Митохондрии: какие они, характеристика и функции

Митохондрии - это маленькие органеллы найдены в наших клетках и в клетках практически всех эукариотических организмов.

Их функция очень важна для жизни организма, так как они являются производителями своего рода топлива, чтобы метаболические процессы могли осуществляться внутри клетки.

Ниже мы более подробно рассмотрим, что это за органеллы, каковы их части, их функции и какие гипотезы были выдвинуты, чтобы объяснить, как они возникли.

• Статья по теме: "Важнейшие части клетки и органеллы: обзор"

Что такое митохондрии

Митохондрии - это органеллы, присутствующие во внутренней части эукариотической клетки, которые выполняют очень важную функцию для жизни, поскольку они отвечают за обеспечение клетки энергией, позволяя ей выполнять различные метаболические процессы. Его форма круглая и растянутая, с несколькими слоями и гребнями внутри, где они соединяются. белки, которые позволяют выполнять различные процессы, чтобы дать эту энергию, в форме АТФ (аденозин трифосфат).

Эти органеллы могут появляться в различном количестве в клеточной среде, и их количество напрямую связано с энергетическими потребностями клетки. Вот почему, в зависимости от ткани, из которой формируется клетка, можно ожидать большего или меньшего количества митохондрий. Например, в печени, где наблюдается высокая активность ферментов, клетки печени часто имеют несколько таких органелл.

Морфология

Митохондрия, как и следовало ожидать, представляет собой очень маленькую структуру размером от 0,5 до 1 мкм. (микрометров) диаметром и длиной до 8 мкм, имеющими вытянутую полусферическую форму, как у жирная колбаса.

Количество митохондрий внутри клетки напрямую связано с ее потребностями в энергии.. Чем больше энергии требуется, тем больше митохондрий потребуется клетке. Набор митохондрий называется клеточным хондриомом.

Митохондрии окружены двумя мембранами с разными функциями с точки зрения ферментативной активности, разделенными на две части. три пространства: цитозоль (или цитоплазматический матрикс), межмембранное пространство и митохондриальный матрикс.

1. Внешняя мембрана

Это внешний липидный бислой, проницаемый для ионов, метаболитов и многих полипептидов. Содержит порообразующие белки, называемые поринами, которые образуют потенциалзависимый анионный канал.. Эти каналы позволяют проходить большим молекулам размером до 5000 дальтон и приблизительным диаметром 20 Å (ангстрём).

Скорее, внешняя мембрана выполняет несколько ферментативных или транспортных функций. Содержит от 60% до 70% белка.

2. Внутренняя мембрана

Внутренняя мембрана на 80% состоит из белков и, в отличие от своего аналога, внешней, не имеет пор и обладает высокой избирательностью. Содержит множество ферментных комплексов и трансмембранных транспортных систем., которые участвуют в перемещении молекул, то есть перемещении их из одного места в другое.

3. Митохондриальные гребни

У большинства эукариотических организмов митохондриальные гребни выглядят как уплощенные перпендикулярные перегородки. Считается, что количество гребней в митохондриях отражает их клеточную активность. Хребты представляют собой значительное увеличение площади поверхности, так что белки, полезные для различных процессов, могут быть соединены которые происходят внутри митохондрий.

Они связаны с внутренней мембраной в определенных точках, в которых будет облегчен транспорт метаболитов между различными отделами митохондрий. В этой части митохондрий выполняются функции, связанные с окислительным метаболизмом, такие как дыхательная цепь или окислительное фосфорилирование. Здесь мы можем выделить следующие биохимические соединения:

• Электронная транспортная цепь, состоящая из четырех фиксированных ферментных комплексов и двух мобильных переносчиков электронов.
• Ферментный комплекс, водородный ионный канал и АТФ-синтаза, катализирующий синтез АТФ (окислительное фосфорилирование).
• Белки-переносчики, которые позволяют проходить через него ионам и молекулам, среди наиболее заметных у нас есть жирные кислоты, пировиноградная кислота, АДФ, АТФ, O2 и вода; можно выделить:

4. Межмембранное пространство

Между обеими мембранами есть пространство, содержащее жидкость, похожую на цитоплазму, с высокой концентрацией протонов, из-за перекачки этих субатомных частиц ферментными комплексами цепи респираторный.

Внутри этой внутримембранной среды расположены различные ферменты, участвующие в передаче высокоэнергетической связи АТФ, такие как аденилаткиназа или креатинкиназа. Кроме того, можно найти карнитин, вещество, участвующее в транспортировке жирных кислот из цитоплазмы во внутреннюю часть митохондрий, где они будут окисляться.

5. Митохондриальный матрикс

Митохондриальный матрикс, также называется митозолем, содержит меньше молекул, чем цитозоль, хотя в нем вы также можете найти ионы, метаболиты, подлежащие окислению, кольцевую ДНК, похожую на ДНК бактерий, и некоторые рибосомы (митрибосомы), которые осуществляют синтез некоторых митохондриальных белков и фактически содержат РНК митохондриальный.

Он имеет те же органеллы, что и свободноживущие прокариотические организмы, которые отличаются от наших клеток отсутствием ядра.

В этой матрице существует несколько основных метаболических путей для жизни, таких как цикл Кребса и бета-окисление жирных кислот.

Синтез и деление

Митохондрии обладают способностью относительно легко делиться и сливаться, и это два действия, которые постоянно происходят в клетках. Это включает смешивание и деление митохондриальной ДНК каждой из этих органелл..

В эукариотических клетках нет отдельных митохондрий, а есть сеть, связанная с различным количеством митохондриальной ДНК. Одна из возможных функций этого явления - совместное использование синтезированных продуктов разными частями сети, исправление локальных дефектов или, просто, совместное использование их ДНК.

Если две клетки, которые имеют разные митохондрии, сливаются, сеть митохондрий, которые появятся в результате объединения, станет однородной уже через 8 часов. Поскольку митохондрии постоянно соединяются и делятся, трудно установить общее количество этих органелл в клетке определенной ткани, хотя можно предположить, что те ткани, которые работают больше всего или требуют больше всего энергии, будут иметь много митохондрий в результате деления.

Деление митохондрий опосредуется белками, очень похожими на динамины., которые участвуют в образовании пузырьков. Точка, в которой эти органеллы начинают делиться, сильно зависит от их взаимодействия с эндоплазматической сетью. Мембраны ретикулума окружают митохондрию, сужая ее и в конечном итоге разделяя на две части.

• Вам может быть интересно: "Основные типы клеток человеческого тела"

Функции

Основная функция митохондрий - производство АТФ, который известен как топливо для клеточных процессов. Тем не менее, они также участвуют в метаболизме жирных кислот посредством бета-окисления, а также служат хранилищем кальция..

Кроме того, в исследованиях последних лет эта органелла была связана с апоптозом, это гибель клеток, помимо рака и старения организма, а также появления дегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона или сахарный диабет.

Одно из преимуществ генетического тестирования митохондрий: их ДНК, которая происходит непосредственно по материнской линии. Исследователи в области генеалогии и антропологии используют эту ДНК для создания генеалогических деревьев. Эта ДНК не подлежит генетической рекомбинации из-за полового размножения.

1. Синтез АТФ

Именно в митохондриях вырабатывается большая часть АТФ нефотосинтезирующими эукариотическими клетками.

Они метаболизируют ацетил-кофермент А.с помощью ферментативного цикла лимонной кислоты и производства углекислого газа (CO2) и NADH. НАДН отдает электроны цепи переноса электронов во внутренней митохондриальной мембране. Эти электроны перемещаются, пока не достигнут молекулы кислорода (O2), производя молекулу воды (H2O).

Этот перенос электронов связан с переносом протонов, выходящих из матрицы и достигающих межмембранного пространства. Именно протонный градиент позволяет синтезировать АТФ благодаря действию вещества, называемого АТФ. синтаза, присоединяющая фосфат к АДФ и использующая кислород в качестве конечного акцептора электронов (фосфорилирование окислительный).

Цепь переноса электронов известна как дыхательная цепь., содержит 40 белков.

2. Липидный обмен

Хорошее количество липидов в клетках происходит благодаря митохондриальной активности. Лизофосфатидная кислота вырабатывается в митохондриях., из которых синтезируются триацилглицерины.

Также синтезируются фосфатидная кислота и фосфатидилглицерин, которые необходимы для производства кардиолипина и фосфатидилэтаноламина.

Происхождение митохондрий: клетки внутри клеток?

В 1980 году Линн Маргулис, одна из самых важных женщин в науке, восстановила старую теорию происхождения этой органеллы, переформулировав ее как эндосимбиотическую теорию. По его версии, более обновленной и основанной на научных данных, около 1500 миллионов лет назад, прокариотическая клетка, то есть без ядра, смогла получать энергию из органических питательных веществ, используя молекулярный кислород в качестве окислителя.

Во время этого процесса он слился с другой прокариотической клеткой или с тем, что могло быть первыми эукариотическими клетками, подвергаясь фагоцитозу без переваривания. Это явление основано на реальности, поскольку было замечено, что бактерии поглощают других, но не прекращают их жизни. Поглощенная клетка установила симбиотические отношения со своим хозяином, обеспечивая его энергией в виде АТФ., и хозяин обеспечивал стабильную и богатую питательными веществами среду. Эта великая взаимная выгода была объединена, в конечном итоге став ее частью, и это стало источником митохондрий.

Эта гипотеза вполне логична, если учесть морфологическое сходство между бактериями, свободноживущими прокариотическими организмами и митохондриями. Например, оба имеют удлиненную форму, имеют похожие слои и, что наиболее важно, их ДНК круглая. Кроме того, митохондриальная ДНК сильно отличается от ДНК ядра клетки, создавая впечатление, что это два разных организма.

Библиографические ссылки:

• Фридман, Дж. Р., Нуннари, Дж. (2014). Форма и функции митохондрий. Природа. 505: 335-343.
• Кифель, Б. Р., Гилсон П. Р., Бук П. Л. (2006). Клеточная биология митохондриальной динамики. Международный обзор цитологии. 254: 151-213.
• МакАскилл, А. Ф., Киттлер, Дж. Т. (2010). Контроль митохондриального транспорта и локализации в нейронах. Тенденции клеточной биологии. 20: 102-112