מיטוכונדריה: מה הם, מאפיינים ופונקציות

המיטוכונדריה הם אברונים קטנים נמצא בתאים שלנו ובתאים של כמעט כל האורגניזמים האוקריוטים.

תפקודם חשוב מאוד לחיי האורגניזם, מכיוון שהם מייצרים סוג של דלק כך שניתן יהיה לבצע תהליכים מטבוליים בתוך התא.

להלן נראה לעומק יותר מה הם אברונים אלה, מהם חלקיהם, תפקידיהם ואיזו השערה הועלתה כדי להסביר כיצד מקורם.

• מאמר קשור: "חלקי התאים והאברונים החשובים ביותר: סקירה כללית"

מה הם מיטוכונדריה

מיטוכונדריה הן א אברונים הנמצאים בפנים התא האוקריוטי שיש להם תפקיד חשוב מאוד לחיים, מכיוון שהם אחראים לספק אנרגיה לתא, ומאפשרים לו לבצע תהליכים מטבוליים שונים. צורתו מעגלית ומתוחה, שבתוכה יש כמה שכבות ורכסים, שם הם משתלבים זה בזה. חלבונים המאפשרים ביצוע תהליכים שונים על מנת לתת אנרגיה זו, בצורת ATP (אדנוזין טריפוספט).

אברונים אלה יכולים להופיע במספר משתנה בסביבת התאים, וכמותם קשורה ישירות לצורכי האנרגיה של התא. לכן, תלוי ברקמה היוצרת את התא, ניתן לצפות למיטוכונדריה פחות או יותר. לדוגמא, בכבד, שם יש פעילות אנזימית גבוהה, בתאי הכבד יש לעיתים קרובות כמה מהאברונים הללו.

מוֹרפוֹלוֹגִיָה

המיטוכונדריה היא, כפי שניתן היה לצפות, מבנה קטן מאוד, שגודלו נע בין 0.5 ל -1 מיקרומטר (מיקרומטר) בקוטר ואורך של עד 8 מיקרומטר, בעל צורה מתוחה וחצי כדורית, כמו נקניקייה שמנה.

כמות המיטוכונדריה בתוך התא קשורה ישירות לצרכי האנרגיה שלו. ככל שנדרש יותר אנרגיה, כך התא יזדקק למיטוכונדריה. סט המיטוכונדריה נקרא chondriome הסלולרי.

המיטוכונדריה מוקפת בשני ממברנות עם פונקציות שונות מבחינת פעילות אנזימטית, מופרדות ב שלושה רווחים: ציטוזול (או מטריצה ​​ציטופלזמית), חלל בין-ממברני ומטריצה ​​מיטוכונדריאלית.

1. קרום חיצוני

זהו דו שכבתי שומני חיצוני, חדיר ליונים, מטבוליטים ורבים מפוליפפטידים. מכיל חלבונים יוצרי נקבוביות, הנקראים פורינים, המרכיבים תעלת אניון מגודרת מתח. תעלות אלה מאפשרות מעבר של מולקולות גדולות של עד 5,000 דלטון וקוטר משוער של 20 Å (ångström)

במקום זאת, הממברנה החיצונית מבצעת כמה פונקציות אנזימטיות או תחבליות. מכיל בין 60% ל -70% חלבון.

2. קרום פנימי

הקרום הפנימי מורכב מכ- 80% חלבונים, ובניגוד למקבילו, החיצוני, הוא חסר נקבוביות והוא סלקטיבי ביותר. מכיל קומפלקסים רבים של אנזים ומערכות הובלה טרנסממברנית, אשר מעורבים בתעתיק של מולקולות, כלומר בהעברתם ממקום אחד למשנהו.

3. רכסים מיטוכונדריאליים

ברוב האורגניזמים האוקריוטים, רכסי המיטוכונדריה נראים כמחיצות שטוחות וניצבות. מספר הרכסים במיטוכונדריה הוא האמין כהשתקפות של פעילותם הסלולרית. רכסים מייצגים עלייה משמעותית בשטח הפנים כך שניתן לחבר חלבונים שימושיים לתהליכים שונים המתרחשים בתוך המיטוכונדריה.

הם מחוברים לקרום הפנימי בנקודות ספציפיות, בהן תועיל הובלת המטבוליטים בין התאים השונים של המיטוכונדריה. בחלק זה של המיטוכונדריה מתבצעות פונקציות הקשורות לחילוף החומרים החמצוני, כמו שרשרת הנשימה או זרחון חמצוני. פה אנו יכולים להדגיש את התרכובות הביוכימיות הבאות:

• שרשרת הובלת האלקטרונים, המורכבת מארבעה מתחמי אנזים קבועים ושני מובילי אלקטרונים ניידים.
• קומפלקס אנזים, תעלת יון המימן וסינתאז ה- ATP, המזרז את הסינתזה של ATP (זרחון חמצוני).
• חלבוני טרנספורטר, המאפשרים מעבר יונים ומולקולות דרכו, בין הבולטים ביותר שיש לנו חומצות שומן, חומצה פירובית, ADP, ATP, O2 ומים; ניתן להדגיש:

4. שטח בין-ממברני

בין שני הממברנות קיים חלל המכיל נוזל הדומה לציטופלזמה, בעל ריכוז גבוה של פרוטונים, עקב שאיבת חלקיקים תת-אטומיים אלה על ידי מתחמי האנזים של השרשרת נשימה.

בתוך המדיום התוך-ממברני הזה נמצאים אנזימים שונים, המעורבים בהעברת הקשר בעל האנרגיה הגבוהה של ATP, כגון קינאז אדנילט או קרינאין קינאז. בנוסף ניתן למצוא קרניטין, חומר המעורב בהובלת חומצות שומן מהציטופלזמה אל פנים המיטוכונדריה, שם הם יחומצו.

5. מטריצה ​​מיטוכונדריאלית

המטריצה ​​המיטוכונדריאלית, נקרא גם מיטוסול, מכיל פחות מולקולות מאשר ציטוזול, אם כי בו ניתן למצוא גם יונים, מטבוליטים לחמצון, DNA מעגלי הדומה לזה של חיידקים וחלקם ריבוזומים (mytribosomes), שמבצעים את הסינתזה של כמה חלבונים מיטוכונדריאליים ומכילים למעשה RNA מיטוכונדריאלי.

יש לו אברונים זהים לאורגניזמים פרוקריוטים החיים בחיים, אשר נבדלים מתאינו על ידי חסר גרעין.

במטריצה ​​זו ישנם מספר מסלולים מטבוליים בסיסיים לכל החיים, כגון מחזור קרבס וחמצון בטא של חומצות שומן.

היתוך וביקוע

למיטוכונדריה יכולת להתחלק ולהתמזג בקלות יחסית, ואלה שתי פעולות המתרחשות כל הזמן בתאים. זה כולל ערבוב וחלוקה של ה- DNA המיטוכונדריאלי של כל אחת מיחידות האברונים הללו..

בתאים אוקריוטיים אין מיטוכונדריה בודדת, אלא רשת המחוברת למספר משתנה של DNA מיטוכונדריאלי. אחד התפקידים האפשריים לתופעה זו הוא לשתף מוצרים מסונתזים על ידי חלקים שונים ברשת, לתקן פגמים מקומיים או פשוט לחלוק את ה- DNA שלהם.

אם שני תאים עם המיטוכונדריה שונה מתמזגים, רשת המיטוכונדריה שתגיח מהאיחוד תהיה הומוגנית לאחר 8 שעות בלבד. מכיוון שמיטוכונדריה מצטרפת ומתחלקת כל הזמן, קשה לבסס את המספר הכולל של אברונים אלה בתא של רקמה מסוימת, אם כי ניתן להניח כי לרקמות שעובדות הכי הרבה או שדורשות הכי הרבה אנרגיה יהיו מיטוכונדריה רבות כתוצאה ביקועים.

חלוקה מיטוכונדריאלית מתווכת על ידי חלבונים, דומים מאוד לדינמינים, אשר מעורבים בדור שלפוחית. הנקודה בה אברונים אלה מתחילים להתחלק תלויה מאוד באינטראקציה שלהם עם הרטיקולום האנדופלזמי. ממברנות הרטיקולום מקיפות את המיטוכונדריון, מכווצות אותו ובסופו של דבר מפצלות אותו לשניים.

• יכול להיות שאתה מעוניין: "סוגי תאים עיקריים בגוף האדם"

תכונות

הפונקציה העיקרית של המיטוכונדריה היא ייצור ATP, הידוע בתור הדלק לתהליכים תאיים. על כל פנים, הם גם מבצעים חלק מחילוף החומרים של חומצות שומן באמצעות חמצון בטא, בנוסף הם משמשים כמאגר לסידן.

בנוסף, במחקר בשנים האחרונות, אברון זה קשור לאפופטוזיס, זהו מוות של תאים, בנוסף לסרטן ולהזדקנות הגוף, ולהופעת מחלות ניווניות כמו פרקינסון או סוכרת.

אחד היתרונות לבדיקות גנטיות המוצעות על ידי המיטוכונדריה הוא ה- DNA שלהם, שמגיע ישירות מהקו האימהי. חוקרים בגניאלוגיה ואנתרופולוגיה משתמשים ב- DNA זה כדי להקים עצים משפחתיים. דנ"א זה אינו נתון לשלב גנטי מחדש בגלל רבייה מינית.

1. סינתזת ATP

זה במיטוכונדריה שרוב ה- ATP מיוצר עבור תאים אוקריוטים שאינם פוטוסינתטיים.

הם מטבוליזם אצטיל-קואנזים A, באמצעות מחזור אנזימטי של חומצת לימון, והפקת פחמן דו חמצני (CO2) ו- NADH. NADH מוותר על אלקטרונים לשרשרת הובלת אלקטרונים בקרום המיטוכונדריה הפנימי. אלקטרונים אלה עוברים עד שהם מגיעים למולקולת חמצן (O2), ומייצרים מולקולת מים (H2O).

הובלת אלקטרונים זו משולבת לזו של פרוטונים, המגיעה מהמטריקס ומגיעה לחלל הבין-ממברני. זהו שיפוע הפרוטון המאפשר לסנתז ATP בזכות פעולתו של חומר, הנקרא ATP סינתזה, הצמדת פוספט ל- ADP, ושימוש בחמצן כמקבל האלקטרונים הסופי (זרחון חמצון).

שרשרת הובלת האלקטרונים מכונה שרשרת הנשימה, מכיל 40 חלבונים.

2. מטבוליזם של ליפידים

כמות טובה של שומנים הקיימים בתאים בזכות פעילות המיטוכונדריה. חומצה ליזופוספטידית מיוצרת במיטוכונדריה, שממנו מסונתזים triacylglycerols.

חומצה פוספטידית ופוספטידיל גליצרול מסונתזות גם הן, הדרושות לייצור קרדיוליפין ופוספטידיל אתנולמין.

מקור המיטוכונדריה: תאים בתוך תאים?

בשנת 1980 לין מרגוליס, אחת הנשים החשובות ביותר במדע, התאוששה בתיאוריה ישנה אודות מקור האברון הזה, וניסחה אותה מחדש כתיאוריה אנדוסימביוטית. לפי גרסתה, מעודכנת יותר ומבוססת על ראיות מדעיות, לפני כ -1,500 מיליון שנה, תא פרוקריוטי, כלומר ללא גרעין, הצליח להשיג אנרגיה מחומרים מזינים אורגניים באמצעות חמצן מולקולרי כחמצון.

במהלך התהליך הוא התמזג עם תא פרוקריוטי אחר, או עם מה שאולי היה התאים האוקריוטים הראשונים, כשהם עוברים פאגוציטוזיים מבלי להתעכל. תופעה זו מבוססת על המציאות, שכן חיידקים נראו בולעים אחרים אך מבלי לשים קץ לחייהם. התא הנקלט יצר מערכת יחסים סימביוטית עם מארחו, וסיפק לו אנרגיה בצורת ATP.והמארח סיפק סביבה יציבה ועשירה בחומרים מזינים. תועלת הדדית גדולה זו אוחדה, ובסופו של דבר הפכה לחלק ממנה, וזה יהיה מקור המיטוכונדריה.

השערה זו הינה הגיונית למדי אם לוקחים בחשבון את הדמיון המורפולוגי בין חיידקים, אורגניזמים פרוקריוטים חיים, ומיטוכונדריה. לדוגמא, שניהם מאורכים בצורתם, בעלי שכבות דומות, והכי חשוב, ה- DNA שלהם מעגלי. בנוסף, ה- DNA המיטוכונדריאלי שונה מאוד מזה של גרעין התא, ונותן רושם שמדובר בשני אורגניזמים שונים.

הפניות ביבליוגרפיות:

• פרידמן, י. R., Nunnari, J.. (2014). צורה ופונקציות מיטוכונדריאליות. טֶבַע. 505: 335-343.
• קיפל, ב. ר. גילסון, פ. R., Beech P. ל. (2006). ביולוגיה של תאים של דינמיקה מיטוכונדריאלית. סקירה בינלאומית של ציטולוגיה. 254: 151-213.
• MacAskill, A. פ., קיטלר, ג'. ט. (2010). שליטה על תחבורה מיטוכונדריאלית ולוקליזציה בתאי עצב. מגמות בביולוגיה של תאים. 20: 102-112