Mitochondriën: wat zijn ze, kenmerken en functies

Mitochondriën zijn kleine organellen gevonden in onze cellen en in die van praktisch alle eukaryote organismen.

Hun functie is erg belangrijk voor het leven van het organisme, omdat ze de producenten zijn van een soort brandstof zodat metabolische processen in de cel kunnen worden uitgevoerd.

Hieronder zullen we dieper ingaan op wat deze organellen zijn, wat hun onderdelen zijn, hun functies en welke hypothese is opgeworpen om uit te leggen hoe ze zijn ontstaan.

• Gerelateerd artikel: "De belangrijkste celdelen en organellen: een overzicht"

Wat zijn mitochondriën?

Mitochondriën zijn een organellen aanwezig in het interieur van de eukaryote cel die een zeer belangrijke functie hebben voor het leven, omdat ze verantwoordelijk zijn voor het leveren van energie aan de cel, waardoor deze verschillende metabolische processen kan uitvoeren. De vorm is rond en uitgerekt, met verschillende lagen en ribbels aan de binnenkant, waar ze in elkaar passen. eiwitten waarmee verschillende processen kunnen worden uitgevoerd om deze energie te geven, in de vorm van ATP (adenosine trifosfaat).

Deze organellen kunnen in wisselende aantallen voorkomen in de celomgeving en hun hoeveelheid is direct gerelateerd aan de energiebehoefte van de cel. Dat is de reden waarom, afhankelijk van het weefsel waaruit de cel bestaat, meer of minder mitochondriën kunnen worden verwacht. In de lever, waar er een hoge enzymactiviteit is, hebben levercellen bijvoorbeeld vaak meerdere van deze organellen.

Morfologie

Het mitochondrion is, zoals je zou verwachten, een zeer kleine structuur, variërend in grootte van 0,5 tot 1 m (micrometer) in diameter en tot 8 m lang, met een uitgerekte, halfronde vorm, zoals een dikke worst.

De hoeveelheid mitochondriën in de cel is direct gerelateerd aan de energiebehoefte. Hoe meer energie er nodig is, hoe meer mitochondriën de cel nodig heeft. De set mitochondriën wordt het cellulaire chondrioom genoemd.

Mitochondriën zijn omgeven door twee membranen met verschillende functies in termen van enzymatische activiteit, gescheiden in drie ruimtes: cytosol (of cytoplasmatische matrix), intermembraanruimte en mitochondriale matrix.

1. Buitenmembraan

Het is een buitenste lipide dubbellaag, doorlaatbaar voor ionen, metabolieten en veel polypeptiden. Bevat porievormende eiwitten, porines genaamd, die een spanningsafhankelijk anionkanaal vormen. Deze kanalen laten de doorgang toe van grote moleculen tot 5.000 dalton en een diameter van ongeveer 20 Å (ångström)

Integendeel, het buitenmembraan vervult weinig enzymatische of transportfuncties. Bevat tussen 60% en 70% eiwit.

2. Binnenste membraan

Het binnenmembraan bestaat voor ongeveer 80% uit eiwitten en in tegenstelling tot zijn tegenhanger, het buitenste, heeft het geen poriën en is het zeer selectief. Bevat veel enzymcomplexen en transmembraantransportsystemen, die betrokken zijn bij de translocatie van moleculen, dat wil zeggen, ze van de ene plaats naar de andere verplaatsen.

3. Mitochondriale richels

In de meeste eukaryote organismen verschijnen mitochondriale richels als afgeplatte, loodrechte septa. Het aantal richels in de mitochondriën wordt verondersteld een weerspiegeling te zijn van hun cellulaire activiteit. ruggen vertegenwoordigen een significante toename van het oppervlak, zodat eiwitten die nuttig zijn voor verschillende processen kunnen worden gekoppeld die plaatsvinden in de mitochondriën.

Ze zijn op specifieke punten verbonden met het binnenmembraan, waar het transport van metabolieten tussen de verschillende compartimenten van de mitochondriën zal worden vergemakkelijkt. In dit deel van de mitochondriën worden functies uitgevoerd die verband houden met het oxidatieve metabolisme, zoals de ademhalingsketen of oxidatieve fosforylering. Hier we kunnen de volgende biochemische verbindingen benadrukken::

• De elektronentransportketen, bestaande uit vier vaste enzymcomplexen en twee mobiele elektronentransporters.
• Een enzymcomplex, het waterstofionkanaal en ATP-synthase, dat de synthese van ATP (oxidatieve fosforylering) katalyseert.
• Transporteiwitten, die de doorgang van ionen en moleculen mogelijk maken, tot de meest opvallende behoren vetzuren, pyrodruivenzuur, ADP, ATP, O2 en water; kan worden gemarkeerd:

4. Intermembrane ruimte

Tussen beide membranen bevindt zich een ruimte die een vloeistof bevat die lijkt op het cytoplasma, met een hoge concentratie van protonen, door het pompen van deze subatomaire deeltjes door de enzymcomplexen van de keten ademhaling.

Binnen dit intramembraneuze medium bevinden zich verschillende enzymen, betrokken bij de overdracht van de hoogenergetische binding van ATPzoals adenylaatkinase of creatinekinase. Daarnaast kan carnitine worden gevonden, een stof die betrokken is bij het transport van vetzuren van het cytoplasma naar het mitochondriale interieur, waar ze worden geoxideerd.

5. mitochondriale matrix

De mitochondriale matrix, ook wel mitosol genoemd, bevat minder moleculen dan cytosol, hoewel je er ook ionen in kunt vinden, metabolieten die moeten worden geoxideerd, circulair DNA vergelijkbaar met dat van bacteriën en sommige ribosomen (mytribosomen), die de synthese van sommige mitochondriale eiwitten uitvoeren en eigenlijk RNA bevatten mitochondriaal.

Het heeft dezelfde organellen als vrijlevende prokaryotische organismen, die van onze cellen verschillen doordat ze geen kern hebben.

In deze matrix zijn er verschillende fundamentele metabole routes voor het leven, zoals de Krebs-cyclus en de bèta-oxidatie van vetzuren.

Fusie en splijting

Mitochondriën hebben het vermogen om relatief gemakkelijk te delen en te fuseren, en dit zijn twee acties die constant in cellen voorkomen. Dit omvat het mengen en verdelen van het mitochondriale DNA van elk van deze organel-eenheden..

In eukaryote cellen bevinden zich geen individuele mitochondriën, maar een netwerk dat is verbonden met een variabel aantal mitochondriaal DNA. Een van de mogelijke functies voor dit fenomeen is het delen van gesynthetiseerde producten door verschillende delen van het netwerk, het corrigeren van lokale defecten of eenvoudigweg het delen van hun DNA.

Als twee cellen met verschillende mitochondriën samensmelten, zal het netwerk van mitochondriën dat uit de unie zal komen na slechts 8 uur homogeen zijn. Omdat mitochondriën voortdurend samenkomen en delen, is het moeilijk om het totale aantal van deze organellen in een cel van een bepaald weefsel, hoewel kan worden aangenomen dat die weefsels die het meest werken of de meeste energie nodig hebben, veel mitochondriën zullen hebben als gevolg van splijtingen.

Mitochondriale deling wordt gemedieerd door eiwitten, zeer vergelijkbaar met dynamins, die betrokken zijn bij de vorming van blaasjes. Het punt waarop deze organellen zich beginnen te delen, is sterk afhankelijk van hun interactie met het endoplasmatisch reticulum. De reticulummembranen omringen het mitochondrion, vernauwen het en splitsen het uiteindelijk in tweeën.

• Misschien ben je geïnteresseerd: "Belangrijkste celtypen van het menselijk lichaam"

Kenmerken

De belangrijkste functie van mitochondriën is de productie van ATP, dat bekend staat als de brandstof voor cellulaire processen. Niettemin, ze voeren ook een deel van het metabolisme van vetzuren uit door bèta-oxidatie, naast dat ze fungeren als een opslagplaats voor calcium.

Bovendien is in onderzoek van de afgelopen jaren dit organel in verband gebracht met apoptose, dit is celdood, naast kanker en veroudering van het lichaam, en het optreden van degeneratieve ziekten zoals Parkinson of suikerziekte.

Een van de voordelen van mitochondriën voor genetische testen is: hun DNA, dat rechtstreeks uit de moederlijn komt. Onderzoekers in genealogie en antropologie gebruiken dit DNA om stambomen vast te stellen. Dit DNA wordt niet onderworpen aan genetische recombinatie vanwege seksuele reproductie.

1. ATP-synthese

Het is in de mitochondriën dat het meeste ATP wordt geproduceerd voor niet-fotosynthetische eukaryote cellen.

Ze metaboliseren acetyl-co-enzym A, door middel van een enzymatische cyclus van citroenzuur, en de productie van kooldioxide (CO2) en NADH. NADH geeft elektronen af ​​aan een elektronentransportketen in het binnenste mitochondriale membraan. Deze elektronen reizen totdat ze een zuurstofmolecuul (O2) bereiken en produceren een watermolecuul (H2O).

Dit transport van elektronen is gekoppeld aan dat van protonen, die uit de matrix komen en de intermembraanruimte bereiken. Het is de protongradiënt waarmee ATP kan worden gesynthetiseerd dankzij de werking van een stof, ATP. genaamd synthase, het hechten van een fosfaat aan ADP en het gebruik van zuurstof als de uiteindelijke elektronenacceptor (fosforylering oxidatief).

De elektronentransportketen staat bekend als de ademhalingsketen, bevat 40 eiwitten.

2. lipidenmetabolisme

Een goede hoeveelheid lipiden die in cellen aanwezig zijn, is te danken aan mitochondriale activiteit. Lysofosfatidinezuur wordt geproduceerd in de mitochondriën, waaruit triacylglycerolen worden gesynthetiseerd.

Fosfatidinezuur en fosfatidylglycerol worden ook gesynthetiseerd, die nodig zijn voor de productie van cardiolipine en fosfatidylethanolamine.

De oorsprong van mitochondriën: cellen in cellen?

In 1980 ontdekte Lynn Margulis, een van de belangrijkste vrouwen in de wetenschap, een oude theorie over de oorsprong van dit organel en herformuleerde het als een endosymbiotische theorie. Volgens de versie, meer bijgewerkt en gebaseerd op wetenschappelijk bewijs, ongeveer 1500 miljoen jaar geleden, een prokaryotische cel, dat wil zeggen zonder kern, was in staat om energie te halen uit organische voedingsstoffen met behulp van moleculaire zuurstof als oxidatiemiddel.

Tijdens het proces fuseerde het met een andere prokaryotische cel, of met wat mogelijk de eerste eukaryote cellen waren, gefagocyteerd zonder te worden verteerd. Dit fenomeen is gebaseerd op de realiteit, aangezien er bacteriën zijn waargenomen die anderen overspoelden, maar zonder hun leven te beëindigen. De geabsorbeerde cel bouwde een symbiotische relatie op met zijn gastheer en voorzag hem van energie in de vorm van ATP., en de gastheer zorgde voor een stabiele en voedselrijke omgeving. Dit grote wederzijdse voordeel werd geconsolideerd en werd er uiteindelijk deel van, en dit zou de oorsprong zijn van de mitochondriën.

Deze hypothese is vrij logisch als rekening wordt gehouden met de morfologische overeenkomsten tussen bacteriën, vrijlevende prokaryotische organismen en mitochondriën. Beide zijn bijvoorbeeld langwerpig van vorm, hebben vergelijkbare lagen en, belangrijker nog, hun DNA is cirkelvormig. Bovendien is het mitochondriaal DNA heel anders dan dat van de celkern, waardoor de indruk ontstaat dat het twee verschillende organismen zijn.

Bibliografische referenties:

• Friedman, J. R., Nunnari, J.. (2014). Mitochondriale vorm en functies. Natuur. 505: 335-343.
• Kiefel, B. R., Gilson, P. R., Beuken P. L. (2006). Celbiologie van mitochondriale dynamiek. Internationale beoordeling van cytologie. 254: 151-213.
• MacAskill, A. F., Kittler, J. T. (2010). Controle van mitochondriaal transport en lokalisatie in neuronen. Trends in celbiologie. 20: 102-112