Μιτοχόνδρια: ποια είναι αυτά, χαρακτηριστικά και λειτουργίες

Τα μιτοχόνδρια είναι μικρά οργανίδια βρίσκονται στα κύτταρα μας και σε αυτά σχεδόν όλων των ευκαρυωτικών οργανισμών.

Η λειτουργία τους είναι πολύ σημαντική για τη ζωή του οργανισμού, καθώς είναι οι παραγωγοί ενός είδους καυσίμου, έτσι ώστε οι μεταβολικές διεργασίες να μπορούν να διεξάγονται μέσα στο κύτταρο.

Παρακάτω θα δούμε σε βάθος ποια είναι αυτά τα οργανίδια, ποια είναι τα μέρη τους, οι λειτουργίες τους και ποια υπόθεση έχει τεθεί για να εξηγήσει πώς προήλθαν.

• Σχετικό άρθρο: "Τα πιο σημαντικά μέρη των κυττάρων και τα οργανίδια: μια επισκόπηση"

Τι είναι τα μιτοχόνδρια

Τα μιτοχόνδρια είναι α οργανίδια που υπάρχουν στο εσωτερικό των ευκαρυωτικών κυττάρων που έχουν πολύ σημαντική λειτουργία για τη ζωή, δεδομένου ότι είναι υπεύθυνα για την παροχή ενέργειας στο κύτταρο, επιτρέποντάς του να εκτελεί διάφορες μεταβολικές διαδικασίες. Το σχήμα του είναι κυκλικό και τεντωμένο, με διάφορα στρώματα και κορυφογραμμές μέσα, όπου ταιριάζουν μεταξύ τους. πρωτεΐνες που επιτρέπουν την πραγματοποίηση διαφόρων διεργασιών προκειμένου να δοθεί αυτή η ενέργεια, με τη μορφή ΑΤΡ (αδενοσίνη τριφωσφορικό).

Αυτά τα οργανίδια μπορούν να εμφανίζονται σε μεταβλητό αριθμό στο κυτταρικό περιβάλλον και η ποσότητα τους σχετίζεται άμεσα με τις ενεργειακές ανάγκες του κυττάρου. Γι 'αυτό, ανάλογα με τον ιστό που σχηματίζει το κύτταρο, αναμένονται περισσότερο ή λιγότερο μιτοχόνδρια. Για παράδειγμα, στο ήπαρ, όπου υπάρχει υψηλή ενζυμική δραστηριότητα, τα ηπατικά κύτταρα συχνά έχουν πολλά από αυτά τα οργανίδια.

Μορφολογία

Το μιτοχόνδριο είναι, όπως θα περίμενε κανείς, μια πολύ μικρή δομή, που κυμαίνεται σε μέγεθος από 0,5 έως 1 μm (μικρόμετρα) σε διάμετρο και μήκος έως 8 μm, με τεντωμένο, ημισφαιρικό σχήμα, όπως α λιπαρό λουκάνικο.

Η ποσότητα των μιτοχονδρίων μέσα στο κύτταρο σχετίζεται άμεσα με τις ενεργειακές του ανάγκες. Όσο περισσότερη ενέργεια απαιτείται, τόσο περισσότερα μιτοχόνδρια θα χρειαστεί το κύτταρο. Το σύνολο των μιτοχονδρίων ονομάζεται κυτταρικό χόνδριο.

Τα μιτοχόνδρια περιβάλλονται από δύο μεμβράνες με διαφορετικές λειτουργίες ως προς την ενζυματική δραστηριότητα, χωρισμένες σε τρεις χώροι: κυτοσόλη (ή κυτταροπλασματική μήτρα), διαμεμβρανικός χώρος και μιτοχονδριακή μήτρα.

1. Εξωτερική μεμβράνη

Είναι ένα εξωτερικό στρώμα λιπιδίων, διαπερατό από ιόντα, μεταβολίτες και πολλά πολυπεπτίδια. Περιέχει πρωτεΐνες που σχηματίζουν πόρους, που ονομάζονται πορίνες, που αποτελούν ένα κανάλι ανιόντων με τάση. Αυτά τα κανάλια επιτρέπουν τη διέλευση μεγάλων μορίων έως 5.000 daltons και κατά προσέγγιση διαμέτρου 20 Å (strngström)

Αντίθετα, η εξωτερική μεμβράνη εκτελεί λίγες ενζυματικές ή μεταφορικές λειτουργίες. Περιέχει μεταξύ 60% και 70% πρωτεΐνης.

2. Εσωτερική μεμβράνη

Η εσωτερική μεμβράνη αποτελείται από περίπου 80% πρωτεΐνες, και σε αντίθεση με την αντίστοιχη, την εξωτερική, δεν έχει πόρους και είναι ιδιαίτερα επιλεκτική. Περιέχει πολλά σύμπλοκα ενζύμων και διαμεμβρανικά συστήματα μεταφοράς, τα οποία εμπλέκονται στη μετατόπιση μορίων, δηλαδή τη μετακίνηση τους από το ένα μέρος στο άλλο.

3. Μιτοχονδριακές κορυφογραμμές

Στους περισσότερους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, οι μιτοχονδριακές κορυφογραμμές εμφανίζονται ως επίπεδες, κάθετες διαφράξεις. Ο αριθμός των κορυφογραμμών στα μιτοχόνδρια πιστεύεται ότι αντικατοπτρίζει την κυτταρική τους δραστηριότητα. Κορυφογραμμές αντιπροσωπεύουν μια σημαντική αύξηση της επιφάνειας έτσι ώστε οι πρωτεΐνες που είναι χρήσιμες για διαφορετικές διεργασίες να μπορούν να συζευχθούν που λαμβάνουν χώρα μέσα στα μιτοχόνδρια.

Συνδέονται με την εσωτερική μεμβράνη σε συγκεκριμένα σημεία, στα οποία θα διευκολύνεται η μεταφορά μεταβολιτών μεταξύ των διαφόρων διαμερισμάτων των μιτοχονδρίων. Σε αυτό το μέρος των μιτοχονδρίων, εκτελούνται λειτουργίες που σχετίζονται με τον οξειδωτικό μεταβολισμό, όπως η αναπνευστική αλυσίδα ή η οξειδωτική φωσφορυλίωση. Εδώ μπορούμε να επισημάνουμε τις ακόλουθες βιοχημικές ενώσεις:

• Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, αποτελούμενη από τέσσερα σταθερά σύμπλοκα ενζύμων και δύο κινητούς μεταφορείς ηλεκτρονίων.
• Ένα σύμπλεγμα ενζύμων, το κανάλι ιόντων υδρογόνου και η συνθάση ΑΤΡ, που καταλύει τη σύνθεση του ΑΤΡ (οξειδωτική φωσφορυλίωση).
• Μεταφορικές πρωτεΐνες, οι οποίες επιτρέπουν τη διέλευση ιόντων και μορίων μέσω αυτού, μεταξύ των πιο αξιοσημείωτων έχουμε λιπαρά οξέα, πυρουβικό οξύ, ADP, ATP, O2 και νερό. μπορεί να επισημανθεί:

4. Διαμεμβρανικός χώρος

Μεταξύ των δύο μεμβρανών, υπάρχει ένας χώρος που περιέχει ένα υγρό παρόμοιο με το κυτόπλασμα, με υψηλή συγκέντρωση πρωτονίων, λόγω της άντλησης αυτών των υποατομικών σωματιδίων από τα σύμπλοκα ενζύμων της αλυσίδας αναπνευστικός.

Μέσα σε αυτό το ενδομεμβρανικό μέσο βρίσκονται διάφορα ένζυμα, που εμπλέκονται στη μεταφορά του δεσμού υψηλής ενέργειας του ATP, όπως αδενυλική κινάση ή κρεατινική κινάση. Επιπλέον, μπορεί να βρεθεί καρνιτίνη, μια ουσία που εμπλέκεται στη μεταφορά λιπαρών οξέων από το κυτταρόπλασμα στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων, όπου θα οξειδωθούν.

5. Μιτοχονδριακός πίνακας

Η μιτοχονδριακή μήτρα, ονομάζεται επίσης μιτοσόλη, περιέχει λιγότερα μόρια από το κυτοσόλιο, αν και σε αυτό μπορείτε επίσης να βρείτε ιόντα, μεταβολίτες που θα οξειδωθούν, κυκλικό DNA παρόμοιο με αυτό των βακτηρίων και ορισμένων ριβοσώματα (μυτριβοσώματα), τα οποία πραγματοποιούν τη σύνθεση ορισμένων μιτοχονδριακών πρωτεϊνών και περιέχουν πραγματικά RNA μιτοχονδριακό.

Έχει τα ίδια οργανίδια με τους προκαρυωτικούς οργανισμούς που ζουν ελεύθερα, οι οποίοι διαφέρουν από τα κύτταρα μας λόγω έλλειψης πυρήνα.

Σε αυτό το πλέγμα υπάρχουν αρκετές βασικές μεταβολικές οδοί για τη ζωή, όπως ο κύκλος Krebs και η βήτα-οξείδωση των λιπαρών οξέων.

Σύντηξη και σχάση

Τα μιτοχόνδρια έχουν την ικανότητα να διαιρούνται και να συντήκονται σχετικά εύκολα, και είναι δύο ενέργειες που συμβαίνουν συνεχώς στα κύτταρα. Αυτό συνεπάγεται ανάμιξη και διαίρεση του μιτοχονδριακού DNA καθεμιάς από αυτές τις οργανικές μονάδες..

Στα ευκαρυωτικά κύτταρα δεν υπάρχουν μεμονωμένα μιτοχόνδρια, αλλά μάλλον ένα δίκτυο συνδεδεμένο με μεταβλητό αριθμό μιτοχονδριακών DNA. Μία από τις πιθανές λειτουργίες για αυτό το φαινόμενο είναι να μοιράζεστε συνθετικά προϊόντα από διαφορετικά μέρη του δικτύου, να διορθώνετε τοπικά ελαττώματα ή, απλά, να μοιράζεστε το DNA τους.

Εάν δύο κύτταρα που έχουν διαφορετική ασφάλεια μιτοχονδρίων, το δίκτυο μιτοχονδρίων που θα προκύψει από την ένωση θα είναι ομοιογενές μετά από μόλις 8 ώρες. Επειδή τα μιτοχόνδρια ενώνονται και διαιρούνται συνεχώς, είναι δύσκολο να προσδιοριστεί ο συνολικός αριθμός αυτών των οργανιδίων σε ένα κύτταρο ενός ορισμένους ιστούς, αν και μπορεί να υποτεθεί ότι αυτοί οι ιστοί που λειτουργούν περισσότερο ή απαιτούν την περισσότερη ενέργεια θα έχουν πολλά μιτοχόνδρια ως αποτέλεσμα σχισμές.

Η μιτοχονδριακή διαίρεση προκαλείται από πρωτεΐνες, πολύ παρόμοιες με τις δυναμίνες, που εμπλέκονται στη δημιουργία κυστιδίων. Το σημείο στο οποίο αυτά τα οργανίδια αρχίζουν να διαιρούνται εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αλληλεπίδρασή τους με το ενδοπλασματικό δίκτυο. Οι μεμβράνες του δικτύου περικλείουν το μιτοχόνδριο, συσφίγγοντάς το και τελικά το χωρίζει σε δύο.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Κύριοι τύποι κυττάρων του ανθρώπινου σώματος"

Χαρακτηριστικά

Η κύρια λειτουργία των μιτοχονδρίων είναι η παραγωγή ATP, το οποίο είναι γνωστό ως καύσιμο για κυτταρικές διεργασίες. Παρ 'όλα αυτά, Εκτελούν επίσης μέρος του μεταβολισμού των λιπαρών οξέων μέσω της β-οξείδωσης, εκτός από το ότι ενεργούν ως αποθήκη ασβεστίου.

Επιπλέον, στην έρευνα τα τελευταία χρόνια, αυτό το οργανίδιο σχετίζεται με την απόπτωση, αυτό είναι ο κυτταρικός θάνατος, Εκτός από τον καρκίνο και τη γήρανση του σώματος, καθώς και την εμφάνιση εκφυλιστικών ασθενειών όπως το Πάρκινσον ή Διαβήτης.

Ένα από τα οφέλη για τις γενετικές δοκιμές που προσφέρονται από τα μιτοχόνδρια είναι το DNA τους, το οποίο προέρχεται απευθείας από τη μητρική γραμμή. Ερευνητές στη γενεαλογία και την ανθρωπολογία χρησιμοποιούν αυτό το DNA για να δημιουργήσουν οικογενειακά δέντρα. Αυτό το DNA δεν υποβάλλεται σε γενετικό ανασυνδυασμό λόγω σεξουαλικής αναπαραγωγής.

1. Σύνθεση ATP

Στα μιτοχόνδρια το μεγαλύτερο μέρος του ATP παράγεται για μη φωτοσυνθετικά ευκαρυωτικά κύτταρα.

Μεταβολίζουν το ακετυλο-συνένζυμο Α, μέσω ενός ενζυματικού κύκλου κιτρικού οξέος, και παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και NADH. Το NADH παραδίδει ηλεκτρόνια σε μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη. Αυτά τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν έως ότου φτάσουν σε ένα μόριο οξυγόνου (O2), παράγοντας ένα μόριο νερού (H2O).

Αυτή η μεταφορά ηλεκτρονίων συνδέεται με αυτήν των πρωτονίων, που προέρχονται από τη μήτρα και φθάνουν στον διαμεμβρανικό χώρο. Είναι η διαβάθμιση πρωτονίων που επιτρέπει τη σύνθεση του ATP χάρη στη δράση μιας ουσίας, που ονομάζεται ATP συνθάση, προσάρτηση φωσφορικού στο ADP και χρήση οξυγόνου ως τελικού δέκτη ηλεκτρονίων (φωσφορυλίωση οξειδωτικό).

Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι γνωστή ως αναπνευστική αλυσίδα, περιέχει 40 πρωτεΐνες.

2. Μεταβολισμός λιπιδίων

Μια καλή ποσότητα λιπιδίων που υπάρχει στα κύτταρα είναι χάρη στη μιτοχονδριακή δραστηριότητα. Το λυσοφωσφατιδικό οξύ παράγεται στα μιτοχόνδρια, από την οποία συντίθενται τριακυλογλυκερόλες.

Φωσφατιδικό οξύ και φωσφατιδυλογλυκερόλη συντίθενται επίσης, τα οποία είναι απαραίτητα για την παραγωγή καρδιολιπίνης και φωσφατιδυλο αιθανολαμίνης.

Η προέλευση των μιτοχονδρίων: κύτταρα εντός κυττάρων;

Το 1980, η Lynn Margulis, μια από τις σημαντικότερες γυναίκες στην επιστήμη, ανακάλυψε μια παλιά θεωρία σχετικά με την προέλευση αυτού του οργανιδίου, αναδιατυπώνοντας την ως ενδοσυμιωτική θεωρία. Σύμφωνα με την έκδοσή του, πιο ενημερωμένο και βάσει επιστημονικών στοιχείων, περίπου 1.500 εκατομμύρια χρόνια πριν, ένα προκαρυωτικό κύτταρο, δηλαδή, χωρίς πυρήνα, μπόρεσε να αποκτήσει ενέργεια από οργανικά θρεπτικά συστατικά χρησιμοποιώντας μοριακό οξυγόνο ως οξειδωτικό.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, συγχωνεύτηκε με ένα άλλο προκαρυωτικό κύτταρο, ή με αυτό που μπορεί να ήταν τα πρώτα ευκαρυωτικά κύτταρα, φαγοκυττάρωση χωρίς πέψη. Αυτό το φαινόμενο βασίζεται στην πραγματικότητα, δεδομένου ότι τα βακτήρια έχουν δει ότι καταπίνει άλλα αλλά χωρίς να τελειώνουν τη ζωή τους. Το απορροφημένο κύτταρο καθιέρωσε μια συμβιωτική σχέση με τον ξενιστή του, παρέχοντάς του ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ.και ο οικοδεσπότης παρείχε ένα σταθερό και πλούσιο σε θρεπτικά περιβάλλον. Αυτό το μεγάλο αμοιβαίο όφελος ενοποιήθηκε, τελικά έγινε μέρος αυτού, και αυτή θα ήταν η προέλευση των μιτοχονδρίων.

Αυτή η υπόθεση είναι αρκετά λογική εάν ληφθούν υπόψη οι μορφολογικές ομοιότητες μεταξύ βακτηρίων, προκαρυωτικών οργανισμών ελεύθερης ζωής και μιτοχόνδρια. Για παράδειγμα, και τα δύο είναι επιμήκη σε σχήμα, έχουν παρόμοια στρώματα, και το πιο σημαντικό, το DNA τους είναι κυκλικό. Επιπλέον, το μιτοχονδριακό DNA είναι πολύ διαφορετικό από αυτό του κυτταρικού πυρήνα, δίνοντας την εντύπωση ότι είναι δύο διαφορετικοί οργανισμοί.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Friedman, J. R., Nunnari, J. (2014). Μιτοχονδριακή μορφή και λειτουργίες. Φύση. 505: 335-343.
• Kiefel, Β. R., Gilson, Ρ. R., Beech P. ΜΕΓΑΛΟ. (2006). Κυτταρική βιολογία της μιτοχονδριακής δυναμικής. Διεθνής ανασκόπηση της κυτταρολογίας. 254: 151-213.
• MacAskill, Α. F., Kittler, J. Τ. (2010). Έλεγχος των μιτοχονδριακών μεταφορών και εντοπισμός στους νευρώνες. Τάσεις στη βιολογία των κυττάρων. 20: 102-112