Содержание
- Строение Митохондрии
- Почему Митохондрия важна?
- Митохондриальные функции
- Внутренние и наружные митохондриальные мембраны
- Что в Матрице?
Эукариотические клетки живых организмов постоянно проводят огромное количество химических реакций, чтобы жить, расти, размножаться и бороться с болезнями.
Все эти процессы требуют энергии на клеточном уровне. Каждая клетка, которая участвует в любой из этих активностей, получает свою энергию от митохондрий, крошечных органелл, которые действуют как электростанции клеток. Единственным из митохондрий является митохондрия.
У людей клетки, такие как эритроциты, не имеют этих крошечных органелл, но большинство других клеток имеют большое количество митохондрий. Например, мышечные клетки могут иметь сотни или даже тысячи, чтобы удовлетворить свои энергетические потребности.
Почти каждое живое существо, которое движется, растет или думает, имеет митохондрии на заднем плане, производя необходимую химическую энергию.
Строение Митохондрии
Митохондрии представляют собой мембраносвязанные органеллы, окруженные двойной мембраной.
Они имеют гладкую наружную мембрану, охватывающую органеллу и сложенную внутреннюю мембрану. Складки внутренней мембраны называются кристами, единственными из которых являются кристы, а складки - это места, где происходят реакции, создающие митохондриальную энергию.
Внутренняя мембрана содержит жидкость, называемую матрицей, а межмембранное пространство, расположенное между двумя мембранами, также заполнено жидкостью.
Из-за этой относительно простой клеточной структуры митохондрии имеют только два отдельных рабочих объема: матрица внутри внутренней мембраны и межмембранное пространство. Они полагаются на переводы между двумя объемами для производства энергии.
Чтобы увеличить эффективность и максимизировать потенциал создания энергии, внутренние мембранные складки проникают глубоко в матрицу.
В результате внутренняя мембрана имеет большую площадь поверхности, и ни одна часть матрицы не находится далеко от внутренней мембранной складки. Складки и большая площадь поверхности помогают с функцией митохондрий, увеличивая потенциальную скорость передачи между матрицей и межмембранным пространством через внутреннюю мембрану.
Почему Митохондрия важна?
В то время как отдельные клетки первоначально развивались без митохондрий или других мембраносвязанных органелл, сложные многоклеточные организмы и теплокровные животные, такие как млекопитающие, получают энергию от клеточного дыхания на основе функции митохондрий.
В высокоэнергетических функциях, таких как сердечные мышцы или крылья птиц, присутствуют высокие концентрации митохондрий, которые поставляют необходимую энергию.
Благодаря функции синтеза АТФ митохондрии в мышцах и других клетках производят тепло тела, чтобы поддерживать теплокровных животных при постоянной температуре. Именно эта концентрированная способность митохондрий вырабатывать энергию делает возможными высокоэнергетические действия и выработку тепла у высших животных.
Митохондриальные функции
Цикл производства энергии в митохондриях основан на цепи переноса электронов наряду с циклом лимонной кислоты или Кребса.
Узнайте больше о цикле Кребса.
Процесс расщепления углеводов, таких как глюкоза, чтобы сделать АТФ, называется катаболизмом. Электроны от окисления глюкозы проходят по цепочке химической реакции, которая включает цикл лимонной кислоты.
Энергия реакций восстановления-окисления или окислительно-восстановительного взаимодействия используется для переноса протонов из матрицы, где происходят реакции. Последней реакцией в цепи митохондриальной функции является реакция, при которой кислород от клеточного дыхания подвергается восстановлению с образованием воды. Конечными продуктами реакций являются вода и АТФ.
Ключевыми ферментами, ответственными за выработку митохондриальной энергии, являются никотинамид-адениндинуклеотидфосфат (NADP), никотинамид-адениндинуклеотид (NAD), аденозиндифосфат (ADP) и флавин-адениндинуклеотид (FAD).
Они работают вместе, чтобы помочь переносить протоны из молекул водорода в матрице через внутреннюю митохондриальную мембрану. Это создает химический и электрический потенциал через мембрану с протонами, возвращающимися в матрицу через фермент АТФ-синтазу, что приводит к фосфорилированию и выработке аденозинтрифосфата (АТФ).
Читайте о структуре и функции АТФ.
Синтез АТФ и молекулы АТФ являются основными носителями энергии в клетках и могут использоваться клетками для производства химических веществ, необходимых для живых организмов.
••• НаукаПомимо того, что они являются производителями энергии, митохондрии могут помочь с межклеточной передачей сигналов посредством высвобождения кальция.
Митохондрии обладают способностью накапливать кальций в матрице и могут выделять его при наличии определенных ферментов или гормонов. В результате клетки, продуцирующие такие запускающие химические вещества, могут видеть сигнал роста кальция от высвобождения митохондриями.
В целом, митохондрии являются жизненно важным компонентом живых клеток, помогая взаимодействовать с клетками, распределяя сложные химические вещества и продуцируя АТФ, который формирует энергетическую основу для всей жизни.
Внутренние и наружные митохондриальные мембраны
Митохондриальная двойная мембрана выполняет разные функции для внутренней и внешней мембран и двух мембран и состоит из разных веществ.
Внешняя митохондриальная мембрана охватывает жидкость межмембранного пространства, но она должна позволять химическим веществам, которые должны проходить через нее митохондрии. Молекулы-накопители энергии, вырабатываемые митохондриями, должны быть в состоянии покинуть органеллу и доставлять энергию к остальной части клетки.
Для обеспечения таких переносов наружная мембрана состоит из фосфолипидов и белковых структур, называемых порины которые оставляют крошечные отверстия или поры на поверхности мембраны.
Межмембранное пространство содержит жидкость, которая имеет состав, аналогичный составу цитозоля, составляющего жидкость окружающей клетки.
Небольшие молекулы, ионы, питательные вещества и несущая энергию молекула АТФ, полученная синтезом АТФ, могут проникать через внешнюю мембрану и переходить между жидкостью межмембранного пространства и цитозолем.
Внутренняя мембрана имеет сложную структуру с ферментами, белками и жирами, позволяющими только воде, углекислому газу и кислороду свободно проходить через мембрану.
Другие молекулы, включая крупные белки, могут проникать через мембрану, но только через специальные транспортные белки, которые ограничивают их прохождение. Большая площадь поверхности внутренней мембраны, образующаяся из-за складок крист, обеспечивает пространство для всех этих сложных белковых и химических структур.
Их большое количество обеспечивает высокий уровень химической активности и эффективное производство энергии.
Процесс, посредством которого энергия производится посредством химических переносов через внутреннюю мембрану, называется окислительного фосфорилирования.
Во время этого процесса окисление углеводов в митохондриях прокачивает протоны через внутреннюю мембрану из матрицы в межмембранное пространство. Дисбаланс в протонах заставляет протоны диффундировать обратно через внутреннюю мембрану в матрицу через комплекс ферментов, который является предшественником формы АТФ и называется АТФ-синтазой.
Поток протонов через АТФ-синтазу, в свою очередь, является основой для синтеза АТФ, и он производит молекулы АТФ, основной механизм накопления энергии в клетках.
Что в Матрице?
Вязкая жидкость внутри внутренней мембраны называется матрицей.
Он взаимодействует с внутренней мембраной для выполнения основных энергетических функций митохондрий. Он содержит ферменты и химические вещества, которые участвуют в цикле Кребса, чтобы произвести АТФ из глюкозы и жирных кислот.
Матрица - это то место, где находится митохондриальный геном, состоящий из кольцевой ДНК, и место, где расположены рибосомы. Присутствие рибосом и ДНК означает, что митохондрии могут производить свои собственные белки и могут размножаться, используя свою собственную ДНК, не полагаясь на деление клеток.
Если митохондрии кажутся крошечными, полными клетками сами по себе, то это потому, что они, вероятно, были отдельными клетками в какой-то момент, когда отдельные клетки еще развивались.
Митохондрионоподобные бактерии проникли в более крупные клетки в качестве паразитов, и им было позволено остаться, потому что расположение было взаимовыгодным.
Бактерии были способны размножаться в безопасной среде и снабжали энергией большую клетку. За сотни миллионов лет бактерии интегрировались в многоклеточные организмы и превратились в современные митохондрии.
Поскольку они находятся сегодня в клетках животных, они составляют ключевую часть ранней эволюции человека.
Поскольку митохондрии размножаются независимо друг от друга на основе митохондриального генома и не участвуют в делении клеток, новые клетки просто наследуют митохондрии, которые оказываются в их части цитозоля, когда клетка делится.
Эта функция важна для размножения высших организмов, включая людей, потому что эмбрионы развиваются из оплодотворенной яйцеклетки.
Яйцеклетка от матери большая и содержит много митохондрий в своем цитозоле, тогда как оплодотворяющая сперматозоид от отца почти не имеет. В результате дети наследуют свои митохондрии и митохондриальную ДНК от своей матери.
Благодаря своей функции синтеза АТФ в матрице и через клеточное дыхание через двойную мембрану, митохондрии и функции митохондрий являются ключевым компонентом клеток животных и помогают сделать жизнь такой, какой она существует.
Клеточная структура с мембраносвязанными органеллами сыграла важную роль в эволюции человека, и митохондрии внесли существенный вклад.