Mitochondrie: čo sú to, vlastnosti a funkcie

Mitochondrie sú malé organely nachádzajú v našich bunkách a v bunkách prakticky všetkých eukaryotických organizmov.

Ich funkcia je pre život organizmu veľmi dôležitá, pretože produkujú určitý druh paliva, aby sa vo vnútri bunky mohli uskutočňovať metabolické procesy.

Ďalej uvidíme podrobnejšie, čo sú tieto organely, aké sú ich časti, funkcie a aká hypotéza bola predložená na vysvetlenie ich vzniku.

• Súvisiaci článok: „Najdôležitejšie časti buniek a organely: prehľad"

Čo sú to mitochondrie

Mitochondrie sú a organely prítomné vo vnútri eukaryotických buniek, ktoré majú veľmi dôležitú funkciu pre život, pretože sú zodpovedné za dodávanie energie do bunky a umožňujú jej tak vykonávať rôzne metabolické procesy. Jeho tvar je kruhový a natiahnutý, má niekoľko vrstiev a hrebeňov vo vnútri, kde do seba zapadajú. proteíny, ktoré umožňujú uskutočnenie rôznych procesov za účelom dodania tejto energie vo forme ATP (adenozín trifosfát).

Tieto organely sa môžu v bunkovom prostredí vyskytovať v rôznom počte a ich množstvo priamo súvisí s energetickými potrebami bunky. Preto sa v závislosti od tkaniva, ktoré tvorí bunku, dá očakávať viac alebo menej mitochondrií. Napríklad v pečeni, kde je vysoká aktivita enzýmov, majú pečeňové bunky často niekoľko týchto organel.

Morfológia

Mitochondria je, ako by ste čakali, veľmi malá štruktúra s veľkosťou od 0,5 do 1 μm (mikrometre) v priemere a do dĺžky 8 μm, majúce natiahnutý pologuľovitý tvar, ako tučná klobása.

Množstvo mitochondrií vo vnútri bunky priamo súvisí s jej energetickými potrebami. Čím viac energie je potrebné, tým viac mitochondrií bude bunka potrebovať. Súbor mitochondrií sa nazýva bunkový chondriom.

Mitochondrie sú obklopené dvoma membránami s odlišnými funkciami z hľadiska enzymatickej aktivity, ktoré sú oddelené v tri priestory: cytosol (alebo cytoplazmatická matrica), intermembránový priestor a mitochondriálna matica.

1. Vonkajšia membrána

Je to vonkajšia lipidová dvojvrstva, priepustná pre ióny, metabolity a mnoho polypeptidov. Obsahuje proteíny tvoriace póry, nazývané poríny, ktoré tvoria napäťovo riadený aniónový kanál. Tieto kanály umožňujú prechod veľkých molekúl až do 5 000 daltonov a približný priemer 20 Å (ångström)

Vonkajšia membrána skôr vykonáva málo enzymatických alebo transportných funkcií. Obsahuje medzi 60% a 70% bielkovín.

2. Vnútorná membrána

Vnútorná membrána je tvorená asi z 80% bielkovinami a na rozdiel od vonkajšej, chýba jej póry a je vysoko selektívna. Obsahuje veľa enzýmových komplexov a transmembránových transportných systémov, ktoré sa podieľajú na translokácii molekúl, to znamená na ich presune z jedného miesta na druhé.

3. Mitochondriálne hrebene

Vo väčšine eukaryotických organizmov sa mitochondriálne hrebene javia ako sploštené, kolmé septa. Predpokladá sa, že počet hrebeňov v mitochondriách odráža ich bunkovú aktivitu. Hrebene predstavujú významné zväčšenie povrchu, takže je možné kopulovať proteíny užitočné pre rôzne procesy ktoré sa odohrávajú vo vnútri mitochondrií.

Sú pripojené k vnútornej membráne v špecifických bodoch, v ktorých bude uľahčený transport metabolitov medzi rôznymi kompartmentmi mitochondrií. V tejto časti mitochondrií sa vykonávajú funkcie súvisiace s oxidačným metabolizmom, ako napríklad dýchací reťazec alebo oxidačná fosforylácia. Tu môžeme zvýrazniť nasledujúce biochemické zlúčeniny:

• Reťazec transportu elektrónov, zložený zo štyroch fixných enzýmových komplexov a dvoch mobilných transportérov elektrónov.
• Enzýmový komplex, vodíkový iónový kanál a ATP syntáza, ktorý katalyzuje syntézu ATP (oxidačná fosforylácia).
• Transportné proteíny, ktoré umožňujú prechod iónov a molekúl, medzi najpozoruhodnejšie patria mastné kyseliny, kyselina pyrohroznová, ADP, ATP, O2 a voda; možno zvýrazniť:

4. Medzimembránový priestor

Medzi oboma membránami je priestor, ktorý obsahuje kvapalinu podobnú cytoplazme, s vysokou koncentráciou protónov v dôsledku čerpania týchto subatomárnych častíc enzýmovými komplexmi reťazca dýchacích.

V rámci tohto intramembranózneho média sa nachádzajú rôzne enzýmy, ktoré sa podieľajú na prenose vysokoenergetickej väzby ATP, ako je adenylátkináza alebo kreatínkináza. Okrem toho možno nájsť karnitín, látku podieľajúcu sa na transporte mastných kyselín z cytoplazmy do mitochondriálneho vnútra, kde budú oxidované.

5. Mitochondriálna matrica

Mitochondriálna matrica, nazývaný tiež mitosol, obsahuje menej molekúl ako cytosol, hoci v ňom nájdete aj ióny, metabolity, ktoré sa majú oxidovať, cirkulárnu DNA podobnú baktériám a niektoré ďalšie ribozómy (mytribozómy), ktoré uskutočňujú syntézu niektorých mitochondriálnych proteínov a skutočne obsahujú RNA mitochondriálna.

Má rovnaké organely ako voľne žijúce prokaryotické organizmy, ktoré sa od našich buniek líšia chýbaním jadra.

V tejto matrici existuje niekoľko základných metabolických dráh pre život, ako je Krebsov cyklus a beta-oxidácia mastných kyselín.

Fúzia a štiepenie

Mitochondrie majú schopnosť pomerne ľahko sa deliť a zlučovať, a to sú dve akcie, ktoré sa v bunkách neustále vyskytujú. To zahŕňa zmiešanie a rozdelenie mitochondriálnej DNA každej z týchto organelárnych jednotiek..

V eukaryotických bunkách nie sú žiadne jednotlivé mitochondrie, ale skôr sieť spojená s premenlivým počtom mitochondriálnych DNA. Jednou z možných funkcií tohto javu je zdieľanie produktov syntetizovaných rôznymi časťami siete, oprava lokálnych chýb alebo jednoducho zdieľanie ich DNA.

Ak sa spoja dve bunky, ktoré majú rôzne mitochondrie, sieť mitochondrií, ktoré vzniknú z únie, bude homogénna už po 8 hodinách. Pretože mitochondrie sa neustále spájajú a rozdeľujú, je ťažké určiť celkový počet týchto organel v bunke určité tkanivo, aj keď sa dá predpokladať, že tie tkanivá, ktoré fungujú najviac alebo potrebujú najviac energie, budú mať veľa mitochondrií v dôsledku štiepenia.

Mitochondriálne delenie je sprostredkované bielkovinami, veľmi podobnými dynamínom, ktoré sa podieľajú na tvorbe vezikúl. Bod, v ktorom sa tieto organely začnú deliť, je veľmi závislý od ich interakcie s endoplazmatickým retikulom. Membrány retikula obklopujú mitochondriu, sťahujú ju a nakoniec rozdelia na dve časti.

• Mohlo by vás zaujímať: „Hlavné typy buniek ľudského tela"

Vlastnosti

Hlavnou funkciou mitochondrií je produkcia ATP, ktorá je známa ako palivo pre bunkové procesy. Napriek tomu tiež vykonávajú časť metabolizmu mastných kyselín prostredníctvom beta-oxidácie a navyše pôsobia ako zásobáreň vápniku.

Okrem toho vo výskume v posledných rokoch táto organela súvisí s apoptózou, to je bunková smrť, okrem rakoviny a starnutia tela a vzniku degeneratívnych chorôb ako je Parkinsonova choroba alebo cukrovka.

Jednou z výhod genetického testovania, ktoré ponúkajú mitochondrie, je ich DNA, ktorá pochádza priamo z materskej línie. Vedci zaoberajúci sa genealógiou a antropológiou používajú túto DNA na zakladanie rodokmeňov. Táto DNA nepodlieha genetickej rekombinácii v dôsledku sexuálnej reprodukcie.

1. ATP syntéza

Práve v mitochondriách sa produkuje väčšina ATP pre nefotosyntetické eukaryotické bunky.

Metabolizujú acetyl-koenzým Apomocou enzymatického cyklu kyseliny citrónovej a produkcie oxidu uhličitého (CO2) a NADH. NADH sa vzdáva elektrónov do transportného reťazca elektrónov vo vnútornej mitochondriálnej membráne. Tieto elektróny cestujú, kým nedosiahnu molekulu kyslíka (O2), pričom vytvárajú molekulu vody (H2O).

Tento transport elektrónov je spojený s transportom protónov, ktorý vychádza z matice a dosahuje medzimembránový priestor. Je to protónový gradient, ktorý umožňuje syntetizáciu ATP vďaka pôsobeniu látky nazývanej ATP syntáza, pripojenie fosfátu k ADP a použitie kyslíka ako konečného akceptora elektrónov (fosforylácia oxidačný).

Reťazec transportu elektrónov je známy ako dýchací reťazec, obsahuje 40 bielkovín.

2. Metabolizmus lipidov

Dobré množstvo lipidov prítomných v bunkách je vďaka mitochondriálnej aktivite. Kyselina lysofosfatidová sa produkuje v mitochondriách, z ktorých sa syntetizujú triacylglyceroly.

Syntetizuje sa tiež kyselina fosfatidová a fosfatidylglycerol, ktoré sú potrebné na výrobu kardiolipínu a fosfatidyletanolamínu.

Pôvod mitochondrií: bunky v bunkách?

V roku 1980 Lynn Margulis, jedna z najdôležitejších žien vo vede, obnovila starú teóriu o pôvode tejto organely a preformulovala ju ako endosymbiotickú teóriu. Podľa jeho verzie, ktorá je aktualizovanejšia a založená na vedeckých dôkazoch, asi pred 1 500 miliónmi rokov, prokaryotická bunka, teda bez jadra, dokázala získať energiu z organických živín pomocou molekulárneho kyslíka ako oxidačného činidla.

Počas procesu fúzoval s inou prokaryotickou bunkou alebo s prvými eukaryotickými bunkami, pričom bol fagocytovaný bez toho, aby bol trávený. Tento jav je založený na realite, pretože bolo vidieť, že baktérie pohlcujú ostatných, ale bez toho, aby ukončili svoj život. Absorbovaná bunka nadviazala so svojím hostiteľom symbiotický vzťah a poskytla jej energiu vo forme ATP.a hostiteľ zabezpečil stabilné prostredie bohaté na živiny. Táto veľká vzájomná výhoda sa upevnila, nakoniec sa stala jej súčasťou, a to by bol pôvod mitochondrií.

Táto hypotéza je celkom logická, ak sa zohľadnia morfologické podobnosti medzi baktériami, voľne žijúcimi prokaryotickými organizmami a mitochondriami. Napríklad obe majú podlhovastý tvar, majú podobné vrstvy a čo je najdôležitejšie, ich DNA je kruhová. Okrem toho je mitochondriálna DNA veľmi odlišná od DNA bunkového jadra, čo vyvoláva dojem, že ide o dva rôzne organizmy.

Bibliografické odkazy:

• Friedman, J. R., Nunnari, J.. (2014). Mitochondriálna forma a funkcie. Príroda. 505: 335-343.
• Kiefel, B. R., Gilson, P. R., buk P. Ľ (2006). Bunková biológia mitochondriálnej dynamiky. Medzinárodný prehľad cytológie. 254: 151-213.
• MacAskill, A. F., Kittler, J. T. (2010). Riadenie mitochondriálneho transportu a lokalizácia v neurónoch. Trendy v bunkovej biológii. 20: 102-112