרבות ולהדוף מחלות.

כל התהליכים הללו דורשים אנרגיה ברמה התאית. כל תא העוסק באחת מהפעילויות הללו מקבל את האנרגיה שלו מהמיטוכונדריה, אברונים זעירים הפועלים כמעצמות התאים. יחיד המיטוכונדריה הוא המיטוכונדריה.

בבני אדם, לתאים כגון גופי דם אדומים אין אברונים זעירים אלה, אך ברוב התאים האחרים יש מספר גדול של מיטוכונדריה. לתאי שריר, למשל, עשויים להיות מאות ואף אלפים כדי לספק את דרישות האנרגיה שלהם.

כמעט לכל יצור חי שזז, גדל או חושב יש מיטוכונדריה ברקע, המייצרת את האנרגיה הכימית הדרושה.

המיטוכונדריה הם אברונים הקשורים לקרום הסגורים בקרום כפול.

יש להם קרום חיצוני חלק הסוגר את האברון וממברנה פנימית מקופלת. קפלי הקרום הפנימי נקראים cristae, היחיד שבו הוא crista, והקפלים הם המקום בו מתרחשות התגובות היוצרות אנרגיה מיטוכונדריאלית.

הממברנה הפנימית מכילה נוזל הנקרא מטריקס ואילו החלל הבין-ממבר הממוקם בין שני הממברנות מלא גם הוא בנוזל.

בגלל מבנה תאים פשוט יחסית זה, למיטוכונדריה יש רק שני נפחי הפעלה נפרדים: המטריצה ​​בתוך הממברנה הפנימית והחלל הבין-ממברני. הם מסתמכים על העברות בין שני הכרכים לייצור אנרגיה.

כדי להגביר את היעילות ולמקסם את פוטנציאל יצירת האנרגיה, קיפולי הממברנה הפנימית חודרים עמוק למטריקס.

כתוצאה מכך, לקרום הפנימי שטח פנים גדול, ואין חלק מהמטריקס רחוק מקפל הממברנה הפנימי. הקפלים ושטח הפנים הגדול עוזרים לתפקוד המיטוכונדריה, ומגדילים את קצב העברה הפוטנציאלי בין המטריצה ​​לחלל הבין-ממברני על פני הקרום הפנימי.

בעוד שתאים בודדים התפתחו במקור ללא מיטוכונדריה או אברונים אחרים הקשורים לקרום, רב תאיים מורכבים אורגניזמים ובעלי חיים חמים כמו יונקים מקבלים את האנרגיה שלהם מנשימה תאית על בסיס המיטוכונדריה פוּנקצִיָה.

לתפקודים בעלי אנרגיה גבוהה כמו אלה של שרירי הלב או כנפי הציפור יש ריכוזים גבוהים של מיטוכונדריה המספקים את האנרגיה הדרושה.

באמצעות פונקציית סינתזת ה- ATP שלהם, המיטוכונדריה בשרירים ובתאים אחרים מייצרים את חום הגוף כדי לשמור על בעלי חיים בעלי דם חם בטמפרטורה יציבה. יכולת ייצור האנרגיה המרוכזת הזו של המיטוכונדריה היא שמאפשרת פעילויות בעלות אנרגיה גבוהה וייצור חום בבעלי חיים גבוהים יותר.

מחזור ייצור האנרגיה במיטוכונדריה מסתמך על שרשרת הובלת אלקטרונים יחד עם חומצת הלימון או מחזור קרבס.
קרא עוד על מחזור קרבס.

תהליך פירוק הפחמימות כמו גלוקוז לייצור ATP נקרא קטבוליזם. האלקטרונים מחמצון הגלוקוז מועברים לאורך שרשרת תגובה כימית הכוללת את מחזור חומצת הלימון.

משתמשים באנרגיה מתגובות ההפחתה-חמצון, או החמצון מחדש, להעברת פרוטונים מהמטריקס בו מתרחשות התגובות. התגובה הסופית בשרשרת התפקודים המיטוכונדריה היא כזו שבה חמצן מנשימה תאית עובר צמצום ליצירת מים. התוצרים הסופיים של התגובות הם מים ו- ATP.

האנזימים העיקריים האחראים לייצור אנרגיה מיטוכונדריאלית הם פוספט ניקוטינמיד אדנין דינוקלאוטיד (NADP), ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד (NAD), אדנוזין דיפוספט (ADP) ופלואין אדנין דינוקלאוטיד (תַחבִּיב).

הם עובדים יחד בכדי לעזור בהעברת פרוטונים ממולקולות מימן במטריקס על פני הקרום המיטוכונדריאלי הפנימי. זה יוצר פוטנציאל כימי וחשמלי על פני הממברנה כאשר הפרוטונים חוזרים למטריקס דרך האנזים ATP synthase, וכתוצאה מכך זרחון וייצור של אדנוזין טריפוספט (ATP).
קרא על המבנה והתפקוד של ATP.

סינתזת ATP ומולקולות ה- ATP הן נושאות האנרגיה העיקריות בתאים ויכולות לשמש את התאים לייצור הכימיקלים הדרושים לאורגניזמים חיים.

•••מדע

בנוסף להיותם יצרני אנרגיה, המיטוכונדריה יכולה לעזור באיתות בין תא לתא באמצעות שחרור סידן.

למיטוכונדריה יכולת לאגור סידן במטריקס ויכול לשחרר אותו כאשר קיימים אנזימים או הורמונים מסוימים. כתוצאה מכך, תאים המייצרים כימיקלים מפעילים כאלה עשויים לראות את האות לעליית הסידן משחרור המיטוכונדריה.

בסך הכל, המיטוכונדריה היא מרכיב חיוני בתאים חיים, המסייעות באינטראקציות בין תאים, הפצת כימיקלים מורכבים וייצור ה- ATP המהווה בסיס אנרגיה לכל החיים.

לקרום הכפול המיטוכונדריאלי פונקציות שונות עבור הממברנה הפנימית והחיצונית ושתי הממברנות והן מורכבות מחומרים שונים.

הקרום המיטוכונדריאלי החיצוני סוגר את הנוזל של החלל הבין-ממברני, אך עליו לאפשר כימיקלים שהמיטוכונדריה זקוקה להם לעבור דרכו. מולקולות לאחסון אנרגיה המיוצרות על ידי המיטוכונדריה צריכות להיות מסוגלות לעזוב את האברון ולהעביר אנרגיה לשאר התא.

כדי לאפשר העברות כאלה, הקרום החיצוני מורכב מפוספוליפידים ומבני חלבון הנקראים פורינות שמשאירים חורים זעירים או נקבוביות במשטח הקרום.

החלל הבין-ממברני מכיל נוזל בעל הרכב דומה לזה של הציטוזול המרכיב את הנוזל של התא הסביבתי.

מולקולות קטנות, יונים, חומרים מזינים ומולקולת ה- ATP נושאת האנרגיה המיוצרת על ידי סינתזת ATP יכולות חודרים לקרום החיצוני ומעבר בין הנוזל של החלל הבין-קרום לבין ציטוזול ..

לקרום הפנימי מבנה מורכב עם אנזימים, חלבונים ושומנים המאפשרים לעבור רק באופן חופשי למים, פחמן דו חמצני וחמצן.

מולקולות אחרות, כולל חלבונים גדולים, יכולות לחדור לקרום אך רק באמצעות חלבוני תחבורה מיוחדים המגבילים את מעברם. שטח הפנים הגדול של הקרום הפנימי, הנובע מקיפולי cristae, מספק מקום לכל המבנים המורכבים של חלבונים וכימיים.

מספרם הרב מאפשר רמה גבוהה של פעילות כימית וייצור אנרגיה יעיל.

נקרא התהליך בו מופקת אנרגיה באמצעות העברות כימיות על פני הקרום הפנימי זרחון חמצוני.

במהלך תהליך זה, חמצון הפחמימות במיטוכונדריה שואב פרוטונים על פני הממברנה הפנימית מהמטריקס לחלל הבין-ממברנה. חוסר האיזון בפרוטונים גורם לפרוטונים להתפזר חזרה על פני הממברנה הפנימית למטריקס דרך קומפלקס אנזים המהווה צורה מקדימה של ATP ונקרא ATP synthase.

זרימת הפרוטונים דרך סינתזת ה- ATP בתורם היא הבסיס לסינתזת ה- ATP והיא מייצרת מולקולות ATP, המנגנון העיקרי לאחסון אנרגיה בתאים.

הנוזל הצמיג שבתוך הקרום הפנימי נקרא מטריקס.

זה מתקשר עם הקרום הפנימי כדי לבצע את הפונקציות העיקריות המייצרות אנרגיה של המיטוכונדריה. הוא מכיל את האנזימים והכימיקלים שלוקחים חלק במחזור הקרבס לייצור ATP מגלוקוז וחומצות שומן.

המטריצה ​​היא המקום בו נמצא הגנום המיטוכונדריאלי המורכב מדנ"א מעגלי ובו נמצאים הריבוזומים. הימצאותם של ריבוזומים ו- DNA פירושה שהמיטוכונדריה יכולה לייצר את החלבונים שלהם ויכולה להתרבות באמצעות ה- DNA שלהם, מבלי להסתמך על חלוקת תאים.

אם המיטוכונדריה נראית תאים זעירים ומלאים בפני עצמם, זה בגלל שהם היו כנראה תאים נפרדים בשלב מסוים כאשר תאים בודדים עדיין התפתחו.

חיידקים דמויי מיטוכונדריון נכנסו לתאים גדולים יותר כטפילים והורשו להישאר מכיוון שההסדר הועיל הדדית.

החיידקים הצליחו להתרבות בסביבה בטוחה וסיפקו אנרגיה לתא הגדול יותר. במשך מאות מיליוני שנים, החיידקים השתלבו באורגניזמים רב-תאיים והתפתחו למיטוכונדריה של ימינו.

מכיוון שהם נמצאים בתאים של בעלי חיים כיום, הם מהווים חלק מרכזי בהתפתחות האנושית המוקדמת.

מאחר שהמיטוכונדריה מתרבים באופן עצמאי על בסיס הגנום המיטוכונדריאלי ולא לוקחים חלק בתא חלוקה, תאים חדשים פשוט יורשים את המיטוכונדריה שבמקרה נמצאים בחלקם של הציטוזול כאשר התא מחלק.

פונקציה זו חשובה להתרבות אורגניזמים גבוהים יותר, כולל בני אדם, מכיוון שעוברים מתפתחים מביצית מופרית.

תא הביצה מהאם גדול ומכיל הרבה מיטוכונדריה בציטוזול שלו ואילו לתא הזרע המפרה מהאב אין כמעט. כתוצאה, ילדים יורשים את המיטוכונדריה שלהם ואת ה- DNA המיטוכונדריאלי שלהם מאמם.

באמצעות פונקציית סינתזת ה- ATP שלהם במטריקס ובאמצעות נשימה תאית על פני הממברנה הכפולה, המיטוכונדריה ותפקוד המיטוכונדריה הם מרכיב מרכזי בתאי בעלי חיים ועוזרים להפוך את החיים לקיומם אפשרי.

מבנה תאים עם אברונים הקשורים לקרום מילא חלק חשוב בהתפתחות האנושית והמיטוכונדריה תרמו תרומה חיונית.