Mitokondrid: mis need on, omadused ja funktsioonid

Mitokondrid on väikesed organellid leidub meie rakkudes ja praktiliselt kõigi eukarüootsete organismide rakkudes.

Nende funktsioon on organismi elu jaoks väga oluline, kuna nad toodavad teatud tüüpi kütust, nii et ainevahetusprotsesse saab rakus läbi viia.

Allpool näeme põhjalikumalt, mis need organellid on, millised on nende osad, funktsioonid ja milline hüpotees on püstitatud nende tekkimise selgitamiseks.

• Seotud artikkel: "Tähtsamad rakuosad ja organellid: ülevaade"

Mis on mitokondrid

Mitokondrid on a eukarüootse raku sisemuses esinevad organellid, millel on elu jaoks väga oluline funktsioon, kuna nad vastutavad rakule energia andmise eest, võimaldades sellel rakendada erinevaid ainevahetusprotsesse. Selle kuju on ümmargune ja venitatud, selle sees on mitu kihti ja harja, kuhu need sobivad. valgud, mis võimaldavad selle energia saamiseks ATP (adenosiin trifosfaat).

Need organellid võivad rakukeskkonnas esineda muutuvas arvus ja nende kogus on otseselt seotud raku energiavajadusega. Sellepärast võib sõltuvalt raku moodustavast koest oodata mitokondreid enam-vähem. Näiteks maksas, kus ensüümide aktiivsus on kõrge, on maksarakkudel sageli mitu neist organellidest.

Morfoloogia

Mitokondrion on, nagu võite arvata, väga väike struktuur, mille suurus jääb vahemikku 0,5–1 μm (mikromeetrit) läbimõõduga ja pikkusega kuni 8 μm, millel on venitatud poolkera kuju, nagu rasvavorst.

Mitokondrite hulk rakus on otseselt seotud selle energiavajadusega. Mida rohkem energiat vaja läheb, seda rohkem mitokondreid rakk vajab. Mitokondrite komplekti nimetatakse rakuliseks kondrioomiks.

Mitokondreid ümbritseb kaks membraani, millel on ensümaatilise aktiivsuse poolest erinevad funktsioonid, eraldatud kolm tühikut: tsütosool (või tsütoplasmaatiline maatriks), membraanidevaheline ruum ja mitokondriaalne maatriks.

1. Välismembraan

See on välimine lipiidide kaksikkiht, mis läbib ioone, metaboliite ja paljusid polüpeptiide. Sisaldab poore moodustavaid valke, mida nimetatakse poorideks ja mis moodustavad pingega piiratud anioonkanali. Need kanalid võimaldavad läbida suuri molekule kuni 5000 daltonini ja ligikaudse läbimõõduga 20 Å (ångström)

Pigem täidab välimine membraan vähe ensümaatilisi või transpordifunktsioone. Sisaldab valku 60–70%.

2. Sisemine membraan

Sisemine membraan koosneb umbes 80% valkudest ja erinevalt selle välimisest analoogist puudub sellel poorid ja see on väga selektiivne. Sisaldab paljusid ensüümide komplekse ja transmembraanseid transpordisüsteeme, mis on seotud molekulide translokatsiooniga, see tähendab, et nad liiguvad ühest kohast teise.

3. Mitokondrite harjad

Enamikus eukarüootsetes organismides ilmnevad mitokondrite harjad lamedate, risti paiknevate vaheseintena. Usutakse, et mitokondrite harjade arv peegeldab nende rakulist aktiivsust. Äärised kujutavad endast pinna olulist suurenemist, nii et erinevate protsesside jaoks kasulikud valgud saaksid olla seotud mis toimuvad mitokondrite sees.

Need on ühendatud sisemembraaniga kindlates punktides, kus hõlbustatakse metaboliitide transporti mitokondrite erinevate sektsioonide vahel. Mitokondrite selles osas viiakse läbi oksüdatiivse ainevahetusega seotud funktsioonid, näiteks hingamisahel või oksüdatiivne fosforüülimine. Siin võime välja tuua järgmised biokeemilised ühendid:

• Elektroni transpordiahel, mis koosneb neljast fikseeritud ensüümi kompleksist ja kahest liikuvast elektrontransporterist.
• Ensüümkompleks, vesinikioonkanal ja ATP süntaas, mis katalüüsib ATP sünteesi (oksüdatiivne fosforüülimine).
• Transportervalgud, mis võimaldavad selle kaudu ioone ja molekule läbida, on kõige tähelepanuväärsemad rasvhapped, püroviinhape, ADP, ATP, O2 ja vesi; saab esile tõsta:

4. Membraanidevaheline ruum

Mõlema membraani vahel on ruum, mis sisaldab tsütoplasmaga sarnast vedelikku, millel on kõrge kontsentratsioon prootonite tõttu nende subatomaarsete osakeste pumpamisel ahela ensüümkomplekside poolt hingamisteede.

Selles intramembraanses keskkonnas asuvad mitmesugused ensüümid, mis on seotud ATP suure energiaga sideme ülekandmiseganagu adenülaatkinaas või kreatiinkinaas. Lisaks võib leida karnitiini - ainet, mis osaleb rasvhapete transportimisel tsütoplasmast mitokondrite sisemusse, kus need oksüdeeruvad.

5. Mitokondriaalne maatriks

Mitokondriaalne maatriks, mida nimetatakse ka mitosooliks, sisaldab vähem molekule kui tsütosool, kuigi selles võib leida ka ioone, oksüdeeruvaid metaboliite, ümmargust DNA-d, mis sarnaneb bakterite omaga, ja mõningaid ribosoomid (mütribosoomid), mis teostavad mõnede mitokondrite valkude sünteesi ja sisaldavad tegelikult RNA-d mitokondriaalne.

Sellel on samad organellid kui vabalt elavatel prokarüootsetel organismidel, mis erinevad meie rakkudest tuuma puudumise tõttu.

Selles maatriksis on mitu põhilist metaboolset rada eluks, näiteks Krebsi tsükkel ja rasvhapete beetaoksüdatsioon.

Sulandumine ja lõhustumine

Mitokondritel on suhteliselt lihtne jagada ja sulanduda ning need on kaks toimingut, mis rakkudes pidevalt esinevad. See hõlmab nende organellide üksuste mitokondriaalse DNA segamist ja jagamist..

Eukarüootsetes rakkudes ei ole üksikuid mitokondreid, vaid pigem võrk, mis on ühendatud muutuva arvuga mitokondriaalse DNA-ga. Selle nähtuse üks võimalikke funktsioone on sünteesitud toodete jagamine võrgu erinevate osade kaupa, lokaalsete defektide parandamine või lihtsalt nende DNA jagamine.

Kui kaks rakku, millel on erinevad mitokondrid, ühinevad, on ühinemisest tekkiv mitokondrite võrk homogeenne juba 8 tunni pärast. Kuna mitokondrid liituvad ja jagunevad pidevalt, on nende organellide koguarvu teatud koe, kuigi võib eeldada, et kudedes, mis töötavad kõige rohkem või vajavad kõige rohkem energiat, on mitokondrid lõhustumine.

Mitokondrite jagunemist vahendavad valgud, mis on väga sarnane dünamiinidega, mis on seotud vesiikulite tekkimisega. Punkt, kus need organellid hakkavad jagunema, sõltub suuresti nende koostoimest endoplasmaatilise retikulumiga. Võrgu membraanid ümbritsevad mitokondrit, kitsendades seda ja jagades lõpuks kaheks.

• Võite olla huvitatud: "Inimkeha peamised rakutüübid"

Funktsioonid

Mitokondrite peamine ülesanne on ATP tootmine, mida tuntakse rakuprotsesside kütusena. Sellest hoolimata lisaks viivad nad läbi kaltsiumi varuna ka osa rasvhapete ainevahetusest beetaoksüdatsiooni teel.

Lisaks on viimaste aastate uuringutes olnud see organell seotud apoptoosiga, see on rakusurm, lisaks vähile ja keha vananemisele ning degeneratiivsete haiguste nagu Parkinsoni tõbi või diabeet.

Mitokondrite pakutavad geenitestide üks eeliseid on nende DNA, mis pärineb otse emaliinilt. Genealoogia ja antropoloogia teadlased kasutavad seda DNA-d sugupuude loomiseks. See DNA ei allu sugulise paljunemise tõttu geneetilisele rekombinatsioonile.

1. ATP süntees

Mitokondrites toodetakse suurem osa ATP-st fotosünteetiliste eukarüootsete rakkude jaoks.

Nad metaboliseerivad atsetüül-koensüümi A, sidrunhappe ensümaatilise tsükli abil ning tekitades süsinikdioksiidi (CO2) ja NADH. NADH loobub elektronidest sisemise mitokondriaalmembraani elektrontranspordiahelasse. Need elektronid liiguvad, kuni jõuavad hapniku molekulini (O2), tekitades veemolekuli (H2O).

See elektronide transport on ühendatud prootonitega, mis tulevad maatriksist ja jõuavad membraanidevahelisse ruumi. Prootongradient võimaldab ATP-d sünteesida tänu ATP-nimelise aine toimele süntaas, fosfaadi kinnitamine ADP - le ja hapniku kasutamine elektronide lõpliku aktseptorina (fosforüülimine oksüdatiivne).

Elektrooni ülekandeahel on tuntud kui hingamisahel, sisaldab 40 valku.

2. Lipiidide ainevahetus

Hea hulk rakkudes leiduvaid lipiide on tänu mitokondriaalsele aktiivsusele. Lüsofosfatiidhapet toodetakse mitokondrites, millest sünteesitakse triatsüülglütseroolid.

Samuti sünteesitakse fosfatiidhapet ja fosfatidüülglütserooli, mis on vajalikud kardiolipiini ja fosfatidüületanoolamiini tootmiseks.

Mitokondrite päritolu: rakud rakkudes?

1980. aastal taastas teaduse üks olulisemaid naisi Lynn Margulis selle organelli päritolu kohta vana teooria, sõnastades selle endosümbiootilise teooriana. Uuendatud ja teaduslikel tõenditel põhineva versiooni järgi umbes 1500 miljonit aastat tagasi prokarüootne rakk, st tuumata, suutis orgaanilistest toitainetest energiat saada, kasutades oksüdeerijana molekulaarset hapnikku.

Protsessi käigus sulandus see teise prokarüootsete rakkudega või sellega, mis võisid olla esimesed eukarüootsed rakud, olles fagotsütoositud ilma seedimata. See nähtus põhineb tegelikkusel, kuna on nähtud, et bakterid neelavad teisi, kuid ei lõpeta nende elu. Imendunud rakk lõi sümbiootilise suhte oma peremehega, pakkudes talle energiat ATP kujul.ja peremees pakkus stabiilset ja toitaineterikast keskkonda. See suur vastastikune kasu konsolideerus, saades lõpuks selle osaks ja see oleks mitokondrite päritolu.

See hüpotees on üsna loogiline, kui võtta arvesse bakterite, vabalt elavate prokarüootsete organismide ja mitokondrite morfoloogilisi sarnasusi. Näiteks on mõlemad pikliku kujuga, sarnaste kihtidega ja mis kõige tähtsam - nende DNA on ümmargune. Lisaks erineb mitokondriaalne DNA rakutuuma omast, jättes mulje, et tegemist on kahe erineva organismiga.

Bibliograafilised viited:

• Friedman, J. R., Nunnari, J.. (2014). Mitokondriaalne vorm ja funktsioonid. Loodus. 505: 335-343.
• Kiefel, B. R., Gilson, P. R., pöök P. L. (2006). Mitokondrite dünaamika rakubioloogia. Rahvusvaheline tsütoloogia ülevaade. 254: 151-213.
• MacAskill, A. F., Kittler, J. T. (2010). Mitokondrite transpordi ja lokaliseerimise kontroll neuronites. Rakubioloogia suundumused. 20: 102-112