Съдържание
- Структура на митохондриите
- Защо митохондриите са важни?
- Митохондриални функции
- Вътрешните и външните митохондриални мембрани
- Какво има в матрицата?
Еукариотичните клетки на живите организми непрекъснато извършват огромен брой химични реакции за живот, растеж, възпроизвеждане и борба с болестта.
Всички тези процеси изискват енергия на клетъчно ниво. Всяка клетка, която участва в някоя от тези дейности, получава енергията си от митохондриите, мънички органели, които действат като клетъчни енергийни къщи. Сингулярността на митохондриите е митохондриите.
При хората клетки като червени кръвни телца нямат тези малки органели, но повечето други клетки имат голям брой митохондрии. Мускулните клетки, например, могат да имат стотици или дори хиляди, за да задоволят енергийните си нужди.
Почти всяко живо същество, което се движи, расте или мисли, има митохондрии на заден план, произвеждайки необходимата химическа енергия.
Структура на митохондриите
Митохондриите са свързани с мембрана органели, затворени от двойна мембрана.
Те имат гладка външна мембрана, обхващаща органела, и сгъната вътрешна мембрана. Гънките на вътрешната мембрана се наричат cristae, единствената част от които е cristae, а гънките са мястото, където протичат реакциите, създаващи митохондриална енергия.
Вътрешната мембрана съдържа течност, наречена матрица, докато междумембранното пространство, разположено между двете мембрани, също е изпълнено с течност.
Поради тази сравнително проста клетъчна структура, митохондриите имат само два отделни оперативни обема: матрицата във вътрешната мембрана и междумембранното пространство. Те разчитат на трансфери между двата обеми за производство на енергия.
За да увеличат ефективността и да увеличат максимално потенциала за създаване на енергия, гънките на вътрешната мембрана проникват дълбоко в матрицата.
В резултат на това вътрешната мембрана има голяма повърхностна площ и никоя част от матрицата не е далеч от гънката на вътрешната мембрана. Сгъвките и голямата повърхност помагат за функцията на митохондриите, увеличавайки потенциалната скорост на прехвърляне между матрицата и междумембранното пространство през вътрешната мембрана.
Защо митохондриите са важни?
Докато единичните клетки първоначално се развиват без митохондрии или други свързани с мембраната органели, сложните многоклетъчни организми и топлокръвните животни, като бозайниците, получават енергията си от клетъчно дишане въз основа на митохондриалната функция.
Високоенергийните функции като тези на сърдечните мускули или птичи крила имат високи концентрации на митохондрии, които доставят нужната енергия.
Чрез своята функция за синтез на АТФ митохондриите в мускулите и другите клетки произвеждат телесната топлина, за да поддържат топлокръвни животни при постоянна температура. Именно тази способност за концентрирано производство на енергия на митохондриите прави възможно енергийните дейности и производството на топлина при по-високи животни.
Митохондриални функции
Цикълът на производство на енергия в митохондриите се основава на електронно-транспортната верига, заедно с лимонената киселина или цикъла на Кребс.
Прочетете повече за Krebs Cycle.
Процесът на разграждане на въглехидрати като глюкоза за получаване на АТФ се нарича катаболизъм. Електроните от окисляването на глюкозата се предават по веригата на химичната реакция, която включва цикъла на лимонената киселина.
Енергията от редукционно-окислителното или редокс-реакциите се използва за пренасяне на протони от матрицата, където протичат реакциите. Крайната реакция във веригата на митохондриалните функции е тази, при която кислородът от клетъчното дишане претърпява редукция до образуване на вода. Крайните продукти на реакциите са вода и АТФ.
Основните ензими, отговорни за производството на митохондриална енергия, са никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADP), никотинамид аденин динуклеотид (NAD), аденозин дифосфат (ADP) и флавин аденин динуклеотид (FAD).
Те работят заедно, за да помогнат за пренасяне на протони от водородни молекули в матрицата през вътрешната митохондриална мембрана. Това създава химически и електрически потенциал през мембраната, като протоните се връщат в матрицата чрез ензима АТФ синтаза, което води до фосфорилиране и производство на аденозин трифосфат (АТФ).
Прочетете за структурата и функцията на ATP.
Синтезът на АТФ и молекулите на АТФ са основните носители на енергия в клетките и могат да бъдат използвани от клетките за производството на необходимите за живите организми химикали.
••• SciishingОсвен че са производители на енергия, митохондриите могат да помогнат за сигнализирането от клетка към клетка чрез освобождаването на калций.
Митохондриите имат способността да съхраняват калций в матрицата и могат да го освобождават, когато са налице определени ензими или хормони. В резултат клетките, произвеждащи такива задействащи химикали, могат да видят сигнала за повишаване на калция от освобождаването от митохондриите.
Като цяло, митохондриите са жизненоважен компонент на живите клетки, помагат при взаимодействието на клетките, разпределят сложни химикали и произвеждат АТФ, който формира енергийната основа за целия живот.
Вътрешните и външните митохондриални мембрани
Двойната мембрана на митохондриите има различни функции за вътрешната и външната мембрана и двете мембрани и се състои от различни вещества.
Външната митохондриална мембрана обхваща течността на междумембранното пространство, но тя трябва да позволява на химикалите, които митохондриите трябва да преминат през нея. Молекулите за съхранение на енергия, произведени от митохондриите, трябва да могат да напуснат органелата и да доставят енергия до останалата част от клетката.
За да позволят такива трансфери, външната мембрана е изградена от фосфолипиди и протеинови структури, наречени порини които оставят дребни дупки или пори в повърхността на мембраната.
Междумембранното пространство съдържа течност, която има състав, подобен на този на цитозола, съставляващ течността на заобикалящата клетка.
Малки молекули, йони, хранителни вещества и енергоносещата молекула ATP, получена чрез синтеза на АТФ, могат да проникнат през външната мембрана и да преминат между течността на междумембранното пространство и цитозола ..
Вътрешната мембрана има сложна структура с ензими, протеини и мазнини, които позволяват свободно да преминават през мембраната само вода, въглероден диоксид и кислород.
Други молекули, включително големи протеини, могат да проникнат в мембраната, но само чрез специални транспортни протеини, които ограничават преминаването им. Голямата повърхност на вътрешната мембрана, получена от гънките на криста, осигурява място за всички тези сложни протеинови и химични структури.
Големият им брой позволява високо ниво на химическа активност и ефективно производство на енергия.
Нарича се процесът, чрез който се произвежда енергия чрез химични трансфери през вътрешната мембрана окислително фосфорилиране.
По време на този процес окисляването на въглехидратите в митохондриите изпомпва протони през вътрешната мембрана от матрицата в междумембранното пространство. Дисбалансът в протоните причинява протоните да дифундират обратно през вътрешната мембрана в матрицата чрез ензимен комплекс, който е прекурсорна форма на АТФ и се нарича АТФ синтаза.
Потокът на протони през АТФ синтаза от своя страна е основа за синтеза на АТФ и той произвежда молекули АТФ, основният механизъм за съхранение на енергия в клетките.
Какво има в матрицата?
Вискозната течност във вътрешната мембрана се нарича матрица.
Той взаимодейства с вътрешната мембрана, за да изпълнява основните енерго-произвеждащи функции на митохондриите. Той съдържа ензимите и химикалите, които участват в цикъла на креб за производство на АТФ от глюкоза и мастни киселини.
Матрицата е мястото, където се намира митохондриалният геном, съставен от кръгова ДНК и къде са разположени рибозомите. Наличието на рибозоми и ДНК означава, че митохондриите могат да произвеждат свои собствени протеини и могат да се възпроизвеждат, като използват собствената си ДНК, без да разчитат на клетъчното делене.
Ако митохондриите изглеждат мънички, пълни клетки сами по себе си, това е така, защото вероятно са били отделни клетки в един момент, когато единични клетки все още се развиват.
Митохондрион-подобни бактерии навлизат в по-големи клетки като паразити и се оставят да останат, тъй като устройството е взаимно полезно.
Бактериите бяха в състояние да се размножават в сигурна среда и доставяха енергия на по-голямата клетка. През стотици милиони години бактериите се интегрират в многоклетъчни организми и се развиват в днешните митохондрии.
Тъй като днес се намират в животинските клетки, те формират ключова част от ранната човешка еволюция.
Тъй като митохондриите се размножават независимо на базата на митохондриалния геном и не участват в деленето на клетките, новите клетки просто наследяват митохондриите, които се намират в тяхната част на цитозола, когато клетката се раздели.
Тази функция е важна за възпроизводството на висши организми, включително хора, тъй като ембрионите се развиват от оплодена яйцеклетка.
Яйцеклетката от майката е голяма и съдържа много митохондрии в цитозола си, докато оплождащата спермална клетка от бащата почти няма. В резултат на това децата наследяват митохондриите и митохондриалната си ДНК от майка си.
Благодарение на функцията си за синтез на АТФ в матрицата и чрез клетъчното дишане през двойната мембрана, митохондриите и митохондриалната функция са ключов компонент на животинските клетки и помагат да се направи животът, доколкото съществува.
Клетъчната структура с органели, свързани с мембрана, е играла важна роля в човешката еволюция и митохондриите са допринесли съществено.