Митохондрии: какви са те, характеристики и функции

Митохондриите са малки органели намира се в нашите клетки и в тези на практически всички еукариотни организми.

Тяхната функция е много важна за живота на организма, тъй като те са производители на вид гориво, така че метаболитните процеси могат да се извършват вътре в клетката.

По-долу ще видим по-задълбочено какви са тези органели, какви са техните части, техните функции и каква хипотеза е издигната, за да обясни как са възникнали.

• Свързана статия: "Най-важните клетъчни части и органели: общ преглед"

Какво представляват митохондриите

Митохондриите са a органели, присъстващи във вътрешността на еукариотната клетка, които имат много важна функция за живота, тъй като те са отговорни за осигуряването на енергия на клетката, позволявайки й да извършва различни метаболитни процеси. Формата му е кръгла и разтегната, има няколко слоя и хребети вътре, където те си пасват. протеини, които позволяват провеждането на различни процеси, за да се даде тази енергия, под формата на АТФ (аденозин трифосфат).

Тези органели могат да се появят в променлив брой в клетъчната среда и количеството им е пряко свързано с енергийните нужди на клетката. Ето защо, в зависимост от тъканта, която формира клетката, могат да се очакват повече или по-малко митохондрии. Например в черния дроб, където има висока ензимна активност, чернодробните клетки често имат няколко от тези органели.

Морфология

Митохондрията е, както може да се очаква, много малка структура, с размери от 0,5 до 1 μm (микрометри) в диаметър и до 8 μm дължина, с опъната полусферична форма, подобна на тлъста наденица.

Количеството на митохондриите вътре в клетката е пряко свързано с нейните енергийни нужди. Колкото повече енергия е необходима, толкова повече митохондрии ще са необходими на клетката. Наборът от митохондрии се нарича клетъчен хондриом.

Митохондриите са заобиколени от две мембрани с различни функции по отношение на ензимната активност, разделени в три пространства: цитозол (или цитоплазмен матрикс), междумембранно пространство и митохондриална матрица.

1. Външна мембрана

Това е външен липиден бислой, пропусклив за йони, метаболити и много полипептиди. Съдържа протеини, образуващи пори, наречени порини, които изграждат анионния канал с напрежение. Тези канали позволяват преминаването на големи молекули до 5000 далтона и приблизителен диаметър 20 Å (ångström)

По-скоро външната мембрана изпълнява малко ензимни или транспортни функции. Съдържа между 60% и 70% протеин.

2. Вътрешна мембрана

Вътрешната мембрана е изградена от около 80% протеини и за разлика от нейната двойка, външната, тя няма пори и е силно селективна. Съдържа много ензимни комплекси и трансмембранни транспортни системи, които участват в транслокацията на молекулите, тоест преместването им от едно място на друго.

3. Митохондриални хребети

В повечето еукариотни организми митохондриалните хребети изглеждат като сплескани, перпендикулярни прегради. Смята се, че броят на хребетите в митохондриите е отражение на тяхната клетъчна активност. Хребети представляват значително увеличение на повърхността, така че протеините, полезни за различни процеси, могат да бъдат куплирани които се провеждат в митохондриите.

Те са свързани с вътрешната мембрана в определени точки, в които ще се улесни транспортирането на метаболити между различните отделения на митохондриите. В тази част на митохондриите се осъществяват функции, свързани с окислителния метаболизъм, като дихателната верига или окислителното фосфорилиране. Тук можем да подчертаем следните биохимични съединения:

• Електронната транспортна верига, съставена от четири фиксирани ензимни комплекса и два мобилни електронни транспортера.
• Ензимен комплекс, водородният йон канал и АТФ синтазата, който катализира синтеза на АТФ (окислително фосфорилиране).
• Транспортерни протеини, които позволяват преминаването на йони и молекули през него, сред най-забележителните имаме мастни киселини, пировиноградна киселина, ADP, ATP, O2 и вода; може да се подчертае:

4. Междумембранно пространство

Между двете мембрани има пространство, което съдържа течност, подобна на цитоплазмата, с висока концентрация на протоните, поради изпомпването на тези субатомни частици от ензимните комплекси на веригата дихателна.

В рамките на тази интрамембранозна среда са разположени различни ензими, участващи в трансфера на високоенергийната връзка на АТФ, като аденилат киназа или креатин киназа. Освен това може да се намери карнитин, вещество, участващо в транспорта на мастни киселини от цитоплазмата до вътрешността на митохондриите, където те ще бъдат окислени.

5. Митохондриална матрица

Митохондриалната матрица, наричан още митозол, съдържа по-малко молекули от цитозола, въпреки че в него можете също да намерите йони, метаболити, които да бъдат окислени, кръгова ДНК, подобна на тази на бактериите и някои рибозоми (митрибозоми), които осъществяват синтеза на някои митохондриални протеини и всъщност съдържат РНК митохондриални.

Той има същите органели като свободно живеещите прокариотни организми, които се различават от нашите клетки поради липса на ядро.

В тази матрица има няколко основни метаболитни пътища за живота, като цикъла на Кребс и бета-окисляването на мастни киселини.

Сливане и делене

Митохондриите имат способността да се делят и да се сливат относително лесно и това са две действия, които постоянно се случват в клетките. Това включва смесване и разделяне на митохондриалната ДНК на всяка от тези органелни единици..

В еукариотните клетки няма отделни митохондрии, а по-скоро мрежа, свързана с променлив брой митохондриална ДНК. Една от възможните функции на това явление е да споделя продукти, синтезирани от различни части на мрежата, да коригира локални дефекти или просто да споделя тяхната ДНК.

Ако се сливат две клетки, които имат различни митохондрии, мрежата от митохондрии, които ще излязат от съединението, ще бъде хомогенна само след 8 часа. Тъй като митохондриите постоянно се присъединяват и разделят, е трудно да се установи общият брой на тези органели в клетка на определена тъкан, въпреки че може да се приеме, че тези тъкани, които работят най-много или изискват най-много енергия, ще имат много митохондрии в резултат на цепнатини.

Митохондриалното делене се медиира от протеини, много подобни на динамините, които участват в генерирането на везикули. Точката, в която тези органели започват да се делят, силно зависи от тяхното взаимодействие с ендоплазмения ретикулум. Ретикулумните мембрани обграждат митохондрията, свивайки я и накрая я разделяйки на две.

• Може да се интересувате: "Основни клетъчни типове на човешкото тяло"

Характеристика

Основната функция на митохондриите е производството на АТФ, който е известен като гориво за клетъчни процеси. Въпреки това, те осъществяват и част от метаболизма на мастните киселини чрез бета-окисление, освен че действат като запас за калций.

В допълнение, в изследванията през последните години тази органела е свързана с апоптоза, това е клетъчна смърт, в допълнение към рак и стареене на тялото, и появата на дегенеративни заболявания като Паркинсон или диабет.

Едно от предимствата на генетичните тестове, предлагани от митохондриите, е тяхната ДНК, която идва директно от майчината линия. Изследователите в генеалогията и антропологията използват тази ДНК за установяване на родословни дървета. Тази ДНК не подлежи на генетична рекомбинация поради сексуално размножаване.

1. АТФ синтез

В митохондриите по-голямата част от АТФ се произвежда за нефотосинтетични еукариотни клетки.

Те метаболизират ацетил-коензим А, чрез ензимен цикъл на лимонена киселина и произвеждащ въглероден диоксид (CO2) и NADH. NADH отдава електрони на електронна транспортна верига във вътрешната митохондриална мембрана. Тези електрони пътуват, докато достигнат молекула кислород (O2), произвеждайки молекула вода (H2O).

Този транспорт на електрони е свързан с този на протоните, идващи от матрицата и достигащи междумембранното пространство. Това е протонният градиент, който позволява АТФ да се синтезира благодарение на действието на вещество, наречено АТФ синтаза, свързване на фосфат към ADP и използване на кислород като краен електронен акцептор (фосфорилиране окислително).

Електронната транспортна верига е известна като дихателна верига, съдържа 40 протеина.

2. Липиден метаболизъм

Доброто количество липиди в клетките се дължи на митохондриалната активност. Лизофосфатидната киселина се произвежда в митохондриите, от който се синтезират триацилглицероли.

Синтезират се също фосфатидна киселина и фосфатидилглицерол, които са необходими за производството на кардиолипин и фосфатидил етаноламин.

Произходът на митохондриите: клетки в клетките?

През 1980 г. Лин Маргулис, една от най-важните жени в науката, възстановява стара теория за произхода на тази органела, преформулирайки я като ендосимбиотична теория. Според неговата версия, по-актуализирана и базирана на научни доказателства, преди около 1500 милиона години, прокариотна клетка, т.е. без ядро, успя да получи енергия от органични хранителни вещества, използвайки молекулярен кислород като окислител.

По време на процеса той се слива с друга прокариотна клетка или с това, което може да са били първите еукариотни клетки, като се фагоцитира, без да се усвоява. Това явление се основава на реалността, тъй като бактериите са били поглъщащи други, но без да прекратяват живота си. Абсорбираната клетка установява симбиотична връзка със своя гостоприемник, осигурявайки й енергия под формата на АТФ., а гостоприемникът осигури стабилна и богата на хранителни вещества среда. Тази голяма взаимна изгода беше консолидирана, като в крайна сметка стана част от нея и това щеше да е началото на митохондриите.

Тази хипотеза е съвсем логична, ако се вземат предвид морфологичните прилики между бактериите, свободно живеещите прокариотни организми и митохондриите. Например и двете са с удължена форма, имат сходни слоеве и най-важното е, че тяхната ДНК е кръгла. Освен това митохондриалната ДНК е много различна от тази на клетъчното ядро, създавайки впечатлението, че това са два различни организма.

Библиографски справки:

• Фридман, Дж. R., Nunnari, J.. (2014). Митохондриална форма и функции. Природата. 505: 335-343.
• Kiefel, B. R., Gilson, P. Р., Бук П. L. (2006). Клетъчна биология на митохондриалната динамика. Международен преглед на цитологията. 254: 151-213.
• MacAskill, A. F., Kittler, J. T. (2010). Контрол на митохондриалния транспорт и локализация в невроните. Тенденции в клетъчната биология. 20: 102-112