Mitohondriji: što su oni, karakteristike i funkcije

Mitohondrije su male organele nalaze se u našim stanicama i u onima praktički svih eukariotskih organizama.

Njihova je funkcija vrlo važna za život organizma, jer su oni proizvođači vrste goriva kako bi se metabolički procesi mogli odvijati unutar stanice.

U nastavku ćemo detaljnije vidjeti što su to organele, koji su njihovi dijelovi, njihove funkcije i koja je hipoteza postavljena da bi se objasnilo kako su nastale.

• Povezani članak: "Najvažniji dijelovi stanica i organele: pregled"

Što su Mitohondrije

Mitohondriji su a organele prisutne u unutrašnjosti eukariotske stanice koje imaju vrlo važnu funkciju za život, budući da su odgovorni za opskrbu stanice stanicom, omogućujući joj provođenje različitih metaboličkih procesa. Njegov je oblik kružni i ispružen, ima nekoliko slojeva i grebena unutra, gdje se međusobno uklapaju. proteini koji omogućuju provođenje različitih procesa kako bi se dala ta energija, u obliku ATP (adenozin trifosfat).

Te se organele mogu pojaviti u promjenljivom broju u staničnom okruženju, a njihova je količina izravno povezana s energetskim potrebama stanice. Zato se, ovisno o tkivu koje tvori stanicu, mogu očekivati ​​više ili manje mitohondriji. Na primjer, u jetri, gdje postoji velika enzimska aktivnost, stanice jetre često imaju nekoliko takvih organela.

Morfologija

Mitohondrion je, kao što biste mogli očekivati, vrlo male strukture, veličine od 0,5 do 1 μm promjera (mikrometara) i duljine do 8 μm, razvučenog, hemisferičnog oblika, poput masna kobasica.

Količina mitohondrija unutar stanice izravno je povezana s njezinim energetskim potrebama. Što je više energije potrebno, stanici će trebati više mitohondrija. Skup mitohondrija naziva se stanični hondriom.

Mitohondrije su okružene dvjema membranama s različitim funkcijama u smislu enzimske aktivnosti, odvojene u tri prostora: citosol (ili citoplazmatski matriks), intermembranski prostor i mitohondrijski matriks.

1. Vanjska opna

To je vanjski lipidni dvosloj, propusan za ione, metabolite i mnoge polipeptide. Sadrži proteine ​​koji tvore pore, zvane porini, koji čine anionski kanal usmjeren na napon. Ti kanali omogućuju prolazak velikih molekula do 5000 daltona i približnog promjera 20 Å (ångström)

Umjesto toga, vanjska membrana obavlja malo enzimskih ili transportnih funkcija. Sadrži između 60% i 70% proteina.

2. Unutarnja opna

Unutarnja membrana sastoji se od oko 80% proteina, a za razliku od vanjske, njoj nedostaju pore i vrlo je selektivna. Sadrži mnoge enzimske komplekse i transmembranske transportne sustave, koji su uključeni u translokaciju molekula, odnosno njihovo premještanje s jednog mjesta na drugo.

3. Mitohondrijski grebeni

U većini eukariotskih organizama mitohondrijski grebeni izgledaju kao spljoštene, okomite pregrade. Vjeruje se da je broj grebena u mitohondrijima odraz njihove stanične aktivnosti. Hrptovi predstavljaju značajno povećanje površine tako da se mogu povezati proteini korisni za različite procese koji se odvijaju unutar mitohondrija.

Oni su povezani s unutarnjom membranom na određenim točkama, u kojima će se olakšati transport metabolita između različitih odjeljaka mitohondrija. U ovom dijelu mitohondrija provode se funkcije povezane s oksidativnim metabolizmom, poput respiratornog lanca ili oksidativne fosforilacije. Ovdje možemo istaknuti sljedeće biokemijske spojeve:

• Lanac prijenosa elektrona, sastavljen od četiri fiksna enzimska kompleksa i dva mobilna prijenosa elektrona.
• Enzimski kompleks, vodikov ionski kanal i ATP sintaza, koji kataliziraju sintezu ATP (oksidativna fosforilacija).
• Proteini transporteri, koji omogućuju prolazak iona i molekula kroz njega, među najznačajnijima imamo masne kiseline, piruvičnu kiselinu, ADP, ATP, O2 i vodu; može se istaknuti:

4. Intermembranski prostor

Između obje membrane postoji prostor koji sadrži tekućinu sličnu citoplazmi, s visokom koncentracijom protona, uslijed pumpanja ovih subatomskih čestica enzimskim kompleksima lanca respiratorni.

Unutar ovog intramembranskog medija nalaze se različiti enzimi, koji sudjeluju u prijenosu visokoenergetske veze ATP-a, kao što su adenilat kinaza ili kreatin kinaza. Uz to se može naći i karnitin, tvar koja sudjeluje u transportu masnih kiselina iz citoplazme u unutrašnjost mitohondrija, gdje će se oksidirati.

5. Mitohondrijska matrica

Matrica mitohondrija, naziva se i mitosol, sadrži manje molekula od citosola, iako u njemu možete pronaći i ione, metabolite koji se oksidiraju, kružnu DNA sličnu onoj bakterija i nekih ribosomi (mitribosomi), koji provode sintezu nekih bjelančevina mitohondrija i zapravo sadrže RNA mitohondrijski.

Ima iste organele kao i prokariotski organizmi koji slobodno žive, a koji se razlikuju od naših stanica jer im nedostaje jezgra.

U ovoj matrici postoji nekoliko osnovnih metaboličkih putova za život, poput Krebsovog ciklusa i beta-oksidacije masnih kiselina.

Fuzija i fisija

Mitohondriji imaju sposobnost relativno lakog dijeljenja i stapanja, a to su dvije radnje koje se neprestano događaju u stanicama. To uključuje miješanje i dijeljenje mitohondrijske DNA svake od ovih jedinica organela..

U eukariotskim stanicama ne postoje pojedinačni mitohondriji, već mreža povezana s promjenjivim brojem mitohondrijske DNA. Jedna od mogućih funkcija ovog fenomena je dijeljenje sintetiziranih proizvoda od strane različitih dijelova mreže, ispravljanje lokalnih nedostataka ili, jednostavno, dijeljenje njihove DNA.

Ako se stape dvije stanice koje imaju različite mitohondrije, mreža mitohondrija koja će nastati iz spoja bit će homogena nakon samo 8 sati. Budući da se mitohondriji neprestano spajaju i dijele, teško je utvrditi ukupan broj ovih organela u stanici određeno tkivo, iako se može pretpostaviti da će ona tkiva koja najviše rade ili zahtijevaju najviše energije imati mnogo mitohondrija kao rezultat fisije.

Podjela mitohondrija posreduje se proteinima, vrlo sličnim dinaminima, koji su uključeni u stvaranje mjehurića. Točka u kojoj se ove organele počinju dijeliti vrlo ovisi o njihovoj interakciji s endoplazmatskim retikulumom. Retikulumske membrane okružuju mitohondriju, stežući je i na kraju dijeleći je na dva dijela.

• Možda vas zanima: "Glavne vrste stanica ljudskog tijela"

Značajke

Glavna funkcija mitohondrija je proizvodnja ATP-a, koji je poznat kao gorivo za stanične procese. Štoviše, oni također provode dio metabolizma masnih kiselina kroz beta-oksidaciju, osim što djeluju kao zaliha kalcija.

Osim toga, u istraživanjima posljednjih godina, ova je organela povezana s apoptozom, ovo je stanična smrt, uz rak i starenje tijela te pojavu degenerativnih bolesti poput Parkinsonove ili dijabetes.

Jedna od dobrobiti za genetsko testiranje koju nude mitohondriji je njihova DNA koja dolazi izravno iz majčine linije. Istraživači genealogije i antropologije koriste ovu DNK za uspostavljanje obiteljskih stabala. Ova DNA nije podložna genetskoj rekombinaciji zbog spolne reprodukcije.

1. Sinteza ATP-a

U mitohondrijima se proizvodi većina ATP-a za nefotosintetske eukariotske stanice.

Oni metaboliziraju acetil-koenzim A, pomoću enzimskog ciklusa limunske kiseline, te stvaranjem ugljičnog dioksida (CO2) i NADH. NADH predaje elektrone lancu transporta elektrona u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani. Ti elektroni putuju dok ne dođu do molekule kisika (O2), stvarajući molekulu vode (H2O).

Taj je transport elektrona povezan s protonima koji dolaze iz matrice i dopiru do intermembranskog prostora. To je protonski gradijent koji omogućuje sintezu ATP-a zahvaljujući djelovanju tvari koja se naziva ATP sintaze, povezujući fosfat s ADP-om i koristeći kisik kao konačni akceptor elektrona (fosforilacija oksidativni).

Lanac prijenosa elektrona poznat je kao dišni lanac, sadrži 40 proteina.

2. Metabolizam lipida

Dobra količina lipida prisutnih u stanicama zahvaljujući je mitohondrijskoj aktivnosti. U mitohondrijima se stvara lizofosfatidna kiselina, iz kojeg se sintetiziraju triacilgliceroli.

Također se sintetiziraju fosfatidna kiselina i fosfatidilglicerol, koji su neophodni za proizvodnju kardiolipina i fosfatidil etanolamina.

Podrijetlo mitohondrija: stanice unutar stanica?

1980. Lynn Margulis, jedna od najvažnijih žena u znanosti, oporavila je staru teoriju o podrijetlu ove organele, preformulirajući je u endosimbiotsku teoriju. Prema njegovoj verziji, ažuriranijoj i utemeljenoj na znanstvenim dokazima, prije otprilike 1500 milijuna godina, prokariontska stanica, odnosno bez jezgre, mogla je dobivati ​​energiju iz organskih hranjivih sastojaka koristeći molekularni kisik kao oksidans.

Tijekom procesa, stopio se s drugom prokariontskom stanicom ili s onim što je moglo biti prve eukariotske stanice, fagocitirajući se bez probave. Ovaj se fenomen temelji na stvarnosti, budući da je viđeno da bakterije gutaju druge, ali bez ikakvog kraja života. Apsorbirana stanica uspostavila je simbiotski odnos sa svojim domaćinom, pružajući joj energiju u obliku ATP., a domaćin je osigurao stabilno okruženje bogato hranjivim tvarima. Ova velika uzajamna korist konsolidirana je, vremenom postajući njezinim dijelom, i to bi bilo podrijetlo mitohondrija.

Ova je hipoteza sasvim logična ako se uzmu u obzir morfološke sličnosti između bakterija, slobodnoživih prokariontskih organizama i mitohondrija. Primjerice, oboje su izduženog oblika, imaju slične slojeve, i što je najvažnije, njihova DNK je kružna. Uz to, mitohondrijska DNA vrlo se razlikuje od DNA stanične jezgre, što daje dojam da se radi o dva različita organizma.

Bibliografske reference:

• Friedman, J. R., Nunnari, J.. (2014). Mitohondrijski oblik i funkcije. Priroda. 505: 335-343.
• Kiefel, B. R., Gilson, P. R., Bukva P. L. (2006). Stanična biologija mitohondrijske dinamike. Međunarodni pregled citologije. 254: 151-213.
• MacAskill, A. F., Kittler, J. T. (2010). Kontrola transporta i lokalizacije mitohondrija u neuronima. Trendovi u staničnoj biologiji. 20: 102-112