Mitohondriji: opredelitev, zgradba in funkcija (z diagramom)

Eukariontske celice živih organizmov nenehno izvajajo ogromno kemijskih reakcij, da živijo, rastejo, se razmnožujejo in se borijo proti boleznim.

Vsi ti procesi zahtevajo energijo na celični ravni. Vsaka celica, ki sodeluje v kateri koli od teh dejavnosti, dobi energijo iz mitohondrijev, drobnih organelov, ki delujejo kot moči celic. Ednina mitohondrije je mitohondrija.

Pri ljudeh celice, kot so rdeče krvne celice, nimajo teh drobnih organelov, vendar ima večina drugih celic veliko število mitohondrijev. Mišične celice imajo lahko na primer na stotine ali celo tisoče, da zadovoljijo svoje potrebe po energiji.

Skoraj vsako živo bitje, ki se giblje, raste ali misli, ima v ozadju mitohondrije, ki proizvajajo potrebno kemično energijo.

Mitohondriji so z membrano vezani organeli, zaprti z dvojno membrano.

Imajo gladko zunanjo membrano, ki obdaja organelo, in zloženo notranjo membrano. Gube notranje membrane se imenujejo kriste, katerih ednina je krista, in gube so tam, kjer potekajo reakcije, ki ustvarjajo mitohondrijsko energijo.

Notranja membrana vsebuje tekočino, imenovano matriks, medtem ko je tudi medmembranski prostor med obema membranama napolnjen s tekočino.

Zaradi te razmeroma preproste celične strukture imajo mitohondriji le dva ločena operativna volumna: matriks znotraj notranje membrane in medmembranski prostor. Pri proizvodnji energije se zanašajo na prenose med obema količinama.

Da bi povečali učinkovitost in povečali potencial za ustvarjanje energije, notranje membranske gube prodrejo globoko v matriks.

Posledično ima notranja membrana veliko površino in noben del matrice ni daleč od notranje membranske gube. Gube in velika površina pomagajo pri delovanju mitohondrijev, povečujejo potencialno hitrost prenosa med matriksom in medmembranskim prostorom po notranji membrani.

Medtem ko so se posamezne celice prvotno razvijale brez mitohondrijev ali drugih z membrano vezanih organelov, so bile kompleksne večcelične organizmi in toplokrvne živali, kot so sesalci, dobijo energijo iz celičnega dihanja, ki temelji na mitohondrijskem funkcijo.

Visokoenergijske funkcije, kot so funkcije srčnih mišic ali ptičjih kril, imajo visoke koncentracije mitohondrijev, ki zagotavljajo potrebno energijo.

S svojo funkcijo sinteze ATP mitohondriji v mišicah in drugih celicah proizvajajo telesno toploto, da toplokrvne živali ohranjajo na enakomerni temperaturi. Ta koncentrirana sposobnost mitohondrijev za proizvodnjo energije omogoča visokoenergijske dejavnosti in proizvodnjo toplote pri višjih živalih.

Cikel proizvodnje energije v mitohondrijih je odvisen od verige prenosa elektronov skupaj s citronsko kislino ali Krebsovim ciklom.
Preberite več o Krebsovem ciklu.

Proces razgradnje ogljikovih hidratov, kot je glukoza, za tvorbo ATP, se imenuje katabolizem. Elektroni iz oksidacije glukoze se prenašajo po kemijski reakcijski verigi, ki vključuje ciklus citronske kisline.

Energija iz redukcijsko-oksidacijskih ali redoks reakcij se uporablja za prenos protonov iz matriksa, kjer potekajo reakcije. Končna reakcija v funkcijski verigi mitohondrijev je tista, pri kateri se kisik iz celičnega dihanja reducira in tvori vodo. Končni produkt reakcije sta voda in ATP.

Ključni encimi, odgovorni za proizvodnjo mitohondrijske energije, so nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP), nikotinamid adenin dinukleotid (NAD), adenozin difosfat (ADP) in flavin adenin dinukleotid (FAD).

Skupaj si pomagajo pri prenosu protonov iz molekul vodika v matriki preko notranje mitohondrijske membrane. To ustvarja kemični in električni potencial čez membrano s protoni, ki se vračajo v matriko preko encima ATP sintaze, kar povzroči fosforilacijo in proizvodnjo adenozin trifosfata (ATP).
Preberite o strukturi in funkciji ATP.

Sinteza ATP in molekule ATP so glavni nosilci energije v celicah in jih celice lahko uporabljajo za proizvodnjo kemikalij, potrebnih za žive organizme.

•••Učenje

Poleg tega, da mitohondriji proizvajajo energijo, lahko s sproščanjem kalcija pomagajo pri signalizaciji med celicami.

Mitohondriji imajo sposobnost shranjevanja kalcija v matriksu in ga lahko sprostijo, kadar so prisotni nekateri encimi ali hormoni. Posledično lahko celice, ki proizvajajo take sprožilne kemikalije, vidijo signal naraščajočega kalcija iz sproščanja mitohondrijev.

Na splošno so mitohondriji vitalna sestavina živih celic, ki pomagajo pri celičnih interakcijah, distribuirajo kompleksne kemikalije in proizvajajo ATP, ki tvori energijsko osnovo za vse življenje.

Mitohondrijska dvojna membrana ima različne funkcije za notranjo in zunanjo membrano ter obe membrani in je sestavljena iz različnih snovi.

Zunanja mitohondrijska membrana zapre tekočino medmembranskega prostora, vendar mora omogočiti kemikalijam, ki jih mitohondriji potrebujejo skozi njo. Molekule za shranjevanje energije, ki jih proizvajajo mitohondriji, morajo biti sposobne zapustiti organelo in dovajati energijo preostalim celicam.

Da bi omogočili take prenose, je zunanja membrana sestavljena iz tako imenovanih fosfolipidov in beljakovinskih struktur porini ki na površini membrane puščajo drobne luknje ali pore.

Intermembranski prostor vsebuje tekočino, ki ima sestavo, podobno sestavi citosola, ki tvori tekočino okoliške celice.

Majhne molekule, ioni, hranila in molekula ATP, ki prenaša energijo, nastajajo s sintezo ATP prodrejo v zunanjo membrano in prehod med tekočino medmembranskega prostora in citosol ..

Notranja membrana ima zapleteno strukturo z encimi, beljakovinami in maščobami, ki skozi membrano prosto prehajajo samo voda, ogljikov dioksid in kisik.

Druge molekule, vključno z velikimi beljakovinami, lahko prodrejo skozi membrano, vendar le s posebnimi transportnimi beljakovinami, ki omejujejo njihov prehod. Velika površina notranje membrane, ki je posledica gubic kriste, zagotavlja prostor za vse te kompleksne beljakovinske in kemične strukture.

Njihovo veliko število omogoča visoko stopnjo kemijske aktivnosti in učinkovito proizvodnjo energije.

Imenuje se postopek, s katerim se energija proizvaja s kemičnimi prenosi preko notranje membrane oksidativna fosforilacija.

Med tem postopkom oksidacija ogljikovih hidratov v mitohondrijih črpa protone čez notranjo membrano iz matriksa v medmembranski prostor. Zaradi neravnovesja v protonih se protoni difuzirajo nazaj po notranji membrani v matriks skozi encimski kompleks, ki je predhodna oblika ATP in se imenuje ATP sintaza.

Pretok protonov skozi ATP sintazo je osnova za sintezo ATP in proizvaja molekule ATP, glavni mehanizem za shranjevanje energije v celicah.

Viskozna tekočina v notranji membrani se imenuje matrica.

V interakciji z notranjo membrano izvaja glavne funkcije mitohondrijev, ki proizvajajo energijo. Vsebuje encime in kemikalije, ki sodelujejo v ciklusu krebs za proizvodnjo ATP iz glukoze in maščobnih kislin.

Matrica je tam, kjer najdemo genom mitohondrijev, sestavljen iz krožne DNA, in kjer se nahajajo ribosomi. Prisotnost ribosomov in DNA pomeni, da lahko mitohondriji proizvajajo lastne beljakovine in se lahko razmnožujejo z lastno DNK, ne da bi se zanašali na delitev celic.

Če se zdi, da so mitohondrije majhne, ​​popolne celice same, je to verjetno zato, ker so bile v nekem trenutku, ko so se posamezne celice še razvijale, ločene celice.

Mitohondrionu podobne bakterije so v večje celice vstopile kot paraziti in jim je bilo dovoljeno, da ostanejo, ker je bil dogovor vzajemno koristen.

Bakterije so se lahko razmnoževale v varnem okolju in dovajale energijo večji celici. Skozi stotine milijonov let so se bakterije vključile v večcelične organizme in se razvile v današnje mitohondrije.

Ker jih danes najdemo v živalskih celicah, so ključni del zgodnje človeške evolucije.

Ker se mitohondriji samostojno razmnožujejo na podlagi mitohondrijskega genoma in ne sodelujejo v celici delitve, nove celice preprosto podedujejo mitohondrije, ki so v celici v njihovem delu deli.

Ta funkcija je pomembna za razmnoževanje višjih organizmov, vključno z ljudmi, ker se zarodki razvijejo iz oplojenega jajčeca.

Jajčna celica matere je velika in vsebuje veliko mitohondrijev v svojem citozolu, medtem ko oplodna spermija od očeta skoraj nima. Posledično otroci mitohondrije in mitohondrijsko DNA podedujejo po materi.

Z njihovo sintezno funkcijo ATP v matriksu in s celičnim dihanjem preko dvojne membrane mitohondriji in mitohondrijska funkcija so ključni sestavni del živalskih celic in pomagajo ustvariti življenje, kakršno obstaja mogoče.

Celična struktura z membransko povezanimi organeli je igrala pomembno vlogo v človeškem evoluciji in mitohondriji so bistveno prispevali.