მიტოქონდრია: განმარტება, სტრუქტურა და ფუნქცია (დიაგრამით)

ცოცხალი ორგანიზმების ეუკარიოტული უჯრედები განუწყვეტლივ ახორციელებენ უზარმაზარ რაოდენობას ქიმიურ რეაქციებზე, რომ იცხოვრონ, გაიზარდონ, გამრავდნენ და დაავადებებთან ბრძოლა.

ყველა ეს პროცესი მოითხოვს ენერგიას უჯრედულ დონეზე. თითოეული უჯრედი, რომელიც რომელიმე ამ საქმიანობას ეწევა, ენერგიას იღებს მიტოქონდრიებისგან, პატარა ორგანელებისაგან, რომლებიც უჯრედების ელექტროსადგურების როლს ასრულებენ. მიტოქონდრიის სინგულარული არის მიტოქონდრიონი.

ადამიანებში, ისეთ უჯრედებში, როგორიცაა სისხლის წითელი კორპუსები, არ აქვთ ეს პატარა ორგანელები, მაგრამ სხვა უჯრედების უმეტესობას აქვს დიდი რაოდენობით მიტოქონდრია. მაგალითად, კუნთების უჯრედებს შეიძლება ჰქონდეს ასობით ან თუნდაც ათასობით, რომ დააკმაყოფილონ მათი ენერგეტიკული მოთხოვნები.

თითქმის ყველა ცოცხალ არსებას, რომელიც მოძრაობს, იზრდება ან ფიქრობს, ფონზე აქვს მიტოქონდრია და წარმოქმნის საჭირო ქიმიურ ენერგიას.

მიტოქონდრია არის გარსით შეკრული ორგანულები, რომლებიც ორმაგი გარსით არის შემოზღუდული.

მათ აქვთ გლუვი გარეთა გარსი, რომელიც მოიცავს ორგანოს და დაკეცილი შიდა გარსით. შიდა მემბრანის ნაოჭებს ეწოდება cristae, რომელთა სინგულარულია crista, ხოლო ნაკეცები არის ადგილი, სადაც ხდება მიტოქონდრიული ენერგიის შემქმნელი რეაქციები.

შინაგანი მემბრანა შეიცავს სითხის მატრიქსს, ხოლო ორ გარსს შორის მდებარე მემბრანული სივრცე ასევე ივსება სითხით.

შედარებით მარტივი უჯრედის სტრუქტურის გამო, მიტოქონდრიებს მხოლოდ ორი ცალკეული მოქმედი მოცულობა აქვთ: შიდა გარსის მატრიცა და ინტერმბრანული სივრცე. ისინი ენერგიის გამომუშავების ორ მოცულობას შორის გადატანას ეყრდნობიან.

ეფექტურობის გაზრდისა და ენერგიის შექმნის პოტენციალის მაქსიმალურად გაზრდის მიზნით, შიდა მემბრანის ნაოჭები ღრმად აღწევს მატრიქსში.

შედეგად, შიდა მემბრანის დიდი ზედაპირია და მატრიცის არცერთი ნაწილი არ არის შორს შინაგანი მემბრანის ნაკეციდან. ნაკეცები და დიდი ზედაპირის ფართობი ეხმარება მიტოქონდრიულ ფუნქციას, ზრდის მატრიქსსა და ინტერმბრანულ სივრცეს შორის შიდა მემბრანის გადატანის პოტენციურ სიჩქარეს.

მიუხედავად იმისა, რომ ერთჯერადი უჯრედები თავდაპირველად ვითარდებოდა მიტოქონდრიების ან სხვა გარსით შეკრული ორგანულების გარეშე, კომპლექსური მრავალუჯრედიანია ორგანიზმები და თბილსისხლიანი ცხოველები, როგორიცაა ძუძუმწოვრები, ენერგიას უჯრედული სუნთქვის შედეგად იღებენ მიტოქონდრიულ საფუძველზე ფუნქცია

მაღალენერგეტიკული ფუნქციები, როგორიცაა გულის კუნთები ან ფრინველის ფრთები, მიტოქონდრიების მაღალი კონცენტრაციაა, რაც საჭირო ენერგიას ამარაგებს.

მათი ATP სინთეზის ფუნქციით, მიტოქონდრია კუნთებსა და სხვა უჯრედებში აწარმოებს სხეულის სითბოს, რათა თბილსისხლიანი ცხოველები შენარჩუნდეს სტაბილურ ტემპერატურაზე. სწორედ მიტოქონდრიების ეს კონცენტრირებული ენერგიის წარმოების შესაძლებლობა იძლევა მაღალენერგეტიკულ აქტივობებს და მაღალ ცხოველებში სითბოს წარმოებას.

ენერგიის წარმოების ციკლი მიტოქონდრიებში ეყრდნობა ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვს, ლიმონმჟავას ან კრებსის ციკლს.
წაიკითხეთ მეტი კრებსის ციკლის შესახებ.

ნახშირწყლების დაშლის პროცესს, მაგალითად, გლუკოზას ატფ-ის წარმოქმნას, კატაბოლიზმს უწოდებენ. ელექტრონები გლუკოზის დაჟანგვის შედეგად გადიან ქიმიური რეაქციის ჯაჭვის გასწვრივ, რომელიც მოიცავს ლიმონმჟავას ციკლს.

ენერგია შემცირება-დაჟანგვის ან რედოქს რეაქციებით გამოიყენება პროტონის მატრიციდან გადასაყვანად, სადაც მიმდინარეობს რეაქციები. მიტოქონდრიული ფუნქციური ჯაჭვის საბოლოო რეაქცია არის რეაქცია, რომელშიც უჯრედული სუნთქვის ჟანგბადი განიცდის შემცირებას და ქმნის წყლის წარმოქმნას. რეაქციების საბოლოო პროდუქტებია წყალი და ატფ.

ძირითადი ფერმენტები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან მიტოქონდრიული ენერგიის წარმოებაზე, არის ნიკოტინამიდი ადენინი დინუკლეოტიდის ფოსფატი (NADP), ნიკოტინამიდი ადენინის დინუკლეოტიდი (NAD), ადენოზინი დიფოსფატი (ADP) და ფლავინი ადენინი დინუკლეოტიდი (ᲐᲮᲘᲠᲔᲑᲐ).

ისინი ერთად მუშაობენ, რათა დაეხმარონ პროტონებს წყალბადის მოლეკულებიდან მატრიქსში შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის გასწვრივ. ეს ქმნის ქიმიურ და ელექტრულ პოტენციალს გარსის გადაღმა პროტონებით მატრიქსში დაბრუნებით ფერმენტ ATP სინთაზის საშუალებით, რის შედეგადაც ხდება ფოსფორილაცია და ადენოზინტრიფოსფატის წარმოება (ATP).
წაიკითხეთ ATP სტრუქტურა და ფუნქცია.

ATP სინთეზი და ATP მოლეკულები ენერგიის მთავარი მატარებლები არიან უჯრედებში და მათი გამოყენება უჯრედების მიერ ცოცხალი ორგანიზმებისათვის საჭირო ქიმიური ნივთიერებების წარმოებისთვისაა შესაძლებელი.

•••მეცნიერება

გარდა იმისა, რომ მიტოქონდრიები ენერგიის მწარმოებლები არიან, კალციუმის გამოყოფის საშუალებით უჯრედის უჯრედში სიგნალიზაციას უწყობს ხელს.

მიტოქონდრიებს აქვთ კალციუმის მატრიქსში შენახვის შესაძლებლობა და შეუძლიათ გაათავისუფლონ იგი გარკვეული ფერმენტების ან ჰორმონების არსებობისას. შედეგად, ასეთ გამომწვევ ქიმიკატებს წარმოქმნილ უჯრედებში შეიძლება ნახონ კალციუმის მომატების სიგნალი მიტოქონდრიებისგან გამოყოფიდან.

საერთო ჯამში, მიტოქონდრია ცოცხალი უჯრედების სასიცოცხლო კომპონენტია, რაც ეხმარება უჯრედების ურთიერთქმედებას, ავრცელებს რთულ ქიმიკატებს და აწარმოებს ATP, რომელიც წარმოადგენს ენერგიის საფუძველს მთელი ცხოვრების განმავლობაში.

მიტოქონდრიული ორმაგი მემბრანა აქვს სხვადასხვა ფუნქციები შიდა და გარე მემბრანისა და ორი გარსისთვის და შედგება სხვადასხვა ნივთიერებებისგან.

გარეთა მიტოქონდრიული მემბრანა მოიცავს მემბრანული სივრცის სითხეში, მაგრამ მან უნდა დაუშვას ქიმიური ნივთიერებები, რომელთა გავლა მიტოქონდრიებს სჭირდებათ. მიტოქონდრიების მიერ წარმოებული ენერგიის შემნახველი მოლეკულები უნდა შეძლონ ორგანოს დატოვება და ენერგიის მიწოდება დანარჩენ უჯრედში.

ამგვარი გადატანის დასაშვებად, გარეთა გარსი შედგება ფოსფოლიპიდების და ცილოვანი სტრუქტურებისგან, რომლებსაც ეწოდება პორინები რომ ტოვებს პაწაწინა ხვრელებს ან ფორებს გარსის ზედაპირზე.

ინტერმბრანული სივრცე შეიცავს სითხს, რომელსაც აქვს ციტოზოლის შემადგენლობის მსგავსი კომპოზიცია, რომელიც ქმნის მიმდებარე უჯრედის სითხეში.

მცირე მოლეკულებს, იონებს, საკვებ ნივთიერებებს და ATP სინთეზით წარმოებულ ენერგიის მატარებელ ATP მოლეკულას შეუძლია შეაღწიონ გარსის გარსში და გადადიან ინტერმბრანული სივრცის სითხეში და ციტოზოლი ..

შიდა გარსს აქვს რთული სტრუქტურა ფერმენტებით, ცილებითა და ცხიმებით, რაც საშუალებას აძლევს მხოლოდ წყალს, ნახშირორჟანგს და ჟანგბადს თავისუფლად გაიაროს მემბრანაში.

სხვა მოლეკულებს, მათ შორის დიდ ცილებს, შეუძლიათ შეაღწიონ მემბრანაში, მაგრამ მხოლოდ სპეციალური სატრანსპორტო ცილების საშუალებით, რომლებიც ზღუდავენ მათ გავლას. შიდა მემბრანის დიდი ზედაპირი, რომელიც წარმოიქმნება ჯვაროსნების ნაკეცების შედეგად, უზრუნველყოფს ადგილს ყველა ამ რთული ცილისა და ქიმიური სტრუქტურისთვის.

მათი დიდი რაოდენობა იძლევა ქიმიური აქტივობის მაღალ დონეს და ენერგიის ეფექტურ წარმოებას.

პროცესს, რომლის დროსაც ხდება ენერგიის წარმოება შინაგანი გარსის ქიმიური გადატანის გზით, ეწოდება ჟანგვითი ფოსფორილაცია.

ამ პროცესის დროს, ნახშირწყლების დაჟანგვა მიტოქონდრიაში ტრიალებს პროტონებს შიდა გარსის გასწვრივ მატრიქსიდან ინტერმბრანულ სივრცეში. პროტონის დისბალანსი იწვევს პროტონის შიდა დიაპაზონის დიფუზიას მატრიქსში ფერმენტის კომპლექსის მეშვეობით, რომელიც არის ATP- ის წინამორბედი ფორმა და ეწოდება ATP სინტაზა.

პროტონის ნაკადი ATP სინთაზის გავლით თავის მხრივ წარმოადგენს ATP სინთეზის საფუძველს და ის აწარმოებს ATP მოლეკულებს, უჯრედებში ენერგიის შესანახ მთავარ მექანიზმს.

შიდა მემბრანის შიგნით ბლანტი სითხე მატრიქსს ეწოდება.

იგი ურთიერთქმედებს შიდა მემბრანასთან, მიტოქონდრიის ძირითადი ენერგიის წარმომქმნელი ფუნქციების განსახორციელებლად. იგი შეიცავს ფერმენტებს და ქიმიკატებს, რომლებიც მონაწილეობენ კრეების ციკლში და წარმოქმნიან ATP გლუკოზისა და ცხიმოვანი მჟავებისგან.

მატრიცა არის ის, სადაც გვხვდება ცირკულარული დნმ-ისგან შემდგარი მიტოქონდრიული გენომი და სადაც მდებარეობს რიბოსომები. რიბოსომებისა და დნმ-ის არსებობა ნიშნავს, რომ მიტოქონდრიებს შეუძლიათ წარმოქმნან საკუთარი ცილები და შეუძლიათ გამრავდნენ საკუთარი დნმ-ის გამოყენებით, უჯრედების დაყოფაზე დაყრდნობით.

თუ მიტოქონდრია თავისთავად პაწაწინა, სრული უჯრედებია, ეს იმიტომ ხდება, რომ ისინი ალბათ ცალკეული უჯრედები იყვნენ ერთ მომენტში, როდესაც ცალკეული უჯრედები ჯერ კიდევ ვითარდებოდა.

მიტოქონდრიონის მსგავსი ბაქტერიები უფრო დიდ უჯრედებში მოხვდნენ, როგორც პარაზიტები და დარჩენის უფლება მიეცათ, რადგან აწყობა ურთიერთსასარგებლო იყო.

ბაქტერიას შეეძლო უსაფრთხო გარემოში გამრავლება და ენერგიას აწვდიდა უფრო დიდ უჯრედს. ასობით მილიონი წლის განმავლობაში, ბაქტერიები ინტეგრირდნენ მრავალუჯრედიან ორგანიზმებში და გადაიქცნენ დღევანდელ მიტოქონდრიებში.

იმის გამო, რომ ისინი დღეს ცხოველურ უჯრედებში გვხვდება, ისინი ადამიანის ადრეული ევოლუციის მთავარ ნაწილს წარმოადგენენ.

მას შემდეგ, რაც მიტოქონდრია მრავლდება დამოუკიდებლად მიტოქონდრიული გენომის საფუძველზე და არ მონაწილეობს უჯრედებში დაყოფა, ახალი უჯრედები უბრალოდ მემკვიდრეობით იღებენ მიტოქონდრიებს, რომლებიც ხდება უჯრედში მათი ციტოზოლის ნაწილში ყოფს.

ეს ფუნქცია მნიშვნელოვანია უმაღლესი ორგანიზმების, მათ შორის ადამიანის, გამრავლებისთვის, რადგან ემბრიონები განაყოფიერებული კვერცხუჯრედიდან ვითარდება.

კვერცხუჯრედი დედისგან დიდია და ციტოზოლში შეიცავს უამრავ მიტოქონდრიას, ხოლო მამისგან განოყიერებულ სპერმის უჯრედს თითქმის არ აქვს. შედეგად, ბავშვები მიტოქონდრიას და მიტოქონდრიულ დნმ-ს მემკვიდრეობით იღებენ დედისგან.

მათი ATP სინთეზის ფუნქციით მატრიქსში და ორმაგი მემბრანის უჯრედული სუნთქვის საშუალებით მიტოქონდრია და მიტოქონდრიული ფუნქცია ცხოველური უჯრედების ძირითადი კომპონენტია და ხელს უწყობს ცხოვრების არსებობას შესაძლებელია

უჯრედების სტრუქტურას მემბრანის შეკრული ორგანელებით მნიშვნელოვანი როლი აქვს ადამიანის ევოლუციაში და მიტოქონდრიამ მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა.