Еукариотске ћелије живих организама непрекидно спроводе огроман број хемијских реакција да би живеле, расле, размножавале се и бориле се против болести.
Сви ови процеси захтевају енергију на ћелијском нивоу. Свака ћелија која се бави било којом од ових активности енергију добија из митохондрија, сићушних органела који делују као покретачи ћелија. Једнина митохондрија је митохондрија.
Код људи, ћелије попут црвених крвних зрнаца немају ове сићушне органеле, али већина других ћелија има велики број митохондрија. На пример, мишићне ћелије могу имати стотине или чак хиљаде да задовоље своје енергетске потребе.
Готово свако живо биће које се креће, расте или мисли има у позадини митохондрије, производећи потребну хемијску енергију.
Структура митохондрија
Митохондрији су органеле везане мембраном затворене двоструком мембраном.
Имају глатку спољну мембрану која затвара органелу и преклопљену унутрашњу мембрану. Набори унутрашње мембране називају се криста, чија је једнина криста, а набори су места на којима се одвијају реакције које стварају митохондријску енергију.
Унутрашња мембрана садржи течност која се назива матрикс, док је интермембрански простор смештен између две мембране такође испуњен течношћу.
Због ове релативно једноставне ћелијске структуре, митохондрији имају само два одвојена оперативна волумена: матрикс унутар унутрашње мембране и интермембрански простор. Они се ослањају на трансфере између две запремине за производњу енергије.
Да би повећали ефикасност и максимизирали потенцијал стварања енергије, унутрашњи набори мембране продиру дубоко у матрицу.
Као резултат, унутрашња мембрана има велику површину и ниједан део матрице није далеко од набора унутрашње мембране. Набори и велика површина помажу у функцији митохондрија, повећавајући потенцијалну брзину преноса између матрице и интермембранског простора преко унутрашње мембране.
Зашто су митохондрије важне?
Док су појединачне ћелије првобитно еволуирале без митохондрија или других органела везаних за мембрану, сложене вишећелијске организми и топлокрвне животиње попут сисара добијају енергију ћелијским дисањем на основу митохондрија функцију.
Функције високе енергије попут срчаних мишића или птичјих крила имају високе концентрације митохондрија који дају потребну енергију.
Кроз функцију синтезе АТП, митохондрији у мишићима и другим ћелијама производе телесну топлоту да би топлокрвне животиње одржавали на стабилној температури. Управо та концентрована способност митохондрија за производњу енергије омогућава високоенергетске активности и производњу топлоте код виших животиња.
Митохондријске функције
Циклус производње енергије у митохондријима ослања се на ланац транспорта електрона заједно са лимуновом киселином или Кребсовим циклусом.
Прочитајте више о Кребсовом циклусу.
Процес разградње угљених хидрата попут глукозе да би се добио АТП назива се катаболизам. Електрони из оксидације глукозе пролазе се дуж хемијског реакционог ланца који укључује циклус лимунске киселине.
Енергија из редукционо-оксидационих или редокс реакција користи се за пренос протона из матрице где се реакције одвијају. Коначна реакција у ланцу митохондријских функција је она у којој се кисеоник из ћелијског дисања подвргава редукцији да би се формирала вода. Крајњи продукти реакција су вода и АТП.
Кључни ензими одговорни за производњу енергије митохондрија су никотинамид аденин динуклеотид фосфат (НАДП), никотинамид аденин динуклеотид (НАД), аденозин дифосфат (АДП) и флавин аденин динуклеотид (ФАД).
Они раде заједно како би помогли у преношењу протона из молекула водоника у матрици преко унутрашње митохондријске мембране. Ово ствара хемијски и електрични потенцијал преко мембране са протонима који се враћају у матрицу путем ензима АТП синтазе, што резултира фосфорилацијом и производњом аденозин трифосфата (АТП).
Прочитајте о структури и функцији АТП.
Синтеза АТП и молекули АТП главни су носиоци енергије у ћелијама и ћелије их могу користити за производњу хемикалија неопходних за живе организме.
•••Научити
Поред тога што су митохондрији произвођачи енергије, могу помоћи у сигнализацији од ћелије до ћелије ослобађањем калцијума.
Митохондрије имају способност да складиште калцијум у матрици и могу га ослободити када су присутни одређени ензими или хормони. Као резултат, ћелије које производе такве покретачке хемикалије могу видети сигнал пораста калцијума из ослобађања митохондрија.
Све у свему, митохондрији су витална компонента живих ћелија, помажу у интеракцији са ћелијама, дистрибуирају сложене хемикалије и производе АТП који чини енергетску основу за цео живот.
Унутрашње и спољашње митохондријске мембране
Двострука мембрана митохондрија има различите функције за унутрашњу и спољашњу мембрану и две мембране и чине је различите супстанце.
Спољна митохондријска мембрана затвара течност интермембранског простора, али мора да омогући хемикалије које митохондрији требају да прођу кроз њу. Молекули за складиштење енергије које производе митохондрији морају да напусте органелу и испоруче енергију остатку ћелије.
Да би се омогућили такви трансфери, спољну мембрану чине тзв. Фосфолипиди и протеинске структуре порини који остављају ситне рупе или поре на површини мембране.
Интермембрански простор садржи течност која има састав сличан саставу цитосола који чини течност околне ћелије.
Мали молекули, јони, хранљиве материје и молекули АТП који носе енергију произведени синтезом АТП могу продиру кроз спољну мембрану и прелазе између течности интермембранског простора и цитосол ..
Унутрашња мембрана има сложену структуру са ензимима, протеинима и мастима који омогућавају да само вода, угљен-диоксид и кисеоник слободно пролазе кроз мембрану.
Остали молекули, укључујући велике протеине, могу продрети кроз мембрану, али само кроз посебне транспортне протеине који ограничавају њихов пролазак. Велика површина унутрашње мембране, која настаје због набора криста, пружа простор за све ове сложене протеинске и хемијске структуре.
Њихов велики број омогућава висок ниво хемијске активности и ефикасну производњу енергије.
Назван је процес којим се енергија производи хемијским преносима преко унутрашње мембране оксидативне фосфорилације.
Током овог процеса, оксидација угљених хидрата у митохондријима пумпа протоне преко унутрашње мембране из матрице у интермембрански простор. Неравнотежа у протонима узрокује да се протони дифузно врате кроз унутрашњу мембрану у матрицу кроз ензимски комплекс који је претечни облик АТП и назива се АТП синтаза.
Проток протона кроз АТП синтазу заузврат је основа за синтезу АТП и он производи АТП молекуле, главни механизам за складиштење енергије у ћелијама.
Шта је у матрици?
Вискозна течност унутар унутрашње мембране назива се матрикс.
У интеракцији је са унутрашњом мембраном да би извршио главне функције митохондрија које производе енергију. Садржи ензиме и хемикалије који учествују у кребсовом циклусу за производњу АТП из глукозе и масних киселина.
Матрица је место где се налази геном митохондрија који је сачињен од кружне ДНК и где се налазе рибосоми. Присуство рибозома и ДНК значи да митохондрији могу да производе сопствене протеине и да се могу репродуковати користећи сопствену ДНК, не ослањајући се на деобу ћелија.
Ако се чини да су митохондрије мале, комплетне ћелије саме, то је зато што су вероватно биле одвојене ћелије у једном тренутку док су појединачне ћелије још увек еволуирале.
Бактерије сличне митохондрију улазиле су у веће ћелије као паразити и дозвољено им је да остану јер је аранжман био узајамно користан.
Бактерије су се могле размножавати у сигурном окружењу и снабдевале су енергију већој ћелији. Током стотина милиона година, бактерије су се интегрисале у вишећелијске организме и еволуирале у данашње митохондрије.
Будући да се данас налазе у животињским ћелијама, они чине кључни део ране људске еволуције.
Пошто се митохондрији множе независно на основу митохондријског генома и не учествују у ћелији поделе, нове ћелије једноставно наслеђују митохондрије који су случајно у њиховом делу цитосола када ћелија дели.
Ова функција је важна за репродукцију виших организама, укључујући људе, јер се ембриони развијају из оплођеног јајашца.
Јајна ћелија мајке је велика и садржи пуно митохондрија у свом цитозолу, док оплодна очева сперматозоида једва да их има. Као резултат, деца наслеђују митохондрије и митохондријску ДНК од мајке.
Кроз функцију синтезе АТП у матрици и ћелијским дисањем преко двоструке мембране, митохондрији и митохондријска функција су кључна компонента животињских ћелија и помажу у стварању живота какав постоји могуће.
Структура ћелија са органелама везаним за мембрану играла је важну улогу у еволуцији човека и митохондрији су дали важан допринос.