Зміст
- Будова мітохондрій
- Чому мітохондрії важливі?
- Мітохондріальні функції
- Внутрішня та зовнішня мітохондріальні мембрани
- Що в матриці?
Еукаріотичні клітини живих організмів постійно проводять величезну кількість хімічних реакцій на життя, ріст, розмноження та боротьбу з хворобою.
Всі ці процеси потребують енергії на клітинному рівні. Кожна клітина, яка бере участь у будь-якій з цих видів діяльності, отримує свою енергію від мітохондрій, крихітних органел, які виконують роль енергетичних клітин клітин. Особливістю мітохондрій є мітохондрій.
У людей такі клітини, як червоні тільця крові, не мають цих крихітних органел, але більшість інших клітин мають велику кількість мітохондрій. Наприклад, м’язові клітини можуть мати сотні чи навіть тисячі, щоб задовольнити свої енергетичні потреби.
Майже кожна жива істота, яка рухається, росте чи думає, має мітохондрії на задньому плані, виробляючи необхідну хімічну енергію.
Будова мітохондрій
Мітохондрії - це мембранозв'язані органели, укладені подвійною мембраною.
Вони мають гладку зовнішню мембрану, що охоплює органелу, і складчасту внутрішню мембрану. Складки внутрішньої мембрани називаються cristae, сингулярна частина яких - cristae, а складки - це місце, де відбуваються реакції, що створюють мітохондріальну енергію.
Внутрішня мембрана містить рідину, яку називають матрицею, тоді як міжмембранний простір, розташований між двома мембранами, також заповнений рідиною.
Через цю відносно просту структуру клітин мітохондрії мають лише два окремих робочих об'єми: матрицю всередині внутрішньої мембрани та міжмембранний простір. Вони покладаються на трансфер між двома об'ємами для виробництва енергії.
Для підвищення ефективності та максимального потенціалу створення енергії складки внутрішньої мембрани проникають углиб матриці.
В результаті внутрішня мембрана має велику площу поверхні, і жодна частина матриці не знаходиться далеко від внутрішньої складки мембрани. Складки і велика площа поверхні допомагають мітохондріальній функції, збільшуючи потенційну швидкість передачі між матрицею і міжмембранним простором по внутрішній мембрані.
Чому мітохондрії важливі?
У той час як поодинокі клітини еволюціонували без мітохондрій чи інших органел, пов'язаних з мембраною, складні багатоклітинні організми і теплокровні тварини, такі як ссавці, отримують свою енергію від клітинного дихання на основі мітохондріальної функції.
Функції високої енергії, такі як серцеві м’язи або пташині крила, мають високі концентрації мітохондрій, які забезпечують необхідну енергію.
Завдяки своїй функції синтезу АТФ мітохондрії в м’язах та інших клітинах виробляють тепло тіла для утримання теплокровних тварин при стабільній температурі. Саме ця концентрована здатність виробництва енергії мітохондрій робить можливою високоенергетичну діяльність та виробництво тепла у вищих тварин.
Мітохондріальні функції
Цикл виробництва енергії в мітохондріях покладається на ланцюг транспорту електронів разом з циклом лимонної кислоти або Кребсом.
Детальніше про цикл Кребса.
Процес розщеплення вуглеводів, таких як глюкоза для отримання АТФ, називається катаболізмом. Електрони від окислення глюкози пропускаються по ланцюгу хімічної реакції, що включає цикл лимонної кислоти.
Енергія від відновлення-відновлення або окислювально-відновних реакцій використовується для перенесення протонів з матриці, де відбуваються реакції. Кінцева реакція ланцюга функціонування мітохондрій - це та реакція, в якій кисень з клітинного дихання піддається редукції до утворення води. Кінцевими продуктами реакцій є вода та АТФ.
Основними ферментами, відповідальними за вироблення мітохондріальної енергії, є нікотинамід-аденин-динуклеотид-фосфат (НАДФ), нікотинамід-аденін-динуклеотид (НАД), аденозиндифосфат (АДФ) та флавудин-аденін-динуклеотид (ФАД).
Вони працюють разом, щоб допомогти перенести протони з молекул водню в матриці через внутрішню мітохондріальну мембрану. Це створює хімічний та електричний потенціал по всій мембрані, коли протони повертаються до матриці за допомогою ферменту АТФ-синтази, в результаті чого відбувається фосфорилювання та вироблення аденозинтрифосфату (АТФ).
Читайте про структуру та функції АТФ.
Синтез АТФ і молекули АТФ є основними носіями енергії в клітинах і можуть використовуватися клітинами для виробництва хімічних речовин, необхідних для живих організмів.
••• Наукові роботиОкрім того, що є виробниками енергії, мітохондрії можуть допомагати при передачі сигналів від клітини до клітини шляхом вивільнення кальцію.
Мітохондрії мають здатність зберігати кальцій в матриці і можуть вивільняти його при наявності певних ферментів або гормонів. В результаті клітини, що виробляють такі запускаючі хімікати, можуть бачити сигнал підвищення кальцію від вивільнення мітохондріями.
В цілому мітохондрії є життєво важливим компонентом живих клітин, допомагаючи при взаємодії з клітинами, поширюючи складні хімічні речовини і виробляючи АТФ, що становить енергетичну основу для всього життя.
Внутрішня та зовнішня мітохондріальні мембрани
Мітохондріальна подвійна мембрана виконує різні функції як для внутрішньої, так і для зовнішньої оболонки та двох мембран і складаються з різних речовин.
Зовнішня мітохондріальна мембрана закриває рідину міжмембранного простору, але вона повинна дозволяти хімікатам, які мітохондріям потрібно проходити через неї. Молекули накопичення енергії, що виробляються мітохондріями, повинні мати можливість залишити органелу та доставляти енергію до решти клітини.
Для забезпечення таких переносів зовнішня мембрана складається з фосфоліпідів і білкових структур, званих порiни які залишають крихітні отвори або пори на поверхні мембрани.
Міжмембранний простір містить рідину, що має склад, подібний до складу цитозолу, що складається з рідини навколишньої клітини.
Невеликі молекули, іони, поживні речовини та енергоносна молекула АТФ, що утворюються синтезом АТФ, можуть проникати у зовнішню мембрану та переходити між рідиною міжмембранного простору та цитозолом.
Внутрішня мембрана має складну структуру з ферментами, білками та жирами, що дозволяють вільно проходити мембрані лише води, вуглекислого газу та кисню.
Інші молекули, включаючи великі білки, можуть проникати в мембрану, але лише через спеціальні транспортні білки, що обмежують їх проходження. Велика поверхня внутрішньої мембрани, що виникає в результаті складок кришталів, забезпечує простір для всіх цих складних білкових та хімічних структур.
Їх велика кількість дозволяє високий рівень хімічної активності та ефективне виробництво енергії.
Називається процес, за допомогою якого енергія виробляється за рахунок хімічних передач по внутрішній мембрані окисне фосфорилювання.
Під час цього процесу окислення вуглеводів в мітохондріях перекачує протони через внутрішню мембрану з матриці в міжмембранний простір. Дисбаланс протонів змушує протони дифундувати назад по внутрішній мембрані в матрицю через ферментний комплекс, який є формою попередника АТФ і називається АТФ-синтазою.
Потік протонів через АТФ-синтазу в свою чергу є основою синтезу АТФ, і він виробляє молекули АТФ, основний механізм накопичення енергії в клітинах.
Що в матриці?
В’язка рідина всередині внутрішньої мембрани називається матрицею.
Він взаємодіє з внутрішньою мембраною, щоб виконувати основні енерговиробляючі функції мітохондрій. Він містить ферменти та хімічні речовини, які беруть участь у циклі кребів для отримання АТФ з глюкози та жирних кислот.
Матриця - це місце знаходження мітохондріального геному, що складається з круглої ДНК, і де розташовані рибосоми. Наявність рибосом і ДНК означає, що мітохондрії можуть виробляти свої власні білки і можуть розмножуватися, використовуючи власну ДНК, не покладаючись на поділ клітин.
Якщо мітохондрії здаються крихітними, повноцінними клітинами самостійно, це тому, що вони, ймовірно, були окремими клітинами в один момент, коли поодинокі клітини ще розвивалися.
Мітохондріоноподібні бактерії потрапляли у більші клітини як паразити, і їм було дозволено залишатися, оскільки розташування було взаємовигідним.
Бактерії змогли розмножуватися в безпечному середовищі і постачали енергію в більшу клітину. Протягом сотень мільйонів років бактерії стали інтегруватися в багатоклітинні організми і перетворилися в сучасні мітохондрії.
Оскільки вони сьогодні знаходяться в клітинах тварин, вони складають ключову частину ранньої еволюції людини.
Оскільки мітохондрії розмножуються незалежно на основі мітохондріального геному і не беруть участі в поділі клітин, нові клітини просто успадковують мітохондрії, які трапляються у їхній частині цитозолу, коли клітина ділиться.
Ця функція важлива для розмноження вищих організмів, у тому числі людини, оскільки ембріони розвиваються із заплідненої яйцеклітини.
Яйцеклітина матері є великою і містить багато мітохондрій у своєму цитозолі, тоді як запліднильна сперматозоїда у батька майже не існує. Як результат, діти успадковують мітохондрії та мітохондріальну ДНК від своєї матері.
Завдяки своїй функції синтезу АТФ в матриці та через клітинному диханні по подвійній мембрані мітохондрії та мітохондріальна функція є ключовим компонентом тваринних клітин і допомагають зробити життя таким, наскільки це можливо.
Клітинна структура з пов'язаними з мембраною органелами відіграла важливу роль в еволюції людини, і мітохондрії внесли істотний внесок.