Садржај
- Структура митохондрија
- Зашто су митохондрије важне?
- Митохондријске функције
- Унутрашње и вањске митохондријске мембране
- Шта је у матрици?
Еукариотске ћелије живих организама континуирано спроводе огроман број хемијских реакција на живот, раст, размножавање и борбу против болести.
Сви ови процеси захтевају енергију на ћелијском нивоу. Свака ћелија која се укључи у било коју од ових активности добија своју енергију из митохондрија, ситних органела које делују као станице ћелија. Јединица митохондрија је митохондриј.
У људи ћелије попут црвених крвних зрнаца немају ове ситне органеле, али већина осталих ћелија има велики број митохондрија. На пример, мишићне ћелије могу имати стотине или чак хиљаде да би задовољиле своје енергетске потребе.
Скоро свако живо биће које се креће, расте или мисли има митохондрије у позадини, производећи потребну хемијску енергију.
Структура митохондрија
Митохондрије су органеле везане мембраном затворене двоструком мембраном.
Имају глатку спољну мембрану која обухвата органелу и пресавијену унутрашњу мембрану. Набори унутрашње мембране називају се цристае, чија је једнина криста, а набори су тамо где се одвијају реакције које стварају митохондријску енергију.
Унутрашња мембрана садржи течност која се зове матрица, док је интермембрански простор смештен између две мембране такође испуњен течношћу.
Због ове релативно једноставне ћелијске структуре, митохондрији имају само два одвојена радна волумена: матрикс унутар унутрашње мембране и међупломенични простор. Ослањају се на трансфере између два волумена за производњу енергије.
Да би повећали ефикасност и максимизирали потенцијал стварања енергије, набори унутрашње мембране продиру дубоко у матрицу.
Као резултат тога, унутрашња мембрана има велику површину и ниједан део матрице није далеко од набора унутрашње мембране. Набори и велика површина помажу у функцији митохондрија, повећавајући потенцијалну брзину преноса између матрице и међумембранског простора преко унутрашње мембране.
Зашто су митохондрије важне?
Док су појединачне ћелије еволуирале без митохондрија или других органела везаних за мембрану, сложени вишећелијски организми и топлокрвне животиње попут сисара добијају своју енергију из ћелијског дисања на основу митохондријске функције.
Високоенергетске функције попут срчаних мишића или птичјих крила имају високу концентрацију митохондрија које обезбеђују потребну енергију.
Кроз своју функцију синтезе АТП, митохондрији у мишићима и другим ћелијама производе телесну топлоту да би топлотнокрвне животиње биле на сталној температури. Управо та концентрирана способност производње енергије митохондрија омогућава високе енергетске активности и производњу топлине код виших животиња.
Митохондријске функције
Циклус производње енергије у митохондријама ослања се на ланац транспорта електрона заједно са циклусом лимунске киселине или Кребсове.
Прочитајте више о Кребсовом циклусу.
Процес разградње угљених хидрата попут глукозе ради стварања АТП-а назива се катаболизмом. Електрони из оксидације глукозе пролазе дуж хемијског реакцијског ланца који укључује циклус лимунске киселине.
Енергија из редукционо-оксидационе или редокс реакције користи се за преношење протона из матрице где се реакције одвијају. Коначна реакција у ланцу митохондријске функције је она у којој кисеоник из ћелијског дисања пролази кроз редукцију да би се формирала вода. Крајњи производи реакција су вода и АТП.
Кључни ензими одговорни за производњу енергије митохондрије су никотинамид аденин динуклеотид фосфат (НАДП), никотинамид аденин динуклеотид (НАД), аденозин дифосфат (АДП) и флавин аденин динуклеотид (ФАД).
Раде заједно како би помогли у преношењу протона из молекула водоника у матриксу преко унутрашње митохондријске мембране. Ово ствара хемијски и електрични потенцијал кроз мембрану тако да се протони враћају у матрикс кроз ензим АТП синтазу, што резултира фосфорилацијом и производњом аденозин трифосфата (АТП).
Прочитајте о структури и функцији АТП-а.
АТП синтеза и АТП молекули су главни носиоци енергије у ћелијама и ћелије их могу користити за производњу хемикалија неопходних живим организмима.
••• ЗнањеПоред тога што су произвођачи енергије, митохондрији могу помоћи у сигнализацији од ћелије до ћелије ослобађањем калцијума.
Митохондрије имају способност складиштења калцијума у матрици и могу га отпустити када су присутни одређени ензими или хормони. Као резултат, ћелије које производе такве активирајуће хемикалије могу видети сигнал пораста калцијума од пуштања митохондрија.
Опћенито, митохондрије су витална компонента живих ћелија, помажу у станичној интеракцији, дистрибуцији сложених хемикалија и стварању АТП-а који представља енергетску основу за цијели живот.
Унутрашње и вањске митохондријске мембране
Дупла мембрана митохондрија има различите функције за унутрашњу и спољну мембрану и две мембране и састоји се од различитих супстанци.
Спољна митохондријална мембрана затвара течност интермембранског простора, али мора дозволити хемикалијама које митохондрији требају да прођу кроз њу. Молекули за складиштење енергије које производе митохондрији морају бити у стању да напусте органелу и испоруче енергију остатку ћелије.
Да би се омогућили такви трансфери, спољна мембрана је сачињена од фосфолипида и протеинских структура које се називају поринс које остављају ситне рупе или поре на површини мембране.
Међемембрански простор садржи течност која има састав сличан оном цитосола који чини течност околне ћелије.
Мали молекули, јони, храњиве материје и АТП молекул који носи енергију произведени АТП синтезом могу да продру у спољну мембрану и пређу између течности интермембранског простора и цитосола ..
Унутрашња мембрана има сложену структуру са ензимима, протеинима и мастима који дозвољавају само води, угљен диоксиду и кисеонику да пролазе кроз мембрану слободно.
Остали молекули, укључујући велике протеине, могу продријети у мембрану, али само кроз посебне транспортне протеине који ограничавају њихов пролазак. Велика површина унутрашње мембране, која је резултат набора криза, пружа простор за све ове сложене протеинске и хемијске структуре.
Њихов велики број омогућава висок ниво хемијске активности и ефикасну производњу енергије.
Позива се процес којим се енергија производи хемијским трансферима кроз унутрашњу мембрану оксидативне фосфорилације.
Током овог процеса, оксидација угљених хидрата у митохондријама пумпа протоне кроз унутрашњу мембрану из матрице у међумембрански простор. Неравнотежа протона проузрокује дифузију протона кроз унутрашњу мембрану у матрикс кроз ензимски комплекс који је прекурсор АТП облика и назива се АТП синтаза.
Проток протона кроз АТП синтазу заузврат је основа за АТП синтезу и он ствара АТП молекуле, главни механизам складиштења енергије у ћелијама.
Шта је у матрици?
Вискозна течност унутар унутрашње мембране назива се матрица.
Интеракција је са унутрашњом мембраном ради обављања главних функција митохондрија које производе енергију. Садржи ензиме и хемикалије које учествују у кребс циклусу за производњу АТП-а из глукозе и масних киселина.
Матрица је где се налази митохондријски геном састављен од кружне ДНК и где су локомозоми. Присуство рибосома и ДНК значи да митохондрији могу да стварају сопствене протеине и могу да се размножавају користећи сопствену ДНК, не ослањајући се на поделу ћелија.
Ако митохондрије изгледају сићушно, комплетне ћелије саме од себе, то је зато што су оне вероватно биле засебне ћелије у једном тренутку када су се поједине ћелије још увек развијале.
Бактерије налик митохондрију ушли су у веће ћелије као паразити и дозвољено им је да остану јер је распоред обострано користан.
Бактерије су се могле размножавати у сигурном окружењу и снабдијевале су енергију у већу ћелију. Током стотина милиона година, бактерија се интегрисала у вишећелијске организме и еволуирала у данашње митохондрије.
Пошто се данас налазе у животињским ћелијама, они представљају кључни део ране еволуције човека.
Пошто се митохондрије множе независно на основу митохондријског генома и не учествују у деоби ћелија, нове ћелије једноставно наслеђују митохондрије који се налазе у њиховом делу цитосола када се ћелија подели.
Ова функција је важна за размножавање виших организама, укључујући људе, јер се ембриони развијају из оплођених јајашаца.
Јајна ћелија мајке је велика и садржи пуно митохондрија у свом цитосолу, док оплодна ћелија од оца опхрањива. Као резултат тога, дјеца од мајке насљеђују митохондрија и митохондријски ДНК.
Захваљујући њиховој функцији синтезе АТП-а у матриксу и ћелијском дисању кроз двоструку мембрану, митохондрије и функција митохондрија су кључна компонента животињских ћелија и помажу у омогућавању живота какав постоји.
Ћелијска структура с органонелима везаним мембраном играла је важну улогу у људској еволуцији, а митохондрији су дали важан допринос.