Мітохондрії: які вони, характеристики та функції

Мітохондрії - це невеликі органели зустрічається в наших клітинах і в клітинах практично всіх еукаріотичних організмів.

Їх функція дуже важлива для життя організму, оскільки вони виробляють своєрідне паливо, завдяки чому обмінні процеси можуть здійснюватися всередині клітини.

Нижче ми глибше побачимо, що це за органели, які їх частини, функції та яка гіпотеза була піднята, щоб пояснити, як вони виникли.

• Пов’язана стаття: "Найважливіші частини клітин та органели: огляд"

Що таке мітохондрії

Мітохондрії - це органели, присутні в еукаріотичних клітинах, які виконують дуже важливу функцію для життя, оскільки вони відповідають за надання енергії клітині, дозволяючи їй здійснювати різні обмінні процеси. Його форма кругла і розтягнута, має всередині кілька шарів і хребтів, де вони прилягають один до одного. білки, що дозволяють здійснювати різні процеси, щоб виділити цю енергію, у формі АТФ (аденозин трифосфат).

Ці органели можуть з’являтися у змінному числі в клітинному середовищі, і їх кількість безпосередньо пов’язана з енергетичними потребами клітини. Ось чому, залежно від тканини, яка утворює клітину, можна очікувати більш-менш мітохондрій. Наприклад, у печінці, де спостерігається висока ферментативна активність, клітини печінки часто мають кілька таких органел.

Морфологія

Мітохондрія - це, як можна було очікувати, дуже маленька структура, розміром від 0,5 до 1 мкм (мікрометри) в діаметрі і до 8 мкм в довжину, маючи розтягнуту напівсферичну форму, як жирна ковбаса.

Кількість мітохондрій всередині клітини безпосередньо залежить від її енергетичних потреб. Чим більше енергії потрібно, тим більше мітохондрій буде потрібно клітині. Сукупність мітохондрій називається клітинним хондріомом.

Мітохондрії оточені двома мембранами з різними функціями щодо ферментативної активності, розділеними між собою три простори: цитозоль (або цитоплазматичний матрикс), міжмембранний простір та мітохондріальний матрикс.

1. Зовнішня мембрана

Це зовнішній ліпідний бішар, проникний для іонів, метаболітів та багатьох поліпептидів. Містить пороутворюючі білки, звані поринами, які складають напружений аніонний канал. Ці канали дозволяють пропускати великі молекули до 5000 дальтон і приблизний діаметр 20 Å (ångström)

Швидше за все, зовнішня мембрана виконує мало ферментативних або транспортних функцій. Містить від 60% до 70% білка.

2. Внутрішня мембрана

Внутрішня мембрана складається приблизно з 80% білків, і на відміну від аналога, зовнішньої, вона не має пор і є високоселективною. Містить багато ферментних комплексів і трансмембранних транспортних систем, які беруть участь у транслокації молекул, тобто переміщенні їх з одного місця в інше.

3. Мітохондріальні хребти

У більшості еукаріотичних організмів мітохондріальні хребти виглядають у вигляді сплощених перпендикулярних перегородок. Вважається, що кількість хребтів у мітохондріях є відображенням їх клітинної активності. Хребти представляють значне збільшення площі поверхні, завдяки чому білки, корисні для різних процесів, можуть бути зв'язані що відбуваються всередині мітохондрій.

Вони з'єднані з внутрішньою мембраною в певних точках, в яких буде полегшено транспорт метаболітів між різними відділами мітохондрій. У цій частині мітохондрій здійснюються функції, пов’язані з окислювальним метаболізмом, наприклад, дихальний ланцюг або окисне фосфорилювання. Ось ми можемо виділити наступні біохімічні сполуки:

• Електронно-транспортний ланцюг, що складається з чотирьох нерухомих ферментних комплексів і двох рухливих електронних транспортерів.
• Ферментний комплекс, воднево-іонний канал та АТФ-синтаза, що каталізує синтез АТФ (окисне фосфорилювання).
• Білки-транспортери, що дозволяють проходити крізь них іонам і молекулам, серед найбільш помітних у нас є жирні кислоти, піровиноградна кислота, АДФ, АТФ, О2 і вода; можна виділити:

4. Міжмембранний простір

Між обома мембранами є простір, що містить рідину, подібну до цитоплазми, з високою концентрацією протонів, завдяки накачуванню цих субатомних частинок ферментними комплексами ланцюга дихальна.

У межах цього внутрішньомембранозного середовища розташовані різні ферменти, що беруть участь у передачі високоенергетичного зв’язку АТФ, такі як аденилаткіназа або креатинкіназа. Крім того, можна знайти карнітин, речовину, яка бере участь у транспорті жирних кислот з цитоплазми у внутрішню частину мітохондрій, де вони будуть окислюватися.

5. Мітохондріальна матриця

Мітохондріальна матриця, також званий мітозолом, містить менше молекул, ніж цитозоль, хоча в ній ви також можете знайти іони, метаболіти, що підлягають окисленню, кругову ДНК, подібну до бактерій та деяких рибосоми (мітрибосоми), які здійснюють синтез деяких білків мітохондрій і фактично містять РНК мітохондріальні.

Він має ті самі органели, що і вільноживучі прокаріотичні організми, які відрізняються від наших клітин відсутністю ядра.

У цій матриці є кілька основних метаболічних шляхів для життя, такі як цикл Кребса та бета-окислення жирних кислот.

Плавлення і ділення

Мітохондрії мають здатність відносно легко ділитися і зливатися, і це дві дії, які постійно відбуваються в клітинах. Це передбачає змішування та розподіл мітохондріальної ДНК кожної з цих органельних одиниць..

В еукаріотичних клітинах відсутні окремі мітохондрії, а радше мережа, пов’язана із змінною кількістю мітохондріальної ДНК. Однією з можливих функцій цього явища є розподіл синтезованих продуктів різними частинами мережі, виправлення місцевих дефектів або, просто, обмін їх ДНК.

Якщо дві клітини, які мають різні мітохондрії, злиються, мережа мітохондрій, що вийде із союзу, стане однорідною лише через 8 годин. Оскільки мітохондрії постійно приєднуються і діляться, важко встановити загальну кількість цих органел у клітині певної тканини, хоча можна припустити, що ті тканини, які працюють найбільше або вимагають найбільше енергії, матимуть багато мітохондрій в результаті розщеплення.

Мітохондріальний поділ опосередковується білками, дуже схожими на динаміни, які беруть участь у генерації пухирців. Точка, в якій ці органели починають ділитися, сильно залежить від їх взаємодії з ендоплазматичним сітком. Мембрани ретикулуму оточують мітохондрію, стискаючи її і врешті-решт розщеплюючи її навпіл.

• Вас може зацікавити: "Основні типи клітин людського тіла"

Особливості

Основною функцією мітохондрій є вироблення АТФ, який відомий як паливо для клітинних процесів. Тим не менше, вони також здійснюють частину метаболізму жирних кислот за допомогою бета-окислення, крім того, виконуючи роль запасу кальцію.

Крім того, в дослідженнях останніх років ця органела була пов'язана з апоптозом, це загибель клітин, крім раку та старіння організму, і поява дегенеративних захворювань, таких як хвороба Паркінсона або діабет.

Однією з переваг генетичного тестування, яку пропонують мітохондрії, є їх ДНК, яка походить безпосередньо з материнської лінії. Дослідники генеалогії та антропології використовують цю ДНК для створення сімейних дерев. Ця ДНК не підлягає генетичній рекомбінації через статеве розмноження.

1. Синтез АТФ

Саме в мітохондріях більша частина АТФ виробляється для нефотосинтетичних еукаріотичних клітин.

Вони метаболізують ацетил-кофермент Аза допомогою ферментативного циклу лимонної кислоти та отримання вуглекислого газу (CO2) та NADH. NADH віддає електрони в ланцюг транспорту електронів у внутрішній мітохондріальній мембрані. Ці електрони рухаються, поки не досягають молекули кисню (O2), утворюючи молекулу води (H2O).

Цей транспорт електронів пов'язаний з транспортом протонів, що надходять з матриці і досягають міжмембранного простору. Саме протонний градієнт дозволяє синтезувати АТФ завдяки дії речовини, званої АТФ синтази, приєднуючи фосфат до АДФ, і використовуючи кисень як кінцевий акцептор електронів (фосфорилювання окислювальний).

Електронно-транспортний ланцюг відомий як дихальний ланцюг, містить 40 білків.

2. Ліпідний обмін

Значна кількість ліпідів, присутніх у клітинах, завдяки мітохондріальній активності. Лізофосфатидова кислота виробляється в мітохондріях, з якого синтезуються триацилгліцерини.

Також синтезуються фосфатидова кислота та фосфатидилгліцерин, які необхідні для виробництва кардіоліпіну та фосфатидилэтаноламіну.

Походження мітохондрій: клітини всередині клітин?

У 1980 році Лінн Маргуліс, одна з найважливіших жінок у науці, відновила стару теорію про походження цієї органели, переформулювавши її як ендосимбіотичну теорію. Відповідно до його версії, більш оновленої та заснованої на наукових доказах, близько 1500 мільйонів років тому, клітина прокаріотів, тобто без ядра, змогла отримувати енергію з органічних поживних речовин, використовуючи молекулярний кисень як окислювач.

Під час процесу він зливався з іншою прокаріотичною клітиною або з тим, що, можливо, були першими еукаріотичними клітинами, фагоцитуючись, не перетравлюючись. Це явище ґрунтується на реальності, оскільки було помічено, що бактерії поглинають інших, але не закінчуючи життя. Поглинена клітина встановила симбіотичні стосунки зі своїм господарем, забезпечуючи її енергією у формі АТФ., а господар забезпечив стабільне середовище, багате на поживні речовини. Ця велика взаємна вигода була закріплена, врешті-решт стала її частиною, і це було б походженням мітохондрій.

Ця гіпотеза цілком логічна, якщо враховувати морфологічну подібність між бактеріями, вільноживучими прокаріотичними організмами та мітохондріями. Наприклад, обидва вони мають витягнуту форму, мають схожі шари, а головне, їх ДНК кругла. Крім того, мітохондріальна ДНК сильно відрізняється від ДНК клітини, створюючи враження, що це два різні організми.

Бібліографічні посилання:

• Фрідман, Дж. Р., Наннарі, Дж.. (2014). Мітохондріальна форма та функції. Природа. 505: 335-343.
• Кіфель, Б. Р., Гілсон, П. Р., Бук П. Л. (2006). Клітинна біологія мітохондріальної динаміки. Міжнародний огляд цитології. 254: 151-213.
• Макаскілл, А. Ф., Кітлер, Дж. Т. (2010). Контроль мітохондріального транспорту та локалізації в нейронах. Тенденції клітинної біології. 20: 102-112