Mitochondrie: jaké jsou, vlastnosti a funkce

Mitochondrie jsou malé organely nachází se v našich buňkách a v buňkách prakticky všech eukaryotických organismů.

Jejich funkce je velmi důležitá pro život organismu, protože produkují určitý druh paliva, takže uvnitř buňky mohou probíhat metabolické procesy.

Níže uvidíme podrobněji, jaké jsou tyto organely, jaké jsou jejich části, funkce a jaká hypotéza byla nastolena, aby vysvětlila, jak vznikly.

• Související článek: „Nejdůležitější části buněk a organely: přehled"

Co jsou mitochondrie

Mitochondrie jsou a organely přítomné ve vnitřku eukaryotických buněk, které mají velmi důležitou funkci pro život, protože jsou odpovědné za poskytování energie buňce a umožňují jí provádět různé metabolické procesy. Jeho tvar je kruhový a protáhlý, s několika vrstvami a hřebeny uvnitř, kde do sebe zapadají. bílkoviny, které umožňují provádění různých procesů za účelem dodávání této energie ve formě ATP (adenosin trifosfát).

Tyto organely se mohou v prostředí buňky objevit v proměnlivém počtu a jejich množství přímo souvisí s energetickými potřebami buňky. Proto lze v závislosti na tkáni, která tvoří buňku, očekávat více či méně mitochondrie. Například v játrech, kde je vysoká aktivita enzymu, mají jaterní buňky často několik těchto organel.

Morfologie

Mitochondrie je, jak můžete očekávat, velmi malá struktura o velikosti od 0,5 do 1 μm (mikrometry) o průměru až 8 μm na délku, s nataženým, polokulovitým tvarem, jako tučná klobása.

Množství mitochondrií uvnitř buňky přímo souvisí s její energetickou potřebou. Čím více energie je potřeba, tím více mitochondrií bude buňka potřebovat. Sada mitochondrií se nazývá buněčný chondriom.

Mitochondrie jsou obklopeny dvěma membránami s odlišnými funkcemi, pokud jde o enzymatickou aktivitu, oddělené v tři prostory: cytosol (nebo cytoplazmatická matice), mezimembránový prostor a mitochondriální matice.

1. Vnější membrána

Je to vnější lipidová dvojvrstva, propustná pro ionty, metabolity a mnoho polypeptidů. Obsahuje proteiny tvořící póry, nazývané poriny, které tvoří napěťově řízený aniontový kanál. Tyto kanály umožňují průchod velkých molekul až do 5 000 daltonů a přibližného průměru 20 Å (ångström)

Vnější membrána spíše plní několik enzymatických nebo transportních funkcí. Obsahuje mezi 60% a 70% bílkovin.

2. Vnitřní membrána

Vnitřní membrána je složena z přibližně 80% bílkovin a na rozdíl od své protějšku, vnější, postrádá póry a je vysoce selektivní. Obsahuje mnoho enzymových komplexů a transmembránových transportních systémů, které se podílejí na translokaci molekul, tj. jejich přesunu z jednoho místa na druhé.

3. Mitochondriální hřebeny

Ve většině eukaryotických organismů se mitochondriální hřebeny objevují jako zploštělé, kolmé septa. Předpokládá se, že počet hřebenů v mitochondriích je odrazem jejich buněčné aktivity. Hřebeny představují významné zvýšení povrchové plochy, takže mohou být spojeny proteiny užitečné pro různé procesy které se odehrávají uvnitř mitochondrií.

Jsou připojeny k vnitřní membráně v konkrétních bodech, ve kterých bude usnadněn transport metabolitů mezi různými kompartmenty mitochondrií. V této části mitochondrií se provádějí funkce související s oxidačním metabolismem, jako je dýchací řetězec nebo oxidativní fosforylace. Tady můžeme zdůraznit následující biochemické sloučeniny:

• Řetězec transportu elektronů, složený ze čtyř fixních komplexů enzymů a dvou mobilních transportérů elektronů.
• Enzymový komplex, vodíkový iontový kanál a ATP syntáza, který katalyzuje syntézu ATP (oxidační fosforylace).
• Transportní proteiny, které umožňují průchod iontů a molekul, mezi nejvýznamnější patří mastné kyseliny, kyselina pyrohroznová, ADP, ATP, O2 a voda; lze zvýraznit:

4. Mezimembránový prostor

Mezi oběma membránami je prostor, který obsahuje kapalinu podobnou cytoplazmě s vysokou koncentrací protonů v důsledku čerpání těchto subatomárních částic enzymatickými komplexy řetězce respirační.

V tomto intramembranózním médiu jsou umístěny různé enzymy podílející se na přenosu vysokoenergetické vazby ATP, jako je adenylátkináza nebo kreatinkináza. Kromě toho lze nalézt karnitin, látku podílející se na transportu mastných kyselin z cytoplazmy do mitochondriálního nitra, kde budou oxidovány.

5. Mitochondriální matice

Mitochondriální matice, také nazývaný mitosol, obsahuje méně molekul než cytosol, i když v něm najdete také ionty, metabolity, které mají být oxidovány, kruhová DNA podobná bakteriím a některým ribozomy (mytribosomy), které provádějí syntézu některých mitochondriálních proteinů a ve skutečnosti obsahují RNA mitochondriální.

Má stejné organely jako volně žijící prokaryotické organismy, které se od našich buněk liší tím, že postrádají jádro.

V této matrici existuje několik základních metabolických cest pro život, jako je Krebsův cyklus a beta-oxidace mastných kyselin.

Fúze a štěpení

Mitochondrie mají schopnost relativně snadno se rozdělit a spojit, což jsou dvě akce, které se v buňkách neustále vyskytují. To zahrnuje smíchání a rozdělení mitochondriální DNA každé z těchto organelárních jednotek..

V eukaryotických buňkách nejsou žádné jednotlivé mitochondrie, ale síť připojená k proměnlivému počtu mitochondriálních DNA. Jednou z možných funkcí tohoto jevu je sdílení syntetizovaných produktů v různých částech sítě, oprava lokálních defektů nebo jednoduše sdílení jejich DNA.

Pokud se spojí dvě buňky, které mají různé mitochondrie, bude síť mitochondrií, které se vynoří z unie, homogenní už po 8 hodinách. Protože mitochondrie se neustále spojují a dělí, je obtížné stanovit celkový počet těchto organel v buňce určité tkáně, i když lze předpokládat, že ty tkáně, které fungují nejvíce nebo vyžadují nejvíce energie, budou mít mnoho mitochondrií v důsledku štěpení.

Mitochondriální dělení je zprostředkováno bílkovinami, velmi podobnými dynaminům, které se podílejí na tvorbě vezikul. Bod, ve kterém se tyto organely začínají dělit, velmi závisí na jejich interakci s endoplazmatickým retikulem. Membrány retikula obklopují mitochondrii, stahují ji a nakonec rozdělují na dvě části.

• Mohlo by vás zajímat: "Hlavní typy buněk lidského těla"

Funkce

Hlavní funkcí mitochondrií je produkce ATP, která je známá jako palivo pro buněčné procesy. Nicméně, také provádějí část metabolismu mastných kyselin prostřednictvím beta-oxidace, navíc působí jako zásobárna vápníku.

Navíc ve výzkumu v posledních letech tato organela souvisela s apoptózou, to je buněčná smrt, kromě rakoviny a stárnutí těla a vzniku degenerativních onemocnění, jako je Parkinsonova choroba nebo cukrovka.

Jednou z výhod mitochondrií pro genetické testování je jejich DNA, která pochází přímo z mateřské linie. Výzkumníci v genealogii a antropologii používají tuto DNA k založení rodokmenů. Tato DNA není vystavena genetické rekombinaci v důsledku sexuální reprodukce.

1. ATP syntéza

Právě v mitochondriích se většina ATP produkuje pro nefotosyntetické eukaryotické buňky.

Metabolizují acetyl-koenzym Apomocí enzymatického cyklu kyseliny citrónové a produkce oxidu uhličitého (CO2) a NADH. NADH se vzdává elektronů do transportního řetězce elektronů ve vnitřní mitochondriální membráně. Tyto elektrony cestují, dokud nedosáhnou molekuly kyslíku (O2), čímž vytvoří molekulu vody (H2O).

Tento transport elektronů je spojen s transportem protonů, který vychází z matice a dosahuje mezimembránového prostoru. Je to protonový gradient, který umožňuje syntetizovat ATP díky působení látky zvané ATP syntáza, připojení fosfátu k ADP a použití kyslíku jako finálního akceptoru elektronů (fosforylace oxidační).

Řetězec transportu elektronů je znám jako dýchací řetězec, obsahuje 40 proteinů.

2. Metabolismus lipidů

Dobré množství lipidů přítomných v buňkách je díky mitochondriální aktivitě. Kyselina lysofosfatidová se vyrábí v mitochondriích, ze kterých se syntetizují triacylglyceroly.

Syntetizují se také kyselina fosfatidová a fosfatidylglycerol, které jsou nezbytné pro výrobu kardiolipinu a fosfatidylethanolaminu.

Původ mitochondrií: buňky v buňkách?

V roce 1980 Lynn Margulis, jedna z nejdůležitějších žen ve vědě, obnovila starou teorii o původu této organely a přeformulovala ji jako endosymbiotickou teorii. Podle jeho verze, aktualizovanější a založené na vědeckých důkazech, asi před 1 500 miliony let, prokaryotická buňka, tj. bez jádra, dokázala získat energii z organických živin pomocí molekulárního kyslíku jako oxidantu.

Během procesu fúzoval s jinou prokaryotickou buňkou nebo s tím, co mohlo být prvními eukaryotickými buňkami, přičemž byl fagocytován, aniž by byl tráven. Tento jev je založen na realitě, protože bakterie byly pohlceny ostatními, ale aniž by ukončily svůj život. Absorbovaná buňka navázala symbiotický vztah se svým hostitelem a poskytovala jí energii ve formě ATP.a hostitel poskytl stabilní prostředí bohaté na živiny. Tato velká vzájemná výhoda byla konsolidována, nakonec se stala její součástí, a to by byl původ mitochondrií.

Tato hypotéza je zcela logická, vezmeme-li v úvahu morfologické podobnosti mezi bakteriemi, volně žijícími prokaryotickými organismy a mitochondriemi. Například oba mají podlouhlý tvar, mají podobné vrstvy a co je nejdůležitější, jejich DNA je kruhová. Kromě toho se mitochondriální DNA velmi liší od DNA buněčného jádra, což vyvolává dojem, že jde o dva různé organismy.

Bibliografické odkazy:

• Friedman, J. R., Nunnari, J.. (2014). Mitochondriální forma a funkce. Příroda. 505: 335-343.
• Kiefel, B. R., Gilson, P. R., buk P. L. (2006). Buněčná biologie mitochondriální dynamiky. Mezinárodní přehled cytologie. 254: 151-213.
• MacAskill, A. F., Kittler, J. T. (2010). Řízení mitochondriálního transportu a lokalizace v neuronech. Trendy v buněčné biologii. 20: 102-112