Mitokondrium: mik ezek, jellemzők és funkciók

A mitokondriumok kis organellák megtalálható sejtjeinkben és gyakorlatilag valamennyi eukarióta organizmusban.

Funkciójuk nagyon fontos a szervezet életében, mivel egyfajta üzemanyagot termelnek, így anyagcsere-folyamatok hajthatók végre a sejt belsejében.

Az alábbiakban részletesebben megnézzük, melyek ezek az organellák, mik a részeik, a funkcióik, és milyen hipotézist vetettek fel, hogy megmagyarázzák, hogyan keletkeztek.

• Kapcsolódó cikk: "A legfontosabb sejtrészek és organellák: áttekintés"

Mik azok a mitokondriumok

A mitokondriumok a az eukarióta sejt belsejében jelen lévő organellák, amelyek az élet szempontjából nagyon fontos funkciót töltenek be, mivel ők felelősek a sejt energiájának biztosításáért, lehetővé téve számára a különböző anyagcsere-folyamatok végrehajtását. Alakja kör alakú és nyújtott, több rétege és gerince van benne, ahol egymáshoz illeszkednek. fehérjék, amelyek lehetővé teszik a különböző folyamatok elvégzését annak érdekében, hogy ezt az energiát adják, ATP (adenozin) formájában trifoszfát).

Ezek az organellák változó számban jelenhetnek meg a sejt környezetében, mennyiségük pedig közvetlenül összefügg a sejt energiaigényével. Éppen ezért, a sejtet alkotó szövet függvényében, többé-kevésbé mitokondriumokra lehet számítani. Például a májban, ahol magas az enzimaktivitás, a májsejtekben gyakran több ilyen organella található.

Morfológia

A mitokondrium - amint várható volt - egy nagyon kicsi szerkezet, amelynek mérete 0,5 és 1 μm között változik (mikrométer) átmérőjű és legfeljebb 8 μm hosszú, nyújtott, félgömb alakú, mint egy kövér kolbász.

A sejt belsejében található mitokondriumok mennyisége közvetlenül kapcsolódik energiaigényéhez. Minél több energiára van szükség, annál több mitokondriumra lesz szüksége a sejtnek. A mitokondriumok halmazát sejt kondrómának nevezzük.

A mitokondriumokat két membrán veszi körül, amelyek enzimatikus aktivitása szempontjából különböző funkciókkal rendelkeznek, egymástól elválasztva három tér: citoszol (vagy citoplazmatikus mátrix), intermembrán tér és mitokondriális mátrix.

1. Külső membrán

Ez egy külső lipid kettős réteg, amely átjárja az ionokat, a metabolitokat és sok polipeptidet. Pórusképző fehérjéket, úgynevezett porinokat tartalmaz, amelyek egy feszültségtől függő anioncsatornát alkotnak. Ezek a csatornák lehetővé teszik az akár 5000 dalton méretű és megközelítőleg 20 Å átmérőjű nagy molekulák átjutását

A külső membrán inkább kevés enzimatikus vagy transzport funkciót lát el. 60–70% fehérjét tartalmaz.

2. Belső membrán

A belső membrán körülbelül 80% fehérjéből áll, és ellentétben a külső társával, nincsenek pórusai és erősen szelektív. Számos enzim komplexet és transzmembrán transzport rendszert tartalmaz, amelyek részt vesznek a molekulák transzlokációjában, vagyis egyik helyről a másikra mozgatják őket.

3. Mitokondriális gerincek

A legtöbb eukarióta organizmusban a mitokondriális gerincek lapított, merőleges válaszfalakként jelennek meg. Úgy gondolják, hogy a mitokondriumban található gerincek száma tükrözi sejtaktivitásukat. Gerincek a felület jelentős növekedését jelentik, így a különböző folyamatokhoz hasznos fehérjék összekapcsolódhatnak amelyek a mitokondrium belsejében játszódnak le.

Bizonyos pontokon kapcsolódnak a belső membránhoz, amelyben megkönnyítik a metabolitok szállítását a mitokondrium különböző rekeszei között. A mitokondrium ezen részén az oxidatív anyagcserével kapcsolatos funkciókat hajtanak végre, például a légzési láncot vagy az oxidatív foszforilezést. Itt a következő biokémiai vegyületeket emelhetjük ki:

• Az elektrontranszport lánc négy rögzített enzim komplexből és két mobil elektron transzporterből áll.
• Egy enzim komplex, a hidrogénion-csatorna és az ATP-szintáz, amely katalizálja az ATP szintézisét (oxidatív foszforilezés).
• A transzporterfehérjék, amelyek lehetővé teszik az ionok és molekulák áthaladását rajta, a legjelentősebbek között vannak zsírsavak, pironsav, ADP, ATP, O2 és víz; kiemelhető:

4. Intermembrán tér

Mindkét membrán között van egy tér, amely a citoplazmához hasonló folyadékot tartalmaz, nagy koncentrációval protonokból áll, mivel ezek a szubatomi részecskék a lánc enzimkomplexjeivel pumpálódnak légzőszervi.

Ezen az intramembrán közegen belül helyezkednek el különféle enzimek, amelyek részt vesznek az ATP nagy energiájú kötésének átadásában, például adenilát-kináz vagy kreatin-kináz. Ezen kívül megtalálható a karnitin, amely anyag részt vesz a zsírsavak citoplazmából a mitokondriális belső térbe történő szállításában, ahol oxidálódni fognak.

5. Mitokondriális mátrix

A mitokondriális mátrix, mitoszolnak is nevezik, kevesebb molekulát tartalmaz, mint a citoszol, bár benne is találhat ionokat, oxidálandó metabolitokat, a baktériumokéhoz hasonló kör alakú DNS-t és néhányat riboszómák (mitriboszómák), amelyek elvégzik néhány mitokondriális fehérje szintézisét, és valójában RNS-t tartalmaznak mitokondriális.

Ugyanazok az organellái vannak, mint a szabadon élő prokarióta organizmusoknak, amelyek sejtjeinktől eltérnek, mivel hiányzik belőlük egy mag.

Ebben a mátrixban számos alapvető metabolikus út létezik az élet számára, mint például a Krebs-ciklus és a zsírsavak béta-oxidációja.

Fúzió és hasadás

A mitokondriumok képesek viszonylag könnyen megosztódni és összeolvadni, és ez két olyan cselekvés, amely folyamatosan előfordul a sejtekben. Ez magában foglalja ezen organelle egységek mindegyikének mitokondriális DNS-jének összekeverését és felosztását..

Az eukarióta sejtekben nincsenek egyedi mitokondriumok, hanem egy változó számú mitokondriális DNS-hez kapcsolódó hálózat. Ennek a jelenségnek az egyik lehetséges funkciója a szintetizált termékek megosztása a hálózat különböző részein, a helyi hibák kijavítása vagy egyszerűen a DNS-ek megosztása.

Ha két, különböző mitokondriummal rendelkező sejt összeolvad, az unióból kialakuló mitokondriumok hálózata már 8 óra múlva homogén lesz. Mivel a mitokondriumok folyamatosan csatlakoznak és osztódnak, nehéz meghatározni ezen organellák teljes számát egy bizonyos szövetek, bár feltételezhető, hogy azok a szövetek, amelyek a legjobban működnek vagy a legtöbb energiát igénylik, sok mitokondriummal rendelkeznek majd hasadások.

A mitokondriális osztódást fehérjék közvetítik, nagyon hasonlóak a dinaminokhoz, amelyek részt vesznek a vezikulák képződésében. Az a pont, amikor ezek az organellák elkezdenek osztódni, nagymértékben függ az endoplazmatikus retikulummal való kölcsönhatásuktól. A retikulum membránok körülveszik a mitokondriumot, összeszorítják és végül kettéválasztják.

• Érdekelheti: "Az emberi test fő sejttípusai"

Jellemzők

A mitokondriumok fő funkciója az ATP termelése, amely a sejtes folyamatok üzemanyagaként ismert. Mindazonáltal, a zsírsavak anyagcseréjének egy részét béta-oxidáció útján is végrehajtják, amellett, hogy a kalcium raktáraként működnek.

Ezenkívül az elmúlt évek kutatásai során ez az organella összefüggött az apoptózissal, ez a sejthalál, a rák és a test öregedése mellett, valamint olyan degeneratív betegségek megjelenése, mint a Parkinson-kór vagy cukorbetegség.

A mitokondriumok által nyújtott genetikai tesztek egyik előnye DNS-ük, amely közvetlenül az anyai vonalból származik. A genealógiai és antropológiai kutatók ezt a DNS-t használják családfák létrehozására. Ez a DNS nemi genetikai rekombinációnak van kitéve a nemi szaporodás miatt.

1. ATP szintézis

A mitokondriumokban termelődik az ATP nagy része nem fotoszintetikus eukarióta sejtek számára.

Metabolizálják az acetil-koenzimet Acitromsav enzimatikus ciklusával, szén-dioxid (CO2) és NADH előállításával. A NADH elektronokat ad fel a belső mitokondriális membrán elektrontranszport láncára. Ezek az elektronok addig mozognak, amíg el nem jutnak egy oxigénmolekuláig (O2), és vízmolekulát (H2O) termelnek.

Ez az elektronok transzportja összekapcsolódik a protonokéval, amelyek a mátrixból érkeznek és eljutnak a membránok közötti térbe. A protongradiens lehetővé teszi az ATP szintetizálását az ATP nevű anyag hatásának köszönhetően szintáz, foszfát kötése az ADP - hez és oxigén felhasználása végső elektron akceptorként (foszforiláció oxidatív).

Az elektrontranszportlánc légzési láncként ismert, 40 fehérjét tartalmaz.

2. Lipid anyagcsere

A sejtekben jelen lévő jó mennyiségű lipid a mitokondriális aktivitásnak köszönhető. A mitokondriumokban lizofoszfatidsav termelődik, amelyből triacil-glicerint szintetizálnak.

Foszfatidinsavat és foszfatidil-glicerint szintetizálnak, amelyek szükségesek a kardiolipin és a foszfatidil-etanol-amin előállításához.

A mitokondrium eredete: sejtek a sejten belül?

1980-ban Lynn Margulis, a tudomány egyik legfontosabb nője, visszanyerte egy régi elméletét ennek az organellának az eredetéről, endoszimbiotikus elméletté formálva. A naprakészebb és tudományos bizonyítékokon alapuló változata szerint körülbelül 1500 millió évvel ezelőtt egy prokarióta sejt, vagyis mag nélkül, képes volt energiát nyerni szerves tápanyagokból, molekuláris oxigén, mint oxidálószer felhasználásával.

A folyamat során összeolvadt egy másik prokarióta sejttel, vagy azzal, ami valószínűleg az első eukarióta sejt volt, fagocitozva emésztés nélkül. Ez a jelenség a valóságon alapszik, mivel a baktériumokat úgy látták, hogy elnyelnek másokat, de anélkül, hogy életüket véget vetnék. Az abszorbeált sejt szimbiotikus kapcsolatot létesített gazdájával, energiával látta el ATP formájában., és a gazda stabil és tápanyagokban gazdag környezetet biztosított. Ez a nagy kölcsönös előny megszilárdult, végül annak részévé vált, és ez lesz a mitokondrium eredete.

Ez a hipotézis egészen logikus, ha figyelembe vesszük a baktériumok, a szabadon élő prokarióta organizmusok és a mitokondrium morfológiai hasonlóságait. Például mindkettő hosszúkás alakú, hasonló rétegű, és ami a legfontosabb, DNS-e kör alakú. Ezenkívül a mitokondriális DNS nagyon eltér a sejtmagétól, azt a benyomást kelti, hogy két különböző organizmusról van szó.

Bibliográfiai hivatkozások:

• Friedman, J. R., Nunnari, J.. (2014). Mitokondriális forma és funkciók. Természet. 505: 335-343.
• Kiefel, B. R., Gilson, P. R., Bükk P. L. (2006). A mitokondriális dinamika sejtbiológiája. A citológia nemzetközi áttekintése. 254: 151-213.
• MacAskill, A. F., Kittler, J. T. (2010). A mitokondriális transzport és lokalizáció ellenőrzése az idegsejtekben. A sejtbiológia tendenciái. 20: 102-112