Эукариотические клетки живых организмов постоянно проводят огромное количество химических реакций, чтобы жить, расти, воспроизводиться и бороться с болезнями.
Все эти процессы требуют энергии на клеточном уровне. Каждая клетка, которая участвует в любом из этих видов деятельности, получает энергию от митохондрий, крошечных органелл, которые действуют как центры энергии клеток. Особенность митохондрий - митохондрии.
У людей такие клетки, как красные кровяные тельца, не имеют этих крошечных органелл, но большинство других клеток имеют большое количество митохондрий. Например, мышечные клетки могут иметь сотни или даже тысячи, чтобы удовлетворить свои потребности в энергии.
Почти у каждого живого существа, которое движется, растет или думает, есть митохондрии, производящие необходимую химическую энергию.
Строение митохондрий
Митохондрии - это связанные с мембраной органеллы, окруженные двойной мембраной.
Они имеют гладкую внешнюю мембрану, охватывающую органеллу, и складчатую внутреннюю мембрану. Складки внутренней мембраны называются кристами, единственной из которых является криста, а в складках происходят реакции, создающие митохондриальную энергию.
Внутренняя мембрана содержит жидкость, называемую матрицей, в то время как межмембранное пространство, расположенное между двумя мембранами, также заполнено жидкостью.
Из-за этой относительно простой клеточной структуры митохондрии имеют только два отдельных рабочих объема: матрицу внутри внутренней мембраны и межмембранное пространство. Они полагаются на передачу энергии между двумя объемами.
Чтобы повысить эффективность и максимизировать потенциал создания энергии, складки внутренней мембраны проникают глубоко в матрицу.
В результате внутренняя мембрана имеет большую площадь поверхности, и никакая часть матрицы не находится далеко от внутренней складки мембраны. Складки и большая площадь поверхности помогают митохондриальной функции, увеличивая потенциальную скорость переноса между матриксом и межмембранным пространством через внутреннюю мембрану.
Почему митохондрии важны?
В то время как отдельные клетки первоначально развивались без митохондрий или других мембраносвязанных органелл, сложные многоклеточные организмы и теплокровные животные, такие как млекопитающие, получают энергию от клеточного дыхания, основанного на митохондриальной функция.
Высокоэнергетические функции, такие как сердечные мышцы или крылья птиц, имеют высокую концентрацию митохондрий, обеспечивающих необходимую энергию.
Благодаря своей функции синтеза АТФ митохондрии в мышцах и других клетках производят тепло тела, чтобы поддерживать стабильную температуру теплокровных животных. Именно эта концентрированная способность митохондрий к производству энергии делает возможными высокоэнергетическую деятельность и производство тепла у высших животных.
Митохондриальные функции
Цикл производства энергии в митохондриях основан на цепи переноса электронов вместе с лимонной кислотой или циклом Кребса.
Узнайте больше о цикле Кребса.
Процесс расщепления углеводов, таких как глюкоза, до образования АТФ называется катаболизмом. Электроны от окисления глюкозы проходят по цепи химических реакций, которая включает цикл лимонной кислоты.
Энергия окислительно-восстановительных или окислительно-восстановительных реакций используется для переноса протонов из матрицы, в которой протекают реакции. Заключительная реакция в функциональной цепи митохондрий - реакция, в которой кислород, выделяемый клеточным дыханием, восстанавливается с образованием воды. Конечными продуктами реакции являются вода и АТФ.
Ключевыми ферментами, ответственными за выработку митохондриальной энергии, являются никотинамидадениндинуклеотидфосфат. (НАДФ), никотинамидадениндинуклеотид (НАД), аденозиндифосфат (АДФ) и флавинадениндинуклеотид (FAD).
Они работают вместе, помогая переносить протоны от молекул водорода в матрице через внутреннюю митохондриальную мембрану. Это создает химический и электрический потенциал через мембрану, при этом протоны возвращаются в матрицу. через фермент АТФ-синтазу, что приводит к фосфорилированию и производству аденозинтрифосфата (АТФ).
Прочтите о структуре и функциях АТФ.
Синтез АТФ и молекулы АТФ являются основными переносчиками энергии в клетках и могут использоваться клетками для производства химических веществ, необходимых для живых организмов.
•••Наука
Помимо того, что митохондрии являются производителями энергии, они могут помочь в передаче сигналов от клетки к клетке посредством высвобождения кальция.
Митохондрии обладают способностью накапливать кальций в матриксе и могут высвобождать его при наличии определенных ферментов или гормонов. В результате клетки, вырабатывающие такие триггерные химические вещества, могут видеть сигнал о повышении содержания кальция в митохондриях.
В целом митохондрии являются жизненно важным компонентом живых клеток, помогая во взаимодействии клеток, распределяя сложные химические вещества и производя АТФ, который составляет энергетическую основу всей жизни.
Внутренняя и внешняя митохондриальные мембраны
Двойная митохондриальная мембрана выполняет разные функции для внутренней и внешней мембран и двух мембран и состоит из разных веществ.
Внешняя митохондриальная мембрана окружает жидкость межмембранного пространства, но она должна пропускать через нее химические вещества, необходимые митохондриям. Молекулы-накопители энергии, вырабатываемые митохондриями, должны иметь возможность покидать органеллы и доставлять энергию остальной части клетки.
Чтобы обеспечить такой перенос, внешняя мембрана состоит из фосфолипидов и белковых структур, называемых порины которые оставляют крошечные отверстия или поры на поверхности мембраны.
Межмембранное пространство содержит жидкость, состав которой аналогичен составу цитозоля, составляющего жидкость окружающей клетки.
Небольшие молекулы, ионы, питательные вещества и несущая энергию молекула АТФ, образующаяся при синтезе АТФ, могут проникают через внешнюю мембрану и переходят между жидкостью межмембранного пространства и цитозоль ..
Внутренняя мембрана имеет сложную структуру с ферментами, белками и жирами, позволяющими свободно проходить через мембрану только воде, двуокиси углерода и кислороду.
Другие молекулы, включая крупные белки, могут проникать через мембрану, но только через специальные транспортные белки, которые ограничивают их прохождение. Большая площадь внутренней мембраны, образованная складками крист, предоставляет место для всех этих сложных белковых и химических структур.
Их большое количество обеспечивает высокий уровень химической активности и эффективное производство энергии.
Процесс, при котором энергия вырабатывается за счет передачи химических веществ через внутреннюю мембрану, называется окислительного фосфорилирования.
Во время этого процесса окисление углеводов в митохондриях перекачивает протоны через внутреннюю мембрану из матрицы в межмембранное пространство. Дисбаланс протонов заставляет протоны диффундировать обратно через внутреннюю мембрану в матрицу через ферментный комплекс, который является предшественником АТФ и называется АТФ-синтазой.
Поток протонов через АТФ-синтазу, в свою очередь, является основой синтеза АТФ и производит молекулы АТФ, основной механизм хранения энергии в клетках.
Что в Матрице?
Вязкая жидкость внутри внутренней мембраны называется матрицей.
Он взаимодействует с внутренней мембраной, чтобы выполнять основные энергетические функции митохондрий. Он содержит ферменты и химические вещества, которые участвуют в цикле Кребса для производства АТФ из глюкозы и жирных кислот.
Матрица - это то место, где находится митохондриальный геном, состоящий из кольцевой ДНК, и где расположены рибосомы. Присутствие рибосом и ДНК означает, что митохондрии могут производить собственные белки и могут воспроизводиться с использованием собственной ДНК, не полагаясь на деление клеток.
Если митохондрии кажутся крошечными полными клетками сами по себе, это потому, что они, вероятно, были отдельными клетками в какой-то момент, когда отдельные клетки все еще развивались.
Митохондрионоподобные бактерии проникли в более крупные клетки как паразиты, и им позволили остаться, потому что их расположение было взаимовыгодным.
Бактерии могли размножаться в безопасной среде и снабжали энергией более крупные клетки. За сотни миллионов лет бактерии интегрировались в многоклеточные организмы и превратились в сегодняшние митохондрии.
Поскольку сегодня они обнаруживаются в клетках животных, они составляют ключевую часть ранней эволюции человека.
Поскольку митохондрии размножаются независимо от митохондриального генома и не участвуют в клеточной деления новые клетки просто наследуют митохондрии, которые оказываются в их части цитозоля, когда клетка делит.
Эта функция важна для воспроизводства высших организмов, включая человека, поскольку эмбрионы развиваются из оплодотворенной яйцеклетки.
Яйцеклетка от матери большая и содержит много митохондрий в цитозоле, в то время как оплодотворяющая сперматозоид от отца их почти не имеет. В результате дети наследуют свои митохондрии и митохондриальную ДНК от матери.
Благодаря их функции синтеза АТФ в матрице и клеточному дыханию через двойную мембрану, митохондрии и функция митохондрий являются ключевым компонентом клеток животных и помогают делать жизнь такой, какая она существует возможный.
Структура клетки с мембраносвязанными органеллами сыграла важную роль в эволюции человека, и митохондрии внесли важный вклад.
