Содержание

Основные функции и строение митохондрий

Автор Nat WorldВремя чтения 3 мин.Просмотры 35Опубликовано Обновлено

Существует два основных типа клеток: прокариотические и эукариотические клетки. Митохондрии являются «электростанциями» эукариот, производящие энергию для деятельности клеток. Эти органеллы генерируют энергию путем ее преобразования в формы, которые могут быть использованы клеткой. Находящиеся в цитоплазме, митохондрии служат “базой” для клеточного дыхания. Клеточное дыхание – процесс, генерирующий энергию для деятельности клетки. Митохондрии также участвуют в других клеточных процессах, таких как деление, рост и гибель клеток.

Отличительные характеристики

Митохондрии имеют характерную продолговатую или овальную форму и покрыты двойной мембраной. Они встречаются как в животных, так и в растительных клетках. Количество митохондрий внутри клетки изменяется в зависимости от типа и функции клетки. Некоторые клетки, такие как зрелые эритроциты, вообще не содержат митохондрий. Отсутствие митохондрий и других органелл оставляет место для миллионов молекул гемоглобина, необходимых для транспортировки кислорода по всему телу. С другой стороны, клетки мышц могут содержать тысячи митохондрий, генерирующих энергию, необходимую для мышечной активности. Митохондрии также обильны в жировых клетках и клетках печени.

Митохондриальная ДНК

Митохондрии имеют собственную ДНК (мтДНК), рибосомы и могут синтезировать свои собственные белки. мтДНК кодирует белки, участвующие в переносе электронов и окислительном фосфорилировании, которые происходят при клеточном дыхании. При окислительном фосфорилировании в матрице митохондрий генерируется энергия в виде АТФ. Протеины, синтезированные из мтДНК, также кодируются для продуцирования молекул РНК, передающих РНК и рибосомную РНК.

Митохондриальная ДНК отличается от ДНК, обнаруженной в ядре клетки, тем, что она не обладает механизмами восстановления ДНК, которые помогают предотвратить мутации в ядерной ДНК. В результате мтДНК имеет гораздо более высокую скорость мутаций, чем ядерная ДНК. Воздействие реактивного кислорода, образующегося при окислительном фосфорилировании, также повреждает мтДНК.

Строение митохондрий

Митохондрии окружены двойной мембраной. Каждая из этих мембран представляет собой фосфолипидный бислой со встроенными белками. Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя мембрана имеет много складок. Эти складки называются кристами. Они повышают «производительность» клеточного дыхания за счет увеличения доступной площади поверхности.

Двойные мембраны делят митохондрию на две различные части: межмембранное пространство и матрицу митохондрий. Межмембранное пространство представляет собой узкую часть между двумя мембранами, в то время как митохондриальная матрица является частью, заключенной внутри мембран.

Митохондриальная матрица содержит мтДНК, рибосомы и ферменты. Некоторые из этапов клеточного дыхания, включая цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование, происходят в матрице из-за высокой концентрации ферментов.

Митохондрии полуавтономны, так как лишь частично зависят от клетки, чтобы реплицировать и расти. У них есть свои ДНК, рибосомы, белки и контроль над их синтезированием. Подобно бактериям, митохондрии имеют циркулярную ДНК и реплицируются репродуктивным процессом, называемым бинарным делением. До репликации митохондрии сливаются вместе в процессе, называемом слияние. Это необходимо для поддержания стабильности, так как без него митохондрии будут уменьшаться по мере их деления. Уменьшенные митохондрии не способны продуцировать достаточное количество энергии, необходимой для нормального функционирования клетки.

Не все нашли? Используйте поиск по сайту ↓
Есть вопросы или дополнения к статье? Пиши в
комментариях

5. Митохондрии

5.1. Строение и локализация

Митохондрии — это обязательный органоид каждой клетки всех многоклеточных и одноклеточных организмов. В разных клетках размеры и форма митохондрий чрезвычайно сильно варьируются. По форме митохондрии могут быть округлыми, овальными, палочковидными, нитевидными или сильно разветвленными тельцами, которые обычно хорошо видны в световой микроскоп.  Форма митохондрий может варьироваться не только в клетках разных организмов, разных органов и тканей одного и того же организма, но и в одной и той же клетке в разные моменты ее жизнедеятельности. Митохондрии меняют свою форму, и при разнообразных воздействиях на клетку, например при изменении РН-среды, осмотического давления, температуры, одна форма митохондрий может переходить в другую.  Размеры митохондрий в большинстве исследованных клеток тоже варьируются, как и их форма. Так, митохондрии округлой формы имеют диаметр от 0,2 до 1 мк. Длина палочковидных митохондрий может быть до 7 мк, а нитевидных — до 15-20 мк. Количество митохондрий также неодинаково в разных типах клеток и колеблется от нескольких, например, от 5-7 — в зрелых спермиях некоторых насекомых, до 2500 — в печеночных клетках крысы.

  Число митохондрий находится в соответствии с функциональной активностью клетки. Установлено, например, что в клетках грудной мышцы хорошо летающих птиц митохондрий значительно больше, чем в клетках этой же мышцы у птиц нелетающих.  Количество митохондрий в одной клетке меняется и в процессе онтогенеза: в молодых эмбриональных клетках они более многочисленны, чем в клетках стареющих. Варьируется и расположение митохондрий в разных клетках. Во многих клетках митохондрии распределены довольно равномерно по всей цитоплазме, что свойственно нервным клеткам, некоторым эпителиальным клеткам, многим простейшим и т. д. Однако в ряде клеток митохондрии локализуются в каком-либо определенном участке, обычно связанном с наиболее активной деятельностью. Часто митохондрии окружают ядро.  Исследования с помощью светового, а также электронного микроскопов показали наличие структурной связи между ядром и митохондриями, которая способствует обмену между ними какими-то веществами. Так был обнаружен контакт между ядром и митохондриями в некоторых клетках животных и растений, приступающих к делению.
На электронно-микроскопических фотографиях таких клеток найдены структуры в виде трубочек, соединяющие митохондрии с ядерной оболочкой. Обнаружен и тесный контакт митохондрий с эндоплазматической сетью, что находится в непосредственной связи с их функциями.  Тонкое строение митохондрий выявлено только благодаря мощи электронного микроскопа. Митохондрия ограничена внешней мембраной, которая имеет такое же строение, как и наружная цитоплазматическая мембрана клетки. Под наружной мембраной располагается внутренняя мембрана, также имеющая типичное трехслойное строение. Между внешней и внутренней мембранами находится узкое щелевидное пространство. Внешняя и внутренняя мембраны составляют оболочку митохондрии. От внутренней мембраны отходят выросты, направленные во внутреннее пространство митохондрии, — гребни, или кристы.  Кристы располагаются параллельно друг другу и ориентированы в поперечном направлении по отношению к продольной оси митохондрии. Со всех сторон кристы ограничены внутренней митохондриальной мембраной с типичным трехслойным строением, а в их середине находится гомогенное вещество.
Иногда же внутри кристы имеется центральная пластинка. Внутреннее пространство митохондрии, в котором располагаются кристы, также заполнено гомогенным веществом, носящим название «матрикса». Вещество матрикса более плотной консистенции, чем окружающая митохондрию цитоплазма. В последнее время в матриксе митохондрий были обнаружены рибосомы.

Протистология. Простейшие — презентация онлайн

1. Протистология

2. Простейшие – разнородная группа одноклеточных эукариотных организмов

Бактерии
Археи
Эукариоты

3. Как и когда они появились?

4. Акритархи – останки древних эукариот появились 1,9-1,5 млрд лет назад

EUKARIOTA

6. Каково общее строение эукариот?

7. Митохондрии, пластиды, ядро и, вероятно, базальные тела микротрубочек произошли в результате эндосимбиоза

8. Митохондрии – вырабатывают энергию за счет кислородного дыхания

9. Типы митохондрий у разных эукариот

• А – пластинчатые (есть у Amoebozoa,
Archaeplastida, Opistoconta)
• Б – трубчатые ( у SAR)
• В – дисковидные (у Excavata)

10.

Пластиды имеют различное происхождение и функции

11. Жгутики

12. Что из себя представляет жгутик?

13. Базальные тела жгутиков, митохондрии, пластиды делятся самостоятельно, как и ядро. Они не могут синтезироваться в клетке

заново.

14. Предложил теорию эндосимбиогенеза – Мережковский Константин Сергеевич

16. Opisthokonta

• Единственный задний жгутик
• Пластинчатые кристы в митохондриях
• Пластиды отсутствуют

17. Amoebazoa

• Пластинчатые кристы в митохондриях
• Жгутиков обычно нет
• Пластиды отсутствуют

18. Excavata

• Кристы в митохондриях в виде теннисных
ракеток (дисковидные)
• Пластиды, если есть, произошли в результате
вторичного эндосимбиоза от зеленых
водорослей.
• Жгутиков обычно 2, разной длины
(гетероконтные), длинный несет ряд волосков –
мастигонем (гетероморфные)

19. SAR (Stramenopila, Alveolata, Rhizaria)

• Кристы в митохондриях трубчатые
• Вторичный эндосимбиоз от красных или
зеленых водорослей
• Обычно 2 передних жгутика

20.

Archaeplastida • Кристы в митохондриях пластинчатые
• Первичный эндосимбиоз от цианобактерий
• 2 передних жгутика

Возникновение и эволюция пластид • В. С. Мухина • Журнал общей биологии • Выпуск 5 • Том 75, 2014 г.

В.С. Мухина из Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича предлагает обзор современных представлений о возникновении и различных судьбах пластид в ходе развития живого мира. Новые методы исследований сходства последовательностей ДНК значительно прояснили картину возникновения органелл в разных таксонах. Представляется, что пластиды, возникшие в результате однократного первичного симбиоза праводоросли с цианобактериями, затем передавались между таксонами путем вторичных или даже третичных симбиозов. Таким образом, группа организмов, содержащих пластиды, не является однородной и пластиды в разных таксонах получены ими независимо друг от друга. Исследование сложных эволюционных путей пластид в клетках эукариот помогают проследить стадии перестроения систем наследования, транспорта веществ, биохимических путей хозяина и симбионта.

Гипотеза о том, что хлоропласты и другие пластиды в эукариотических клетках являются потомками цианобактерий, была высказана еще в начале ХХ века К.С. Мережковским и А.С. Фаминцыным. Гораздо позже, в 1983 г. Линн Маргелис разработала теорию эндосимбиогенеза для объяснения происхождения митохондрий и пластид от бактерий-симбионтов. Не вызывает сомнения, что консервативные (единообразные) митохондрии появились однократно у общего предка эукариот. Однако разнообразие пластид в растительном и животном мире наталкивает на иные выводы.

Раньше при выяснении родственных отношений пластидосодержащих организмов большое значение придавали пигментному составу хлоропластов (см. заглавную иллюстрацию). Существовала гипотеза, согласно которой первичный симбиоз происходил неоднократно с бактериями, имеющими разный пигментный состав, который они сохранили до сих пор. Например, пластиды зеленых водорослей произошли от бактерий, содержащих хлорофилл b, а пластиды красных водорослей — от цианобактерий, имеющих фикобилины.

Современная система эукариот, основанная на анализе родственных отношений по ДНК, показывает, что организмы, содержащие сходные по пигментному составу пластиды, имеются в разных эволюционных ветвях (рис. 1). Морфология пластид тоже может рассказать об эволюционной истории эндосимбиоза (рис. 2).

Когда клетка хозяина захватывает бактерию, то последняя оказывается окружена несколькими оболочками: внешняя по отношению к поглощённой бактерии, так называемая фагосомальная мембрана хозяина, затем наружная мембрана цианобактерии, слизистый пептидогликановый слой и, наконец, внутренняя оболочка цианобактерий — плазмалемма. Как видно на рис. 2, первичный симбиоз происходит, когда эукариотическая клетка захватывает цианобактерию. В этом случае в результате симбиоза образуется эукариота с пластидой, окруженной двойной бактериальной мембраной. В ходе эволюции эндосимбиоза цианобактерия в клетке хозяина претерпевает постепенные структурные изменения: исчезает фагосомальная мембрана, часть бактериального генома мигрирует в ядерный геном хозяина, изменяется состав пигментов, осуществляющих фотосинтез.

В качестве симбионта клетка хозяина может захватывать не только бактерию, но и другой содержащий пластиду организм. В этом случае возникает вторичный симбиоз, который, так же как и при первичном симбиозе, сохраняет следы поглощения в виде дополнительных мембран. Анализ ДНК и морфологии пластид у разных организмов показывает, что эукариоты приобретали пластиды в несколько этапов и часто независимо друг от друга.

Первичные пластиды, по-видимому, образовались в результате однократного симбиоза предка водоросли и цианобактерии в группе, названной благодаря этому – Archaeplastidae – лат. первозданные, древние пластиды (см. рис. 1, 3). В дальнейшем в этой группе выделились глаукофитовые, зеленые, красные водоросли и собственно растения. В группе глаукофитовых водорослей хлоропласты еще носят не стертые эволюцией черты захваченных цианобактерий: пептидогликановый слой между двумя бактериальными мембранами, сходный светособирающий комплекс, наличие только хлорофилла а. Время первичного эндосимбиоза по-разному трактуется в зависимости от используемых методов исследования. Так, согласно результатам анализа генов цианобактериального происхождения, перешедших в ядро хозяина, симбиоз имел место 1,2 млрд. лет назад. Сравнение 16S рРНК (одна из молекул рибосомальной РНК прокариот используется для анализа родства прокариот) и гена rbcL хлоропластов указывает на более раннее время события – 2,3 млрд. лет назад. По-видимому, имеется еще и другой, независимый, случай первичного эндосимбиоза: на основе одноклеточного эукариотического организма — амебы

Paulinella из группы Rhizaria — и цианобактерии из порядка Prochlorales (см. рис. 3).

Все остальные эукариоты получили свои пластиды в результате вторичных и третичных эндосимбиозов (рис. 3). Спустя 200-300 млн. лет после первичного симбиоза некоторые не имеющие пластид эукариоты захватили красную водоросль (например динофлагеляты), другие – зеленую (эвглены) (см. рис. 3). От плененной водоросли постепенно оставалась только пластида. Однако такая пластида оказывается окруженной тремя или четырьмя мембранами: две бактериальные, мембрана (плазмалемма) водоросли и фагосомальная мембрана конечного хозяина (см.

рис. 2). У некоторых представителей сохраняется редуцированное ядро (нуклеоморф) водоросли.

Интересно, что вторичный симбиоз с красными водорослями, считавшийся однократным событием, возможно, имел место несколько раз. Ранее предполагалось, что все организмы со сходными пластидами, происходящими от красных водорослей, являются единой группой – хромальвеоляты (Chromalveolata). На настоящий момент имеются данные, что хромальвеоляты – сборная группа. Запутанность судеб вторичных пластид возникает как вследствие возможности их горизонтального переноса, так и из-за полной редукции пластид в отдельных таксонах. Например, ресничные инфузории, некоторые динофлагеляты не имеют полноценных пластид. Эукариоты группы Apicomplexa, родственные этим группам, имеют апикопласты – сильно редуцированные пластиды, утратившие фотосинтетическую функцию и участвующие в синтезе жирных кислот и некоторых других веществ. Часть видов динофлагелят приобрели пластиды в результате третичного симбиоза (см. рис. 2, 3). В этих случаях наблюдается целый ряд различных типов симбиозов: временное владение чужими пластидами – клептопластия, или захват и использование целой клетки водоросли с ядром, митохондриями и проч. Появляется возможность использовать свои «старые» пластиды для других целей – например, Kryptoperidinium модифицировал их в глазок (светочувствительный органоид).

Вторичный эндосимбиоз с зелеными водорослями произошел не менее двух раз: эвглены и хлорарахниофиты получили их независимо друг от друга (см. рис. 3).

В процессе эволюции симбиотических отношений пластидный геном подвергается сильной редукции и перестройке. У свободноживущих цианобактерий геном составляет около 3-4 тыс. генов, тогда как пластидные геномы имеют всего от 40 до 273 генов. При этом пластиды сохраняют для себя гены домашнего хозяйства (для осуществления процессов репликации, трансляции и транскрипции), в то время как гены биохимических циклов, например, фиксации углерода, «передаются в ведение» ядерного генома хозяина. Разнообразие ситуаций с эндосимбионтами соответствует широкому спектру характеристик редукции и перестройки пластид.

Особый интерес вызывает организация переноса веществ из цитоплазмы хозяйской клетки внутрь пластиды. Веществам, закодированным в ядерном геноме, необходимо преодолевать, как легко заметить, некоторое количество разнокачественных мембран. Например, при первичном симбиозе двойная мембрана цианобактерии приобретает белковые транспортные поры, причем поровые комплексы имеют смешанное происхождение – там есть белки как самой бактерии, так и хозяина. Хотя немало уже известно о том, как организмы научились получать «маленькие фотосинтезирующие фабрики», очень многое еще ждет более подробного исследования.

Дополнительная информация по теме древних эндосимбионтов:
Митохондрии-паразиты.
СКЕПТИЧЕСКОЕ УДИВЛЕНИЕ. Преступный фотосинтез: Myrionecta, Dinophysis и украденные пластиды (русский перевод).

Строение и функции лизосомы

☰

Лизосомы («лизис» — расщепление, «сома» — тело) — это органеллы эукариотических клеток. По строению представляют собой мембранные мешочки (визикулы, пузырьки), содержащие множество ферментов, расщепляющих сложные органические вещества. Основными функциями лизосом являются клеточное пищеварение, уничтожение ненужных клетке органоидов, саморазрушение клетки, секреция веществ за пределы клетки. При этом различают различные типы лизосом.

В животных клетках обычно содержится много мелких лизосом, их количество зависит от функциональных особенностей клетки. В клетках растений лизосомы образуются редко, обычно их функции выполняет крупная центральная вакуоль.

Ферменты (как известно, имеющие в основном белковую природу) лизосом синтезируются рибосомами, расположенными на шероховатой эндоплазматической сети. Далее по каналам сети они транспортируются в направлении комплекса Гольджи. От ЭПС отрываются транспортные пузырьки, которые впоследствии сливаются с аппаратом Гольджи. Здесь белки соединяются с другими веществами, принимают свою функциональную форму, упаковываются. На выходе из Гольджи образуются готовые лизосомы.

Внутренняя среда лизосом является неоднородной и более кислой (ее pH ниже), чем среда цитоплазмы. Это достигается за счет активного транспорта ионов водорода (Н+) лизосомной мембраной. Только в кислой среде гидролитические ферменты (липазы, протеазы, фосфатазы, нуклеазы) могут быть активны и расщеплять белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Лизосомы, которые только образовались в Гольджи и еще не приступили к выполнению своих функций, называются первичными. Некоторые из них подходят к цитоплазматической мембране, где путем экзоцитоза (когда мембраны органеллы и плазмалеммы сливаются, а содержимое изливается во внешнюю для клетки среду) происходит секреция содержимого лизосом.

При этом есть пример, когда в лизосому сначала попадает неготовый гормон. В ней он изменяется, приобретает активную форму, далее происходит его секреция.

Немало клеток эукариот поглощают вещества, частицы, другие клетки путем фагоцитоза и пиноцитоза (называются общим словом «эндоцитоз»). В результате образуются эндоциты — мембранные пузырьки с поглощенным материалом, который требуется переварить или уничтожить (например, в случае проникновения вредоносных бактерий).

С эндоцитом сливается первичная лизосома таким образом, что ферменты и расщепляемые структуры оказываются в одном мембранном пузырьке. Это уже вторичная лизосома, которая также может называться пищеварительной вакуолью (в основном у одноклеточных). Полученные в процессе ферментативного распада (переваривания) вещества транспортируются через мембрану пузырька в цитоплазму. В лизосоме остаются непереваренные остатки, которые необходимо удалить. Для этого пищеварительная вакуоль подходит к клеточной мембране и сливается с ней, таким образом путем уже экзоцитоза (обратен эндоцитозу) избавляясь от остатков.

Микрофотография лизосомы, эндосомы, вторичной лизосомы:

Ненужные клетке органеллы (например, митохондрии) окружаются мембраной, отделяющейся от гладкой эндоплазматической сети. Мембранный мешочек с органоидом далее сливается с первичной лизосомой. После этого клеточная структура разрушается. Данное явление называется автофагией.

При массовом разрушении лизосом среда цитоплазмы приобретает более кислую реакцию, и гидролитические ферменты не теряют своей активности и могут разрушать все структуры клетки. Так происходит гибель клетки путем автолиза. Данное явление, например, наблюдается при превращении головастика в лягушку, когда его хвост исчезает.

Таким образом, несмотря на свое простое строение, лизосомы выполняют целый ряд важных для клетки функций.

Дать характеристику органоидам клетки. Особенности строения и выполняемые функции

Эндоплазматическая сеть:

Строение:
1.система мембранных мешочков;
2. диаметр 25-30 нм;
2.образует единое целое с наружной  мембраной и ядерной оболочкой;
3.Существует 2 типа:
шероховатый  (гранулярный)
гладкий

Функции: 
1. синтез белков (шероховатый тип)
2. синтез липидов и стероидов.
3. транспорт синтезируемых веществ.

Комплекс Гольджи:

Строение:
1.система мембранных мешочков-цистерн;
2. система пузырьков
3.размер 20-30 нм
4.находится около ядра.

Функции:
1. участвует в выведении веществ, синтезируемых клеткой (секреция)
2. образование лизосом

Рибосомы:

Строение:
1. мелкие органеллы — 15-20 нм;
2. состоят из 2 субъединиц
3. содержат РНК и белок
4. свободные или связанные с мембранами
Функции:
синтез белка на полисоме

Лизосомы:

Строение:
1. сферический мембранный мешок
2.много гидролитических ферментов (около 40)
3. размер — 1мкм

Функции:
1. переваривание веществ
2. расщепление отмерших частей клетки

Митохондрии:

Строение:
1. тельца от 0,5 -7 мкм
2.окружены мембраной
3. внутренние мембранны -кристы
4. матрикс (рибосомы, ДНК, РНК)
5. много ферментов

Функции:
1. окисление органических веществ
2.синтез атф и накопление энергии 
3. синтез собственных белков

Плазматическая мембрана:

Строение:
1. Толщина — 6-10 нм
2. Жидкостно-мозаичная модель строения:
а) бислой липидов
б) два слоя белков, которые располагаются на поверхности липидного слоя, погружены в него, пронизывают его насквозь.

Функции:
 1. Ограничивает содержимое клетки (защитная)
2. Определяет избирательную проницаемость:
а) диффузия
б) пассивный транспорт
в) активный транспорт
3. Фаготоцитоз
4. Пиноцитоз
5. Обеспечивает раздражимость
6. Обеспечивает межклеточные контакты

Пластиды: 

Строение:
1. Размер — 3-10 мкм
2. существую три вида (лейкопласты, хромопласты, хлоропласты)
3. покрыты белково-липидной мембраной
4. строма-матрикс
5. имеют складки внутренней мембраны
6. в строме находится ДНК и рибосомы
7. в мембранах есть хлорофилл

Функции:
1. Фотосинтез
2. Запасающая

Ядро:

Строение: 
1. Размер — 2-20 мкм 
2.  покрыто белково-липидной мембраной
3. кариоплазма — ядерный сок
4. Ядрышко (РНК, белок)
5. Хроматин (ДНК, белок)

 Функции:
1. Хранение ДНК
2. Транскрипция ДНК

Вакуоли:

 Строение:
1. крупные характерны для  растительных клеток
2. Мешочки заполнены клеточным соком
3. в клетках животных — мелкие:
а) сократительные
б) пищеварительные
в) фаготицарные

Функции:
1. Регулируют осмотическое давление в клетках
2. Накапливают вещества (пигменты клеток плодов, питательные вещества, соли)

Клеточный центр:

Строение: 
1. Размер — 0,1 — 0,3 мкм
2. состоит из двух центриолей и центросферы
3. немембранная структура
4. содержит белки, углеводы, ДНК, РНК, липиды

Функции: 
1. Образует веретено деления клетки, участвует в делении клетки.
2. Принимает участие в развитии жгутиков и ресничек

Цитоплазма:

Строение: 
1. Полужидкая масса коллоидной структуры
2. состоит из гиалоплазмы (белки, липиды, полисахариды, РНК, катионы, анионы)

Функции:
1. Объединяет органоиды клетки и обеспечивает их взаимодействие

Цитоскелет:

 Строение: 
1. Структура белковой природы — микронити (d = 4-7 нм) и микротрубочки (d= 10-25нм)

Функции:
1. Опорная
2. закрепление органелл в определенном положении

В чем участвуют митохондрии. Что такое митохондрии? Их строение и функции. Для чего нужны митохондрии

  • 5. Световой микроскоп, его основные характеристики. Фазово-контрастная, интерференционная и ультрафиолетовая микроскопия.
  • 6. Разрешающая способность микроскопа. Возможности световой микроскопии. Изучение фиксированных клеток.
  • 7. Методыавторадиографии, клеточных культур, дифференциального центрифугирования.
  • 8.Метод электронной микроскопии, многообразие его возможностей. Плазматическая мембрана, особенности строения и функций.
  • 9.Поверхностный аппарат клетки.
  • 11.Клеточная стенка растений. Строение и функции – оболочки клеток растений, животных и прокариот, сравнение.
  • 13. Органеллы цитоплазмы. Мембранные органоиды, их общая характеристика и классификация.
  • 14. Эпс гранулярная и гладкая. Строение и особенности функционирования в клетках равного типа.
  • 15. Комплекс Гольджи. Строение и функции.
  • 16. Лизасомы, функциональное многообразие, образование.
  • 17. Вакулярный аппарат растительных клеток, компоненты и особенности организации.
  • 18. Митохондрии. Строение и функции митохондрий клетки.
  • 19. Функции митохондрий клетки. Атф и его роль в клетке.
  • 20. Хлоропласты, ультраструктура, функции в связи с процессом фотосинтеза.
  • 21. Многообразие пластид, возможные пути их взаимопревращения.
  • 23. Цитоскелет. Строение, функции, особенности организации в связи с клеточным циклом.
  • 24. Роль метода иммуноцитохимии в изучение цитоскелета. Особенности организации цитоскелета в мышечных клетках.
  • 25. Ядро в клетках растений и животных, строение, функции, взаимосвязь ядра и цитоплазмы.
  • 26. Пространственная организация интрфазных хромосом внутри ядра, эухроматин, гетерохроматин.
  • 27. Химический состав хромосом: Днк и белки.
  • 28. Уникальные и повторяющиеся последовательности днк.
  • 29.Белки хромосом гистоны, негистоновые белки; их роль в хроматине и хромосомах.
  • 30. Виды рнк, их функции и образование в связи с активностью хроматина. Центральная догма клеточной биологии: днк-рнк-белок. Роль компонентов в ее реализации.
  • 32. Митотические хромосомы. Морфологическая организация и функции. Кариотип (на примере человека).
  • 33. Репродукция хромосом про- и эукариот, взаимосвязь с клеточным циклом.
  • 34. Политенные и хромосомы типа ламповых щеток. Строение,функции, отличие от метафазных хромосом.
  • 36. Ядрышко
  • 37. Ядерная оболочка строение,функции,роль ядра при взаимодействии с цитоплазмой.
  • 38.Клеточный цикл, периоды и фазы
  • 39. Митоз как основной тип деления.Открытый и закрытый митоз.
  • 39. Стадии митоза.
  • 40.Митоз,общие черты и отличия.Особенности митоза у растений и у животных:
  • 41.Мейоз значение, характеристика фаз, отличие от митоза.

    • Митохондрии — органеллы энергообеспечения метаболических процесов в клетке. Размеры их варьируют от 0,5 до 5-7 мкм, количество в клетке составляет от 50 до 1000 и более. В гиалоплазме митохондрии распределены обычно диффузно, однако в специализированных клетках сосредоточены в тех участках, где имеется наибольшая потребность в энергии. Например, в мышечных клетках и симпластах большие количества митохондрий сосредоточены вдоль рабочих элементов — сократительных фибрилл. В клетках, функции которых сопряжены с особо высокими энергозатратами, митохондрии образуют множественные контакты, объединяясь в сеть, или кластеры (кардиомиоциты и симпласты скелетной мышечной ткани). В клетке митохондрии выполняют функцию дыхания. Клеточное дыхание — это последовательность реакций, с помощью которых клетка использует энергию связей органических молекул для синтеза макроэргических соединений типа АТФ. Образующиеся внутри митохондрии молекулы АТФ переносятся наружу, обмениваясь на молекулы АДФ, находящиеся вне митохондрии. В живой клетке митохондрии могут передвигаться с помощью элементов цитоскелета. На ультрамикроскопическом уровне стенка митохондрии состоит из двух мембран — наружной и внутренней. Наружная мембрана имеет относительно ровную поверхность, внутренняя — образует направленные в центр складки, или кристы. Между наружной и внутренней мембранами возникает неширокое (около 15 нм) пространство, которое называется наружной камерой митохондрии; внутренняя мембрана ограничивает внутреннюю камеру. Содержимое наружной и внутренней камер митохондрии различно, и так же, как и сами мембраны, существенно отличается не только по рельефу поверхности, но и по ряду биохимических и функциональных признаков. Наружная мембрана по химическому составу и свойствам близка к другим внутриклеточным мембранам и плазмолемме.

    Ее характеризует высокая проницаемость, благодаря наличию гидрофильных белковых каналов. Эта мембрана имеет в своем составе рецепторные комплексы, распознающие и связывающие вещества, поступающие в митохондрию. Ферментный спектр наружной мембраны небогат: это ферменты метаболизма жирных кислот, фосфолипидов, липидов и др. Главной функцией наружной мембраны митохондрии является отграничение органеллы от гиалоплазмы и транспорт необходимых для осуществления клеточного дыхания субстратов. Внутренняя мембрана митохондрий в большинстве клеток тканей различных органов формирует кристы в виде пластин (ламеллярные кристы), что значительно увеличивает площадь поверхности внутренней мембраны. В последней 20-25 % всех белковых молекул составляют ферменты дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования. В эндокринных клетках надпочечников и половых желез митохондрии участвуют в синтезе стероидных гормонов. В этих клетках митохондрии имеют кристы в виде трубочек (тубул), упорядоченно расположенных в определенном направлении. Поэтому кристы митохондрий в стероидпродуцирующих клетках названных органов именуются тубулярными. Матрикс митохондрии, или содержимое внутренней камеры, представляет собой гелеобразную структуру, содержащую около 50 % белков. Осмиофильные тельца, описанные при электронной микроскопии, — это резервы кальция. Матрикс содержит ферменты цикла лимонной кислоты, катализирующие окисление жирных кислот, синтез рибосом, ферменты, участвующие в синтезе РНК и ДНК. Общее число ферментов превышает 40. Помимо ферментов, матрикс митохондрии содержит митохондриальную ДНК (митДНК) и митохондриальные рибосомы. Молекула митДНК имеет кольцевидную форму. Возможности внутримитохондриального белкового синтеза ограничены — здесь синтезируются транспортные белки митохондриальных мембран и некоторые ферментные белки, участвующие в фосфорилировании АДФ. Все остальные белки митохондрии кодируются ядерной ДНК, и их синтез осуществляется в гиалоплазме, и в дальнейшем они транспортируются в митохондрию. Жизненный цикл митохондрий в клетке короткий, поэтому природа наделила их двойственной системой воспроизводства — помимо деления материнской митохондрии, возможно образование нескольких дочерних органелл путем почкования.

    Митохондрии — микроскопические двумембранные полуавтономные органоиды общего назначения, обеспечивающие клетку энергией, получаемой благодаря процессам окисления и запасаемой в виде фосфатных связей АТФ. Митохондрии также участвуют в биосинтезе стероидов, окислении жирных кислот и синтезе нуклеиновых кислот. Присутствуют во всех эукариотических клетках. В прокариотических клетках митохондрий нет, их функцию выполняют мезосомы — впячивания наружной цитоплазматической мембраны внутрь клетки.

    Митохондрии могут иметь эллиптическую, сферическую, палочковидную, нитевидную и др. формы, которые могут изменяться в течение определенного времени. Количество митохондрий в клетках, выполняющих различные функции, варьирует в широких пределах — от 50 и достигая в наиболее активных клетках 500-5000. Их больше там, где интенсивны синтетические процессы (печень) или велики затраты энергии (мышечные клетки). В клетках печени (гепатоцитах) их число составляет 800. а занимаемый ими объем равен примерно 20% объема цитоплазмы. Размеры митохондрий составляют от 0,2 до 1-2 мкм в диаметре и от 2 до 5-7 (10) мкм в длину. На светооптическом уровне митохондрии выявляются в цитоплазме специальными методами и имеют вид мелких зерен и нитей (что обусловило их название — от греч. mitos — нить и chondros — зерно).

    В цитоплазме митохондрии могут располагаться диффузно, однако обычно они сосредоточены в участках максимального потребления энергии, например, вблизи ионных насосов, сократимых элементов (миофибрилл) органелл движения (аксонем спермия, ресничек), компонентов синтетического аппарата (цистерн ЭПС). Согласно одной из гипотез, все митохондрии клетки связаны друг с другом и образуют трехмерную сеть.

    Митохондрия окружена двумя мембранами — наружной и внутренней, разделенных межмембранным пространством, и содержат митохондриальный матрикс, в который обращены складки внутренней мембраны — кристы.

      Наружная митохондриальная мембрана гладкая, по химическому составу сходна с наружной цитоплазматической мембраной и обладает высокой проницаемостью для молекул массой до 10 килодальтон, проникающих из цитозоля в межмембранное пространство. По своему составу она похожа на плазмалемму, 25% составляют белки, 75% липиды. Среди липидов присутствует холестерол. Наружная мембранаа содержит много молекул специализированных транспортных белков (например, поринов), которые формируют широкие гидрофильные каналы и обеспечивают ее высокую проницаемость, а также небольшое количество ферментных систем. На ней находятся рецепторы, распознающие белки, которые переносятся через обе митохондриальные мембраны в особых точках их контакта — зонах слипания.

      Внутренняя мембрана имеет выросты внутрь — гребни или кристы, делящие матрикс митохондрии на отсеки. Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны. Таким образом, внутреняя митохондриальная мембрана по площади превосходит наружную. Кристы расположены перпендикулярно или продольно длине митохондрии. Кристы по форме могут быть везикулярные, тубулярные или ламеллярные.

    Химический состав внутренней мембраны митохондрий сходен с мембранами прокариот (например, в ней присутствует особый липид — кардиодипин и отсутствует холестерол). Во внутренней митохондриальной мембране преобладают белки, составляющие 75%. Во внутреннюю мембрану встроены белки трех типов (а) белки электрон-транспортной цепи (дыхательной цепи) — НАД»Н-дегидрогеназа и ФАД»Н дегидрогеназа — и другие транспортные белки, (б) грибовидные тельца АТФ-синтетазы (головки которых обращены в сторону матрикса) и (в) часть ферментов цикла Кребса (сукцинатдегидрогеназа). Внутренняя митохондриальная мембрана отличается чрезвычайно низкой проницаемостью, транспорт веществ осуществляется через контактные сайты. Низкая проницаемость внутренней мембраны для мелких ионов из-за высокого содержания фосфолипида

    Митохондрии — полуавтономные органоиды клетки, т. к. содержат собственную ДНК, полуавтономную систему репликации, транскрипции и собственный белоксинтезируюший аппарат — полуавтономную систему трансляции (рибосомы 70S типа и т-РНК). Благодаря этому митохондрии синтезируют часть собственных белков. Митохондрии могут делиться независимо от деления клетки. Если из клетки удалить все митохондрии, то новые в ней не появятся. Согласно теории эндосимбиоза митохондрии произошли от аэробных прокариотических клеток, которые попали в клетку хозяина, но не переварились, вступили на путь глубокого симбиоза и постепенно, утратив автономность, превратились в митохондрии.

    Митохондрии — полуавтономные органоиды, что выражается следующими признаками:

    1) наличие собственного генетического материала (нити ДНК), что позволяет осуществлять синтез белка, а также позволяет самостоятельно делиться независимо от клетки;

    2) наличие двойной мембраны;

    3) пластиды и митохондрии способны синтезировать АТФ (для хлоропластов источник энергии — свет, в митохондриях АТФ образуется в результате окисления органических веществ).

    Функции митохондрий:

    1) Энергетическая — синтез АТФ (отсюда эти органоиды и получили название «энергетических станций клетки»):

    При аэробном дыхание на кристах происходит окислительное фосфорилирование (образование АТФ из АДФ и неорганического фосфата за счет энергии, освободившейся при окислении органических веществ) и перенос электронов по электрон-транспортной цепи. На внутренней мембране митохондрии расположены ферменты, участвующие в клеточном дыхании;

    2) участие в биосинтезе многих соединений (в митохондриях синтезируются некоторые аминокислоты, стероиды (стероидогенез), синтезируется часть собственных белков), а также накопление ионов (Са 2+), гликопротеидов, белков, липидов;

    3) окисление жирных кислот;

    4) генетическая — синтез нуклеиновых кислот (идут процессы репликации и транскрипции). Митохондриальная ДНК обеспечивает цитоплазматическую наследственность.

    АТФ

    АТФ была открыта в 1929 году немецким химиком Ломанном. В 1935 году Владимир Энгельгардт обратил внимание на то, что мышечные сокращения невозможны без наличия АТФ. В период с 1939 под 1941 г. лауреат Нобелевской премии Фриц Липман доказал, что основным источником энергии для метаболической реакции является АТФ, и ввел в обращение термин «энергетически богатые фосфатные связи». Кардинальные изменения в изучении действия АТФ на организм произошли в середине 70-х годов, когда было обнаружено наличие специфических рецепторов на наружной поверхности клеточных мембран, чувствительных к молекуле АТФ. С тех пор интенсивно изучается триггерное (регуляторное) действие АТФ на различные функции организма

    Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ , аденинтрифосфорная кислота) — нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.

    Химически АТФ представляет собой трифосфорный эфир аденозина, который является производным аденина и рибозы.

    Пуриновое азотистое основание — аденин — соединяется β-N-гликозидной сзязью с 5″-углеродом рибозы, к которой последовательно присоединяются три молекулы фосфорной кислоты, обозначаемые соответственно буквами: α, β и γ.

    АТФ относится к так называемым макроэргическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии. Гидролиз фосфоэфирных связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль.

    АТФ + H 2 O → AДФ + H 3 PO 4 + энергия

    АТФ + H 2 O → AМФ + H 4 P 2 O 7 + энергия

    Высвобождённая энергия используется в разнообразных процессах, протекающих с затратой энергии

    функции

    1)Главная — энергетическая. АТФ служит непосредственным источником энергии для множества энергозатратных биохимических и физиологических процессов.

    2) синтез нуклеиновых кислот.

    3) регуляция множества биохимических процессов. АТФ, присоединяясь к регуляторным центрам ферментов, усиливает или подавляет их активность.

      непосредственный предшественник синтеза циклоаденозинмонофосфата — вторичного посредника передачи в клетку гормонального сигнала.

      медиатор в синапсах

    пути синтеза:

    В организме АТФ синтезируется из АДФ, используя энергию окисляющихся веществ:

    АДФ + H 3 PO 4 + энергия → AТФ + H 2 O.

    Фосфорилирование АДФ возможно двумя способами: субстратное фосфорилирование и окислительное фосфорилирование. Основная масса АТФ образуется на мембранах в митохондриях путём окислительного фосфорилирования ферментом H-зависимой АТФ-синтетазой. Субстратное фосфорилирование АДФ не требует участия мембран, оно происходит в процессе гликолиза или путём переноса фосфатной группы с других макроэргических соединений.

    Реакции фосфорилирования АДФ и последующего использования АТФ в качестве источника энергии образуют циклический процесс, составляющий суть энергетического обмена.

    В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000-3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг в день), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

    Митохондрия.

    Митохондрия — состоящая из двух мембран органелла толщиной около 0,5 мкм.

    Энергетическая станция клетки; основная функция — окисление органических соединений и использование, освобождающейся при их распаде энергии в синтезе молекул атф (универсальный источник энергии для всех биохимических процессов).

    По своему строению они представляют собой цилиндрические органеллы, встречающиеся в эукариотической клетке в количестве от нескольких сот до 1-2 тысяч и занимающие 10-20 % её внутреннего объёма. Сильно варьируют так же размеры (от 1 до 70 мкм) и форма митохондрий. При этом ширина этих частей клетки относительно постоянна (0,5-1 мкм). Способны изменять форму. в зависимости от того, в каких участках клетки в каждый конкретный момент происходит повышенное потребление энергии, митохондрии способны перемещаться по цитоплазме в зоны наибольшего энергопотребления, используя для движения структуры клеточного каркаса эукариотической клетки.

    Красавица митохондрия в 3д представлении)

    Альтернативой множеству разрозненных небольших митохондрий, функционирующих независимо друг от друга и снабжающих атф небольшие участки цитоплазмы, является существование длинных и разветвлённых митохондрий, каждая из которых может энергетически обеспечивать отдалённые друг от друга участки клетки. вариантом такой протяжённой системы может также являться упорядоченное пространственное объединение множества митохондрий (хондриом или митохондрион), обеспечивающее их кооперативную работу.

    Особенно сложно этот тип хондриома устроен в мышцах, где группы гигантских разветвлённых митохондрий связаны друг с другом с помощью межмитохондриальных контактов (ммк). Последние образованы плотно прилегающими друг к другу наружными митохондриальными мембранами, в результате чего межмембранное пространство в этой зоне имеет повышенную электронную плотность (много отрицательно заряженных частиц). Особенно обильно ммк представлены в клетках сердечных мышц, где они связывают множественные отдельные митохондрии в согласованную работающую кооперативную систему.

    Структура.

    Наружная мембрана.

    Наружная мембрана митохондрии имеет толщину около 7 нм, не образует впячиваний и складок, и замкнута сама на себя. на наружную мембрану приходится около 7 % от площади поверхности всех мембран клеточных органелл. Основная функция — отграничение митохондрии от цитоплазмы. Наружная мембрана митохондрии состоит из двойного жирового слоя (как и у клеточной мембраны) и пронизывающих его белков. Белки и жиры в равных пропорциях по массе.
    Особую роль играет порин — каналообразующий белок.
    Он формирует в наружной мембране отверстия диаметром 2-3 нм, через которые могут проникать небольшие молекулы и ионы. Крупные молекулы могут пересекать наружную мембрану только посредством активного транспорта через транспортные белки митохондриальных мембран. Наружная мембрана митохондрии может взаимодействовать с мембраной эндоплазматического ретикулума; это играет важную роль в транспортировке липидов и ионов кальция.

    Внутренняя мембрана.

    Внутренняя мембрана образует многочисленные гребневидные складки — кристы,
    существенно увеличивающие площадь ее поверхности и, например, в клетках печени составляет около трети всех клеточных мембран. характерной чертой состава внутренней мембраны митохондрий является присутствие в ней кардиолопина — особый сложный жир, содержащего сразу четыре жирные кислоты и делающего мембрану абсолютно непроницаемой для протонов (положительно заряженных частиц).

    Ещё одна особенность внутренней мембраны митохондрий — очень высокое содержание белков (до 70 % по весу), представленных транспортными белками, ферментами дыхательной цепи, а также крупными ферментами комплексами производящими атф. Внутренняя мембрана митохондрии в отличие от внешней не имеет специальных отверстий для транспорта мелких молекул и ионов; на ней, на стороне, обращенной к матриксу, располагаются особые молекулы ферменты производящие атф, состоящие из головки, ножки и основания. При прохождении через них протонов происходит создание атф.
    В основании частиц, заполняя собой всю толщу мембраны, располагаются компоненты дыхательной цепи. наружная и внутренняя мембраны в некоторых местах соприкасаются, там находится специальный белок-рецептор, способствующий транспорту митохондриальных белков, закодированных в ядре, в матрикс митохондрии.

    Матрикс.

    Матрикс — ограниченное внутренней мембраной пространство. В матриксе (розовом веществе) митохондрии находятся ферментные системы окисления пирувата жирных кислот, а так же ферменты типа трикарбоновых кислот (цикл дыхания клетки). Кроме того, здесь же находится митохондриальная днк, рнк и собственный белоксинтезирующий аппарат митохондрии.

    пируваты (соли пировиноградной кислоты) — важные химические соединения в биохимии. Они является конечным продуктом обмена веществ глюкозы в процессе ее расщепления.

    Митохондриальная днк.

    Несколько отличий от днк ядерной:

    — митохондриальная днк – кольцевая, в отличии от ядерной днк, которая упакована в хромосомы.

    — между различными эволюционными вариантами митохондриальной днк одного вида невозможен обмен сходными участками.

    И поэтому вся молекула изменяется только путем медленного мутирования в течение тысячелетий.

    — мутации кода в митохондриальных днк могут возникать независимо от ядерной днк.

    Мутация ядерного кода днк возникает в основном при делении клетки, но митохондрии делятся независимо от клетки, и могут получать мутацию кода отдельно от ядерной днк.

    — сама структура митохондриальной днк упрощена, т.к. многие составные процессы чтения днк утеряны.

    — транспортные рнк имеют одинаковое строение. но рнк- митохондрий учавствуют только в синтезе митохондриальных белков.

    Имея собственный генетический аппарат, митохондрия обладает и собственной белоксинтезирующей системой, особенностью которой в клетках животных и грибов являются очень маленькие рибосомы.

    Функции.

    Энергообразование.

    Основной функцией митохондрий является синтез атф — универсальной формы химической энергии в любой живой клетке.

    Данная молекула может образовываться двумя путями:

    — путем реакции, в которых энергия освобождающаяся на определенных окислительных этапах брожения запасается в виде атф.

    — благодаря энергии, выделяющейся при окислении органических веществв в процессе клеточного дыхания.

    Митохондрии реализуют оба эти пути, первый из которых характерен для начальных процессов окисления и происходит в матриксе, а второй завершает процессы энергообразования и связан с кристами митохондрий.
    При этом своеобразие митохондрий как энергообразующих органелл эукариотической клетки определяет именно второй путь генерации атф, получивший название «хемиосмотического сопряжения».
    В целом весь процесс энергообразования в митохондриях может быть разбит на четыре основные стадии, первые две из которых протекают в матриксе, а две последние — на кристах митохондрий:

    1) Превращение поступивших из цитоплазмы в митохондрию пируват (конечный продукт расщепления глюкозы) и жирных кислот в ацетил-коа;

    ацетил-коа – важное соединение в обмене веществ, используемое во многих биохимических реакциях. его главная функция – доставлять атомы углерода (с) с ацетил-группой (ch4 co) в цикл клеточного дыхания, чтобы те были окислены с выделением энергии.

    клеточное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, жиров и аминокислот до углекислого газа и воды.

    2) Окисление ацетил-соа в цикле клеточного дыхания, ведущее к образованию надн;

    НАДН – кофермент, выполняет функцию переносчика электронов и водорода, которые принимает от окисляемых веществ.

    3) Перенос электронов с надн на кислород по дыхательной цепи;

    4) Образование атф в результате деятельности мембранного атф-создающего комплекса.

    АТФ- синтетаза.

    АТФ-синтетаза – станция по производству молекул АТФ.

    В структурно-функциональном плане АТФ-синтетаза состоит из двух крупных фрагментов, обозначаемых символами F1 и F0. Первый из них (фактор сопряжения F1) обращён в сторону матрикса митохондрии и заметно выступает из мембраны в виде сферического образования высотой 8 нм и шириной 10 нм. Он состоит из девяти субъединиц, представленных пятью типами белков. Полипептидные цепи трёх субъединиц α и стольких же субъединиц β уложены в похожие по строению белковые глобулы, которые вместе образуют гексамер (αβ)3, имеющий вид слегка приплюснутого шара.

    Субъединица – это структурный и функциональный компонент какой либо частицы
    Полипептиды — органические соединения, содержащие от 6 до 80-90 аминокислотных остатков.
    Глобула – состояние макромолекул, в котором колебание звеньев мало.
    Гексамер – соединение содержащее 6 субъедениц.

    Подобно плотно уложенным долькам апельсина, последовательно расположенные субъединицы α и β образуют структуру, характеризующуюся симметричность относительно угла поворота 120°. В центре этого гексамера находится субъединица γ, которая образована двумя протяжёнными полипептидными цепями и напоминает слегка деформированный изогнутый стержень длиной около 9 нм. При этом нижняя часть субъединицы γ выступает из шара на 3 нм в сторону мембранного комплекса F0. Также внутри гексамера находится минорная субъединица ε, связанная с γ. Последняя (девятая) субъединица обозначается символом δ и расположена на внешней стороне F1.

    Минорная – одиночная субъеденица.

    Мембранная часть АТФ-синтетазы, представляет собой водо-отталкивающий белковый комплекс, пронизывающий мембрану насквозь и имеющий внутри себя два полуканала для прохождения протонов водорода. Всего в состав комплекса F0 входит одна белковая субъединица типа а , две копии субъединицы b , а также от 9 до 12 копий мелкой субъединицы c . Субъединица а (молекулярная масса 20 кДа) полностью погружена в мембрану, где образует шесть пересекающих её α-спиральных участков. Субъединица b (молекулярная масса 30 кДа) содержит лишь один сравнительно короткий погружённый в мембрану α-спиральный участок, а остальная её часть заметно выступает из мембраны в сторону F1 и закрепляется за расположенную на её поверхности субъединицу δ. Каждая из 9-12 копий субъединицы c (молекулярная масса 6-11 кДа) представляет собой сравнительно небольшой белок из двух водо-отталкивающих α-спиралей, соединённых друг с другом короткой водо-притягивающей петлёй, ориентированной в сторону F1, а все вместе образуют единый ансамбль, имеющий форму погружённого в мембрану цилиндра. Выступающая из комплекса F1 в сторону F0 субъединица γ как раз и погружена внутрь этого цилиндра и достаточно прочно зацеплена за него.
    Таким образом, в молекуле АТФазы можно выделить две группы белковых субъединиц, которые могут быть уподоблены двум деталям мотора: ротору и статору.

    «Статор» неподвижен относительно мембраны и включает в себя шарообразный гексамер (αβ)3, находящуюся на его поверхности и субъединицу δ, а также субъединицы a и b мембранного комплекса F0.

    Подвижный относительно этой конструкции «ротор» состоит из субъединиц γ и ε, которые, заметно выступая из комплекса (αβ)3, соединяются с погружённым в мембрану кольцом из субъединиц c .

    Способность синтезировать АТФ — свойство единого комплекса F0F1, объедененного с переносом протонов водорода через F0 к F1, в последнем из которых как раз и расположены центры реакции, осуществляющие преобразование АДФ и фосфата в молекулу АТФ. Движущей же силой для работы АТФ-синтетазы является протонный (положительно заряженный) потенциал, создаваемый на внутренней мембране митохондрий в результате работы цепи электронного (отрицательно заряженного) транспорта.
    Сила, приводящая в движение «ротор» АТФ-синтетазы, возникает при достижении разности потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны > 220 10−3 Вольт и обеспечивается потоком протонов, протекающих через специальный канал в F0, расположенный на границе между субъединицами a и c . При этом путь переноса протонов включает в себя следующие структурные элементы:

    1) Два расположенных на разных осях «полуканала», первый из которых обеспечивает поступление протонов из межмембранного пространства к существенно важным функциональным группам F0, а другой обеспечивает их выход в матрикс митохондрии;

    2) Кольцо из субъединиц c , каждая из которых в своей центральной части содержит протонируемую карбоксильную группу (COOH), способную присоединять H+ из межмембранного пространства и отдавать их через соответствующие протонные каналы. В результате периодических смещений субъединиц с , обусловленных потоком протонов через протонный канал происходит поворот субъединицы γ, погружённой в кольцо из субъединиц с .

    Таким образом, объединяющая активность АТФ-синтетазы непосредственно связана с вращением её «ротора», при котором поворот субъединицы γ вызывает одновременное изменение конформации всех трёх объединяющих субъединиц β, что в конечном счёте и обеспечивает работу фермента. При этом в случае образования АТФ «ротор» крутится по часовой стрелке со скоростью четыре оборота в секунду, а само подобное вращение происходит точными скачками по 120°, каждый из которых сопровождается образованием одной молекулы АТФ.
    Работа АТФ-синтетазы связана с механическими движениями её отдельных частей, что позволило отнести этот процесс к особому типу явлений, названных «вращательным катализом». Подобно тому, как электрический ток в обмотке электродвигателя приводит в движение ротор относительно статора, направленный перенос протонов через АТФ-синтетазу вызывает вращение отдельных субъединиц фактора сопряжения F1 относительно других субъединиц ферментного комплекса, в результате чего это уникальное энергообразующее устройство совершает химическую работу — синтезирует молекулы АТФ. В дальнейшем АТФ поступает в цитоплазму клетки, где расходуется на самые разнообразные энергозависимые процессы. Подобный перенос осуществляется специальным встроенным в мембрану митохондрий ферментом АТФ/АДФ-транслоказой.

    АДФ-транслоказа – пронизывающий внутреннюю мембрану белок, который обменивает вновь синтезированную АТФ на цитоплазматическую АДФ, что гарантирует сохранность фонда внутри митохондрий.

    Митохондрии и наследственность.

    ДНК митохондрий наследуются почти исключительно по материнской линии. Каждая митохондрия имеет несколько участков нуклеотидов в ДНК, идентичных во всех митохондриях (то есть в клетке много копий митохондриальных ДНК), что очень важно для митохондрий, неспособных восстанавливать ДНК от повреждений (наблюдается высокая частота мутаций). Мутации в митохондриальной ДНК являются причиной целого ряда наследственных заболеваний человека.

    3д модель

    Дисковери

    С англ озвучкой

    Немного о дыхании клетки и митохондрии на зарубежном языке

    Структура строения

    Строение. Поверхностный аппарат митохондрий состоит из двух мембран — наружной и внутренней. Внешняя мембрана гладкая, она отделяет митохондрию от гиалоплазмы. Под ней находится складчатая внутренняя мембрана, которая образует кристи (гребни). С обеих сторон крист обнаружены мелкие грибовидные тельца, называемые оксисомамы, или АТФ-сомами. Они содержат ферменты, участвующие в окислительном фосфорилирования (присоединении фосфатных остатков к АДФ с образованием АТФ). Количество крист в митохондриях связана с энергетическими потребностями клетки, в частности в мышечных клетках митохондрии содержат очень большое количество крист. При повышенной функции клетки митохондрии приобретают более овальной или удлиненной формы, и количество крист у них растет.

    Митохондрии имеют собственный геном, их рибосомы типа 70S отличаются от рибосом цитоплазмы. ДНК митохондрий преимущественно имеет циклическую форму (плазмиды), кодирует все три вида собственных РНК и поставляет информацию для синтеза части митохондриальных белков (около 9%). Итак, митохондрии можно считать полуавтономными органелл. Митохондрии относятся к саморепликуючих (способных к размножению) органелл. Обновления митохондрий происходит в течение всего клеточного цикла. Например, в клетках печени они заменяются новыми спустя почти 10 дней. Наиболее вероятным путем воспроизведения митохондрий считают их разделение: посередине митохондрии появляется перетяжка или возникает перегородка, после чего органеллы распадаются на две новые митохондрии. Образуются митохондрии с промитохондрий — округлых телец диаметром до 50 нм с двойной мембраной.

    Функции . Митохондрии участвуют в энергетических процессах клетки, они содержат ферменты, связанные с образованием энергии и клеточным дыханием. Иными словами, митохондрия является своеобразной биохимической мини-фабрикой, которая превращает энергию органических соединений на прикладное энергию АТФ. В митохондриях энергетический процесс начинается в матриксе, где происходит расщепление пировиноградной кислоты в цикле Кребса. Во время этого процесса освобождаются атомы водорода, которые транспортируются дыхательным цепью. Энергия, которая при этом высвобождается, используется в нескольких участках дыхательной цепи для осуществления реакции фосфорилирования — синтеза АТФ, то есть присоединения фосфатной группы к АДФ. Это происходит на внутренней мембране митохондрий. Итак, энергетическая функция митохондрий интегрируется с: а) окисления органических соединений, что происходит в матриксе, благодаря чему митохондрии называют дыхательным центром клеток, б) синтеза АТФ, осуществляется на кристах, благодаря чему митохондрии называют энергетическими станциями клеток. Кроме того, митохондрии берут участие в регуляции обмена воды, депонировании ионов кальция, продукции предшественников стероидных гормонов, в обмене веществ (например, митохондрии в клетках печени содержат ферменты, которые позволяют им обезвреживать аммиак) и другие.

    БИОЛОГИЯ + Митохондриальные болезни — группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами митохондрий, которые приводят к нарушению клеточного дыхания. Они передаются по женской линии детям обоего пола, поскольку яйцеклетка имеет больший объем цитоплазмы и, соответственно, передает потомкам и большее количество митохондрий. Митохондриальная ДНК, в отличие от ядерной, не защищена белками-гистонами, а механизмы репарации, которые достались от бактерий-предков, несовершенны. Поэтому в митохондриальной ДНК мутации накапливаются у 10-20 раз быстрее, чем в ядерной, что и приводит к митохондриальных болезней. В современной медицине их сейчас известно уже около 50. Например, синдром хронической усталости, мигрень, синдром Барта, синдром Пирсона и многие другие.

    Что такое митохондрии? Если ответ на этот вопрос вызывает у вас затруднения, то наша статья как раз для вас. Мы рассмотрим особенности строения этих органелл во взаимосвязи с выполняемыми функциями.

    Что такое органеллы

    Но для начала давайте вспомним, что такое органеллы. Так называют постоянные клеточные структуры. Митохондрии, рибосомы, пластиды, лизосомы… Все это органеллы. Подобно самой клетке, каждая подобная структура имеет общий план строения. Органеллы состоят из поверхностного аппарата и внутреннего содержимого — матрикса. Каждую из них можно сравнить с органами живых существ. Органеллы также имеют свои характерные черты, обусловливающие их биологическую роль.

    Классификация клеточных структур

    Органеллы объединяют в группы по признаку строения их поверхностного аппарата. Различают одно-, дву- и немембранные постоянные клеточные структуры. К первой группе относятся лизосомы, комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулум, пероксисомы и различные виды вакуолей. Ядро, митохондрия и пластиды — двумембранные. А рибосомы, клеточный центр и органеллы движения полностью лишены поверхностного аппарата.

    Теория симбиогенеза

    Что такое митохондрии? Для эволюционного учения это не просто структуры клетки. Согласно симбиотической теории, митохондрии и хлоропласты являются результатом метаморфоз прокариот. Вполне возможно, что митохондрии произошли от аэробных бактерий, а пластиды — от фотосинтезирующих. Доказательством этой теории является тот факт, что данные структуры имеют собственный генетический аппарат, представленный кольцевой молекулой ДНК, двойную мембрану и рибосомы. Существует также предположение, что в дальнейшем от митохондрий произошли животные эукариотические клетки, а от хлоропластов — растительные.

    Расположение в клетках

    Митохондрии являются составляющей частью клеток преобладающей части растений, животных и грибов. Отсутствуют они только у анаэробных одноклеточных эукариот, обитающих в бескислородной среде.

    Строение и биологическая роль митохондрий долгое время оставались загадкой. Впервые при помощи микроскопа их удалось увидеть Рудольфу Келликеру в 1850 году. В мышечных клетках ученый обнаружил многочисленные гранулы, которые на свету были похожи на пух. Понять, какова роль этих удивительных структур, стало возможно благодаря изобретению профессора Пенсильванского университета Бриттона Ченса. Он сконструировал прибор, который позволял видеть сквозь органеллы. Так была определена структура и доказана роль митохондрий в обеспечении энергией клеток и организма в целом.

    Форма и размер митохондрий

    Общий план строения

    Рассмотрим, что такое митохондрии с точки зрения особенностей их строения. Это двумембранные органеллы. Причем наружная — гладкая, а внутренняя имеет выросты. Матрикс митохондрий представлен различными ферментами, рибосомами, мономерами органических веществ, ионами и скоплениями кольцевых молекул ДНК. Такой состав делает возможным протекание важнейших химических реакций: цикла трикарбоновых кислот, мочевины, окислительного фосфорилирования.

    Значение кинетопласта

    Мембрана митохондрии

    Мембраны митохондрий не одинаковы по своему строению. Замкнутая наружная является гладкой. Она образована бислоем липидов с фрагментами белковых молекул. Его общая толщина составляет 7 нм. Данная структура выполняет функции отграничения от цитоплазмы, а также взаимосвязи органеллы с окружающей средой. Последняя возможна благодаря наличию белка порина, который формирует каналы. По ним посредством активного и пассивного транспорта передвигаются молекулы.

    Химическую основу внутренней мембраны составляют белки. Она образует внутри органоида многочисленные складки — кристы. Эти структуры в значительной степени увеличивают активную поверхность органеллы. Главной особенностью строения внутренней мембраны является полная непроницаемость для протонов. В ней не образуются каналы для проникновения ионов извне. В отдельных местах наружная и внутренняя соприкасаются. Здесь расположен особый рецепторный белок. Это своеобразный проводник. С его помощью митохондриальные белки, которые закодированы в ядре, проникают внутрь органеллы. Между мембранами находится пространство, толщиной до 20 нм. В нем расположены различные виды белков, которые являются обязательными компонентами дыхательной цепи.

    Функции митохондрий

    Строение митохондрии напрямую взаимосвязано с выполняемыми функциями. Основная из них заключается в осуществлении синтеза аденозинтрифосфата (АТФ). Это макромолекула, которая случит основным переносчиком энергии в клетке. В ее состав входит азотистое основание аденин, моносахарид рибоза и три остатка фосфорной кислоты. Именно между последними элементами заключено основное количество энергии. При разрыве одной из них максимально ее может выделиться до 60 кДж. В целом прокариотическая клетка содержит 1 млрд молекул АТФ. Эти структуры постоянно находятся в работе: существование каждой из них в неизменном виде не продолжается больше одной минуты. Молекулы АТФ постоянно синтезируются и расщепляются, обеспечивая организм энергией в тот момент, когда это необходимо.

    По этой причине митохондрии называют «энергетическими станциями». Именно в них происходит окисление органических веществ под действием ферментов. Энергия, которая при этом образуется, запасается и хранится в виде АТФ. К примеру, при окислении 1 г углеводов образуется 36 макромолекул этого вещества.

    Строение митохондрии позволяет им выполнять еще одну функцию. Благодаря своей полуавтономности они являются дополнительным носителем наследственной информации. Ученые установили, что ДНК самих органелл не могут функционировать самостоятельно. Дело в том, что они не содержат всех необходимых для своей работы белков, поэтому заимствуют их в наследственном материале ядерного аппарата.

    Итак, в нашей статье мы рассмотрели, что такое митохондрии. Это двумембранные клеточные структуры, в матриксе которых осуществляется ряд сложных химических процессов. Результатом работы митохондрий является синтез АТФ — соединение, которое обеспечивает организм необходимым количеством энергии.

    Митохондрии — определение, функции и структура

    Определение

    Митохондрии (единственное число: митохондрии) — это органеллы внутри эукариотических клеток, которые производят аденозинтрифосфат (АТФ), основную молекулу энергии, используемую клеткой. По этой причине митохондрию иногда называют «электростанцией клетки». Митохондрии обнаружены у всех эукариот, которые являются живыми существами, а не бактериями или археями. Считается, что митохондрии возникли из некогда свободно живущих бактерий, которые были включены в клетки.

    Функция митохондрий

    Митохондрии производят АТФ в процессе клеточного дыхания, в частности, аэробного дыхания, для которого требуется кислород. Цикл лимонной кислоты или цикл Кребса происходит в митохондриях. Этот цикл включает окисление пирувата, который происходит из глюкозы, с образованием молекулы ацетил-КоА. Ацетил-КоА, в свою очередь, окисляется и вырабатывается АТФ.

    Цикл лимонной кислоты восстанавливает никотинамидадениндинуклеотид (NAD + ) до NADH.Затем НАДН используется в процессе окислительного фосфорилирования, которое также происходит в митохондриях. Электроны НАДН проходят через белковые комплексы, встроенные во внутреннюю мембрану митохондрий. Этот набор белков называется цепью переноса электронов. Затем энергия из цепи переноса электронов используется для транспортировки белков обратно через мембрану, которые приводят в действие АТФ-синтазу для образования АТФ.

    Количество митохондрий в клетке зависит от того, сколько энергии клетке необходимо произвести.Например, в мышечных клетках много митохондрий, потому что им нужно производить энергию для движения тела. Эритроциты, доставляющие кислород к другим клеткам, не имеют его; им не нужно производить энергию. Митохондрии аналогичны печи или электростанции в клетке, потому что, как печи и электростанции, митохондрии производят энергию из основных компонентов (в данном случае молекул, которые были расщеплены, чтобы их можно было использовать).

    Митохондрии также выполняют множество других функций.Они могут накапливать кальций, который поддерживает гомеостаз уровня кальция в клетке. Они также регулируют метаболизм клетки и играют роль в апоптозе (контролируемая гибель клеток), передаче клеточных сигналов и термогенезе (выработке тепла).

    Строение митохондрий

    Митохондрии имеют две мембраны, внешнюю мембрану и внутреннюю мембрану. Эти мембраны состоят из слоев фосфолипидов, как и внешняя мембрана клетки. Наружная мембрана покрывает поверхность митохондрии, а внутренняя мембрана расположена внутри и имеет множество складок, называемых кристами.Складки увеличивают площадь поверхности мембраны, что важно, поскольку внутренняя мембрана удерживает белки, участвующие в цепи переноса электронов. Здесь также происходят многие другие химические реакции, выполняющие многие функции митохондрий. Увеличенная площадь поверхности создает больше места для протекания большего количества реакций и увеличивает выработку митохондрий. Пространство между внешней и внутренней мембранами называется межмембранным пространством, а пространство внутри внутренней мембраны называется матрицей.


    На этой диаграмме показана структура митохондрии.

    Эволюция митохондрий

    Считается, что митохондрии произошли от свободноживущих бактерий, которые развились в симбиотических отношениях с прокариотической клеткой, обеспечивая ее энергией в обмен на безопасное место для жизни. В конечном итоге он стал органеллой, специализированной структурой внутри клетки, наличие которой используется для отличия эукариотических клеток от прокариотических клеток. Это происходило в течение длительного процесса в миллионы лет, и теперь митохондрии внутри клетки не могут жить отдельно от нее.Идея о том, что митохондрии эволюционировали таким образом, называется эндосимбиотической теорией.

    Эндосимбиотическая теория имеет несколько форм свидетельств. Например, митохондрии имеют собственную ДНК, отдельную от ДНК ядра клетки. Это называется митохондриальной ДНК или мтДНК, и она передается только через женщин, потому что в сперме нет митохондрий. Вы получили мтДНК от матери и можете передать ее, только если вы женщина, у которой есть ребенок. Она также круглая, как ДНК бактерий.Еще одна форма доказательства — это то, как в клетке создаются новые митохондрии. Новые митохондрии возникают только в результате бинарного деления или расщепления, что аналогично бесполому размножению бактерий. Если из клетки удалить все митохондрии, она не сможет образовать новые, потому что в ней нет существующих митохондрий, которые можно было бы расщепить. Кроме того, был сравнен геном митохондрий и бактерий Rickettsia (бактерии, которые могут вызывать сыпной тиф и сыпной тиф), и последовательность настолько схожа, что позволяет предположить, что митохондрии тесно связаны с Rickettsia .

    Считается, что хлоропласты, органеллы растений, в которых происходит фотосинтез, произошли от эндосимбиотических бактерий по аналогичным причинам: они имеют отдельную кольцевую ДНК, двойную мембранную структуру и расщепляются в результате бинарного деления.

    Викторина

    1. Какая функция митохондрий?
    A. Регулирование метаболизма
    B. Производство АТФ
    C. Накопление кальция
    D. Все вышеперечисленное

    Ответ на вопрос № 1

    D правильный. Все вышеперечисленное — функции митохондрий. Митохондрии также играют роль в апоптозе, передаче клеточных сигналов и термогенезе.

    2. Что НЕ является причиной того, почему считается, что митохондрии произошли от свободноживущих бактерий?
    A. Митохондрии имеют собственную ДНК.
    B. Митохондрии размножаются путем двойного деления.
    C. Митохондриальная ДНК наследуется по матрилине.
    D. Геном аналогичен бактериальной ДНК.

    Ответ на вопрос № 2

    C правильный. Хотя это правда, что мтДНК унаследована от матери, это не причина, по которой считается, что митохондрии произошли от бактерий, имевших эндосимбиотические отношения с клетками. Это передается по наследству, потому что сперма не содержит митохондрий. Варианты A, B и D предполагают, что митохондрии имеют сходство с бактериями и произошли от них.

    3. Где находится митохондриальный матрикс?
    A. Внутри внутренней мембраны
    B. Между внутренней и внешней мембраной
    C. Внутри мтДНК
    D. В межмембранном пространстве

    Ответ на вопрос № 3

    A правильный. Матрикс — это пространство, окруженное внутренней мембраной митохондрии. Оба варианта B и D относятся к межмембранному пространству, которое является пространством между двумя мембранами.

    митохондрий | Определение, функции, структура и факты

    Митохондрия , мембраносвязанная органелла, обнаруженная в цитоплазме почти всех эукариотических клеток (клеток с четко определенными ядрами), основная функция которых — генерировать большое количество энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ). Митохондрии обычно имеют округлую или овальную форму и размер от 0,5 до 10 мкм. Помимо производства энергии, митохондрии накапливают кальций для сигнальной активности клеток, выделяют тепло и опосредуют рост и гибель клеток.Количество митохондрий на клетку широко варьируется; например, у человека эритроциты (красные кровяные тельца) не содержат митохондрий, тогда как клетки печени и мышечные клетки могут содержать сотни или даже тысячи. Единственный эукариотический организм, у которого отсутствуют митохондрии, — это вид оксимонад Monocercomonoides . Митохондрии отличаются от других клеточных органелл тем, что они имеют две различные мембраны и уникальный геном и воспроизводятся путем бинарного деления; эти особенности указывают на то, что митохондрии разделяют эволюционное прошлое с прокариотами (одноклеточными организмами).

    митохондрий

    Митохондрии (красные) встречаются по всей цитоплазме почти всех эукариотических клеток (ядро клетки показано синим цветом, цитоскелет показан желтым).

    © defun / iStock.com

    Популярные вопросы

    Что такое митохондрия?

    Митохондрия — это органелла круглой или овальной формы, обнаруженная в клетках почти всех эукариотических организмов. Он производит энергию, известную как АТФ, для клетки посредством ряда химических реакций.

    Что делают митохондрии?

    Известные как «электростанции клетки», митохондрии производят энергию, необходимую для выживания и функционирования клетки.Посредством серии химических реакций митохондрии расщепляют глюкозу до энергетической молекулы, известной как аденозинтрифосфат (АТФ), которая используется для подпитки различных других клеточных процессов. Помимо производства энергии, митохондрии накапливают кальций для передачи сигналов клетками, выделяют тепло и участвуют в росте и гибели клеток.

    Где находятся митохондрии?

    Митохондрии находятся в клетках почти всех эукариотических организмов, включая растения и животных. Клетки, которым требуется много энергии, например мышечные клетки, могут содержать сотни или тысячи митохондрий.Некоторые типы клеток, такие как красные кровяные тельца, полностью лишены митохондрий. Как прокариотические организмы, бактерии и археи не имеют митохондрий.

    Наружная мембрана митохондрий свободно проницаема для малых молекул и содержит специальные каналы, способные транспортировать большие молекулы. Напротив, внутренняя мембрана гораздо менее проницаема, позволяя только очень маленьким молекулам проникать в гелеобразную матрицу, составляющую центральную массу органеллы. Матрица содержит дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) митохондриального генома и ферменты цикла трикарбоновой кислоты (ТСА) (также известного как цикл лимонной кислоты или цикл Кребса), который метаболизирует питательные вещества в побочные продукты, которые митохондрии могут использовать для производство энергии.Процессы, которые преобразуют эти побочные продукты в энергию, происходят в основном на внутренней мембране, которая изогнута в складки, известные как кристы, в которых находятся белковые компоненты основной энергогенерирующей системы клеток, цепи переноса электронов (ETC). ETC использует серию окислительно-восстановительных реакций для перемещения электронов от одного белкового компонента к другому, в конечном итоге производя свободную энергию, которая используется для фосфорилирования АДФ (аденозиндифосфата) в АТФ. Этот процесс, известный как хемиосмотическое соединение окислительного фосфорилирования, поддерживает почти все клеточные активности, включая те, которые вызывают движение мышц и подпитывают функции мозга.

    основной обзор процессов производства АТФ

    Три процесса производства АТФ включают гликолиз, цикл трикарбоновых кислот и окислительное фосфорилирование. В эукариотических клетках два последних процесса происходят внутри митохондрий. Электроны, которые проходят через цепь переноса электронов, в конечном итоге генерируют свободную энергию, способную управлять фосфорилированием АДФ.

    Encyclopædia Britannica, Inc.

    Большинство белков и других молекул, составляющих митохондрии, происходят из ядра клетки.Однако в митохондриальном геноме человека содержится 37 генов, 13 из которых продуцируют различные компоненты ETC. Митохондриальная ДНК (мтДНК) очень чувствительна к мутациям, в основном потому, что она не обладает надежными механизмами репарации ДНК, характерными для ядерной ДНК. Кроме того, митохондрия является основным местом производства активных форм кислорода (АФК; или свободных радикалов) из-за высокой склонности к аберрантному высвобождению свободных электронов. В то время как несколько различных антиоксидантных белков в митохондриях поглощают и нейтрализуют эти молекулы, некоторые АФК могут вызывать повреждение мтДНК.Кроме того, определенные химические вещества и инфекционные агенты, а также злоупотребление алкоголем могут повредить мтДНК. В последнем случае чрезмерное потребление этанола насыщает ферменты детоксикации, заставляя высокореактивные электроны просачиваться из внутренней мембраны в цитоплазму или в матрикс митохондрий, где они соединяются с другими молекулами, образуя многочисленные радикалы.

    митохондрий; поперечно-полосатая мышца

    Микрофотография, сделанная с помощью просвечивающего электронного микроскопа, демонстрирующая частичное сокращение поперечно-полосатых мышц человека.Широкие красные полосы содержат актиновые и миозиновые нити, а митохондрии (зеленые) поставляют энергию, необходимую для сокращения мышц.

    © SERCOMI — BSIP / age fotostock

    У многих организмов митохондриальный геном наследуется по материнской линии. Это связано с тем, что яйцеклетка матери отдает эмбриону большую часть цитоплазмы, а митохондрии, унаследованные от сперматозоидов отца, обычно разрушаются. Существует множество наследственных и приобретенных митохондриальных заболеваний. Наследственные заболевания могут возникать в результате мутаций, передаваемых в материнской или отцовской ядерной ДНК или в материнской мтДНК.Как наследственная, так и приобретенная митохондриальная дисфункция связана с несколькими заболеваниями, включая болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Предполагается, что накопление мутаций мтДНК на протяжении всей жизни организма играет важную роль в старении, а также в развитии некоторых видов рака и других заболеваний. Поскольку митохондрии также являются центральным компонентом апоптоза (запрограммированной гибели клеток), который обычно используется для избавления организма от клеток, которые больше не используются или не функционируют должным образом, дисфункция митохондрий, препятствующая гибели клеток, может способствовать развитию рака.

    Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

    Наследование мтДНК по материнской линии оказалось жизненно важным для исследований эволюции и миграции человека. Передача от матери позволяет проследить сходство, унаследованное поколениями потомков, от одной линии предков на протяжении многих поколений. Исследования показали, что фрагменты митохондриального генома, принадлежащие всем живущим сегодня людям, можно проследить до единственной женщины-предка, жившей примерно от 150 000 до 200 000 лет назад.Ученые подозревают, что эта женщина жила среди других женщин, но процесс генетического дрейфа (случайные колебания частоты генов, влияющие на генетическую конституцию небольших популяций) заставил ее мтДНК случайным образом вытеснить мтДНК других женщин по мере развития популяции. Вариации мтДНК, унаследованные последующими поколениями людей, помогли исследователям расшифровать географическое происхождение, а также хронологические миграции различных человеческих популяций. Например, исследования митохондриального генома показывают, что люди, мигрировавшие из Азии в Америку 30 000 лет назад, могли оказаться на Берингии, обширной территории, которая включала сухопутный мост в современном Беринговом проливе, целых 15 000 лет назад. прибытие в Америку.

    Biology4Kids.com: Структура клетки: Митохондрии


    Митохондрии известны как электростанции клетки. Это органеллы, , которые действуют как пищеварительная система, которая поглощает питательные вещества, расщепляет их и создает для клетки молекулы, богатые энергией. Биохимические процессы в клетке известны как клеточное дыхание . Многие реакции клеточного дыхания происходят в митохондриях. Митохондрии — это рабочие органеллы, которые поддерживают энергию в клетке.

    Митохондрии — это маленькие органеллы, свободно плавающие по клетке. В одних клетках несколько тысяч митохондрий, в других их нет. Мышечным клеткам нужно много энергии, поэтому в них много митохондрий. Нейронов (клеток, передающих нервные импульсы) не нужно столько. Если клетка чувствует, что не получает достаточно энергии для выживания, может быть создано больше митохондрий. Иногда митохондрии могут увеличиваться в размерах или объединяться с другими митохондриями. Все зависит от потребностей клетки.

    Митохондрии имеют идеальную форму, чтобы максимизировать их продуктивность.Они состоят из двух мембран. Наружная мембрана покрывает органеллу и содержит ее, как кожу. Внутренняя мембрана многократно складывается и создает слоистые структуры, называемые кристами . Жидкость, содержащаяся в митохондриях, называется матрицей .

    Складывание внутренней мембраны увеличивает площадь поверхности внутри органеллы. Поскольку многие химические реакции происходят на внутренней мембране, увеличенная площадь поверхности создает больше места для протекания реакций.Если у вас есть больше места для работы, вы можете выполнять больше работы. Сходные стратегии площади поверхности используются микроворсинками в вашем кишечнике.

    Что в матрице? Это совсем не похоже на фильмы. Митохондрии особенные, потому что у них есть собственные рибосомы и ДНК, плавающие в матриксе. Существуют также структуры, называемые гранулы , которые могут контролировать концентрацию ионов. Клеточные биологи все еще изучают активность гранул.

    Как происходит клеточное дыхание в митохондриях? Матрица заполнена водой и белками (ферменты , ).Эти белки берут органические молекулы, такие как пируват и ацетил-КоА , и химически их переваривают. Белки, встроенные во внутреннюю мембрану, и ферменты, участвующие в цикле лимонной кислоты , в конечном итоге высвобождают молекулы воды (H 2 O) и углекислого газа (CO 2 ) при расщеплении кислорода (O 2 ) и глюкозы ( C 6 H 12 O 6 ). Митохондрии — единственные места в клетке, где кислород восстанавливается и в конечном итоге распадается на воду.

    Митохондрии также участвуют в контроле концентрации ионов кальция (Ca 2+ ) в клетке. Они очень тесно взаимодействуют с эндоплазматической сетью, чтобы ограничить количество кальция в цитозоле.

    Chalk Talk: митохондрии (видео США-NSF)


    Полезные ссылки

    Encyclopedia.com:
    http://www.encyclopedia.com/topic/mitochondria.aspx # 2
    Википедия:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrion
    Encyclopædia Britannica:
    http://www.britannica.com/EBchecked/topic/386130/mitochondrion

    Митохондрии: форма, функция и заболевание

    Митохондрии часто называют электростанциями клетки. Они помогают превратить энергию, которую мы получаем из пищи, в энергию, которую клетка может использовать. Но митохондрии — это не только производство энергии.

    Митохондрии, присутствующие почти во всех типах клеток человека, жизненно важны для нашего выживания. Они производят большую часть нашего аденозинтрифосфата (АТФ), энергетической валюты клетки.

    Митохондрии также участвуют в других задачах, таких как передача сигналов между клетками и гибель клеток, также известная как апоптоз.

    В этой статье мы рассмотрим, как работают митохондрии, как они выглядят, и объясним, что происходит, когда они перестают выполнять свою работу правильно.

    Митохондрии маленькие, часто между 0.75 и 3 микрометра и не видны под микроскопом, если они не окрашены.

    В отличие от других органелл (миниатюрных органов внутри клетки), они имеют две мембраны: внешнюю и внутреннюю. Каждая мембрана выполняет разные функции.

    Митохондрии разделены на разные компартменты или области, каждый из которых выполняет разные роли.

    Некоторые из основных областей включают:

    Внешняя мембрана: Небольшие молекулы могут свободно проходить через внешнюю мембрану.Эта внешняя часть включает белки, называемые поринами, которые образуют каналы, позволяющие белкам пересекаться. На внешней мембране также находится ряд ферментов с широким спектром функций.

    Межмембранное пространство: Это область между внутренней и внешней мембранами.

    Внутренняя мембрана: Эта мембрана удерживает белки, которые выполняют несколько функций. Поскольку во внутренней мембране нет поринов, она непроницаема для большинства молекул. Молекулы могут пересекать внутреннюю мембрану только в специальных мембранных транспортерах.Внутренняя мембрана — это место, где создается большая часть АТФ.

    Cristae: Это складки внутренней мембраны. Они увеличивают площадь поверхности мембраны, тем самым увеличивая пространство, доступное для химических реакций.

    Матрица: Это пространство внутри внутренней мембраны. Он содержит сотни ферментов и играет важную роль в производстве АТФ. Здесь размещается митохондриальная ДНК (см. Ниже).

    Различные типы клеток имеют разное количество митохондрий.Например, в зрелых эритроцитах их вообще нет, тогда как в клетках печени их может быть более 2000. Клетки с высоким потреблением энергии, как правило, имеют большее количество митохондрий. Около 40 процентов цитоплазмы клеток сердечной мышцы занято митохондриями.

    Хотя митохондрии часто изображают как органеллы овальной формы, они постоянно делятся (делятся) и соединяются (слияние). Итак, в действительности эти органеллы связаны друг с другом в постоянно меняющиеся сети.

    Кроме того, в сперматозоидах митохондрии закручены в средней части и обеспечивают энергию для движения хвоста.

    Хотя большая часть нашей ДНК хранится в ядре каждой клетки, митохондрии имеют свой собственный набор ДНК. Интересно, что митохондриальная ДНК (мтДНК) больше похожа на бактериальную ДНК.

    МтДНК содержит инструкции для ряда белков и другого клеточного вспомогательного оборудования для 37 генов.

    Геном человека, хранящийся в ядрах наших клеток, содержит около 3,3 миллиарда пар оснований, тогда как мтДНК состоит менее чем из 17000.

    Во время репродукции половина ДНК ребенка поступает от отца, а половина — от матери.Однако ребенок всегда получает свою мтДНК от матери. Благодаря этому мтДНК оказалась очень полезной для отслеживания генетических линий.

    Например, анализ мтДНК пришел к выводу, что люди, возможно, возникли в Африке относительно недавно, около 200 000 лет назад, произошли от общего предка, известного как митохондриальная Ева.

    Хотя наиболее известная роль митохондрий — производство энергии, они также выполняют другие важные задачи.

    На самом деле, только около 3 процентов генов, необходимых для того, чтобы митохондрии попадали в ее оборудование для производства энергии.Подавляющее большинство из них занято другими видами деятельности, специфичными для того типа клеток, в котором они находятся.

    Ниже мы рассмотрим несколько ролей митохондрий:

    Производство энергии

    АТФ, сложное органическое химическое соединение, обнаруженное во всех формах жизни, часто называют молекулярной единицей валюты, потому что оно поддерживает метаболические процессы. Большая часть АТФ производится в митохондриях посредством серии реакций, известных как цикл лимонной кислоты или цикл Кребса.

    Производство энергии в основном происходит на складках или кристах внутренней мембраны.

    Митохондрии преобразуют химическую энергию пищи, которую мы едим, в форму энергии, которую клетка может использовать. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием.

    Цикл Кребса производит химическое вещество под названием НАДН. НАДН используется ферментами, встроенными в кристы, для производства АТФ. В молекулах АТФ энергия хранится в виде химических связей. Когда эти химические связи разрываются, можно использовать энергию.

    Смерть клетки

    Смерть клетки, также называемая апоптозом, является неотъемлемой частью жизни.По мере того, как клетки стареют или разрушаются, они очищаются и разрушаются. Митохондрии помогают решить, какие клетки уничтожены.

    Митохондрии выделяют цитохром C, который активирует каспазу, один из главных ферментов, участвующих в разрушении клеток во время апоптоза.

    Поскольку некоторые заболевания, такие как рак, связаны с нарушением нормального апоптоза, считается, что митохондрии играют роль в этом заболевании.

    Накопление кальция

    Кальций жизненно важен для ряда клеточных процессов.Например, высвобождение кальция обратно в клетку может инициировать высвобождение нейротрансмиттера из нервной клетки или гормонов из эндокринных клеток. Кальций также необходим для работы мышц, оплодотворения и свертывания крови, среди прочего.

    Поскольку кальций очень важен, клетка строго регулирует его. Митохондрии играют в этом роль, быстро поглощая ионы кальция и удерживая их до тех пор, пока они не понадобятся.

    Другие роли кальция в клетке включают регулирование клеточного метаболизма, синтеза стероидов и передачу сигналов гормонов.

    Производство тепла

    Когда нам холодно, мы дрожим, чтобы согреться. Но тело также может генерировать тепло и другими способами, одним из которых является использование ткани, называемой бурым жиром.

    Во время процесса, называемого утечкой протонов, митохондрии могут выделять тепло. Это известно как термогенез без дрожи. Самый высокий уровень коричневого жира обнаруживается у младенцев, когда мы более восприимчивы к холоду, и с возрастом уровень постепенно снижается.

    Поделиться на Pinterest Если митохондрии не функционируют должным образом, это может вызвать ряд медицинских проблем.

    ДНК в митохондриях более восприимчива к повреждениям, чем остальная часть генома.

    Это потому, что свободные радикалы, которые могут вызвать повреждение ДНК, образуются во время синтеза АТФ.

    Кроме того, в митохондриях отсутствуют те же защитные механизмы, что и в ядре клетки.

    Однако большинство митохондриальных заболеваний вызвано мутациями ядерной ДНК, которые влияют на продукты, попадающие в митохондрии. Эти мутации могут быть наследственными или спонтанными.

    Когда митохондрии перестают функционировать, клетка, в которой они находятся, испытывает нехватку энергии. Итак, в зависимости от типа клетки симптомы могут сильно различаться. Как правило, поврежденные митохондрии больше всего поражают клетки, которым требуется наибольшее количество энергии, например клетки сердечной мышцы и нервы.

    Следующий отрывок взят из United Mitochondrial Disease Foundation:

    «Поскольку митохондрии выполняют множество различных функций в разных тканях, существуют буквально сотни различных митохондриальных заболеваний.[…] Из-за сложного взаимодействия между сотнями генов и клеток, которые должны взаимодействовать, чтобы наш метаболический механизм работал бесперебойно, отличительной чертой митохондриальных заболеваний является то, что идентичные мутации мтДНК не могут вызывать идентичные заболевания ».

    Болезни, которые вызывают разные симптомы, но вызваны одной и той же мутацией, называются генокопиями.

    И наоборот, болезни, которые имеют одинаковые симптомы, но вызваны мутациями в разных генах, называются фенокопиями.Примером фенокопии является синдром Ли, который может быть вызван несколькими различными мутациями.

    Хотя симптомы митохондриального заболевания сильно различаются, они могут включать:

    • потерю мышечной координации и слабость
    • проблемы со зрением или слухом
    • нарушения обучаемости
    • болезнь сердца, печени или почек
    • желудочно-кишечные проблемы
    • неврологические проблемы, в том числе деменция

    Другие состояния, которые, как считается, связаны с некоторым уровнем митохондриальной дисфункции, включают:

    В последние годы исследователи исследовали связь между дисфункцией митохондрий и старением.Существует ряд теорий старения, и митохондриальная свободнорадикальная теория старения стала популярной в последнее десятилетие или около того.

    Теоретически активные формы кислорода (АФК) производятся в митохондриях как побочный продукт производства энергии. Эти сильно заряженные частицы повреждают ДНК, жиры и белки.

    Из-за повреждения, вызванного АФК, функциональные части митохондрий повреждаются. Когда митохондрии перестают так хорошо функционировать, вырабатывается больше АФК, что еще больше усугубляет повреждение.

    Хотя корреляция между активностью митохондрий и старением была обнаружена, не все ученые пришли к одним и тем же выводам. Их точная роль в процессе старения до сих пор неизвестна.

    Вкратце

    Митохондрии, пожалуй, самые известные органеллы. И хотя их обычно называют электростанциями клетки, они выполняют широкий спектр действий, о которых гораздо меньше известно. Митохондрии чрезвычайно важны для повседневных функций наших клеток, от хранения кальция до выработки тепла.

    Определение, открытие, важность и функция

    Определение, открытие, важность и функции

    Митохондрии, которые также известны как электростанций клетки , представляют собой субклеточные цилиндрические органеллы, расположенные в эукариотах .

    Они оказывают большое влияние на обмен веществ в организме людей с аутизмом и, кроме того, играют роль в благополучии каждого человека, поскольку наше тело производит энергию.


    Что такое митохондрии?

    Каждый живой организм создан с центральный кирпич, который представляет собой клетку и количество митохондрий в каждой клетке может широко меняться в зависимости от ткани, организма и типа клеток.

    Митохондрии органеллы, расположенные в клетках каждого сложного организма. Эти органеллы имеют форму в стержневой структуре, расположенной как в растительных, так и в животных клетках, и они создают около 90% химической энергии, необходимой клеткам для выживания.

    Хотя они не просто производят энергию, они производят химические вещества, которые необходимы организму для различных целей, например, для разрушения вниз отходы, чтобы они были менее вредными, а также переработать некоторые из отходы для экономии энергии.

    Он состоит из:

    • Наружной мембраны
    • Внутренней мембраны
    • Межмембранного пространства
    • Кристы
    • Матрица


    Функция в ячейке

    Основная функция — создание АТФ посредством клеточного дыхания. Митохондрии собирают питательные вещества клетки и перевести их в энергию через форму АТФ.Высшая энергия а потребности клетки увеличивают количество митохондрий, которые она должна иметь. Если ячейке нужно больше энергии, чем осталось, он может производить больше по мере необходимости.

    Другое функции включают:

    1. Протеолитический активность : Митохондрии имеют протеолитическая активность ферментов. Даже у простейших он проявляет как литические, так и синтетические свойства. Мероприятия. У амебы кусочки погруженной пищи циркулируют в цитоплазме и позже они попадают в митохондрии. Затем это показывает, что они отвечает за создание гранул зимогена поджелудочной железы.
    2. Помощь в охране выживаемость клеток в то же время удобна для содействия прогрессу апоптоза когда необходимо.
    3. Добавляет на расщепление, синтез и переработку биохимических веществ, необходимых для клеточного функционирует.

    Митохондрии представляют собой самовоспроизводящиеся органеллы. Размножение происходит, отвечая на физиологические потребности.

    Они содержат ДНК, рибосомы и важные ферменты для поддерживать синтез белка и синтез фосфолипидов, а также других компоненты с низкой молекулярной массой.


    Важность

    Митохондрии — это основные области ваших мышечных клеток, где могут находиться жир, углеводы и белок расщепляется кислородом для производства энергии, необходимой для работы.

    Они важен для функции глаза, представляя важное происхождение клеточного снабжение энергией, а также играет важную роль в выживании клеток и дифференциация.

    Они важны не только в этом, но и в других аспектах. которые включают:

    1. Они важны для вашей продолжительности жизни : важны для множество биологических процессов, поэтому аналитически, что их экстремальные дисфункция отождествляется с преждевременным старением и смертью.
    2. Необходим для похудания : больше митохондрий производит больше энергия из аминокислот, глюкозы и жиров, и поэтому потреблять больше калории.
    3. Важный фактор для улучшения вашего спортивные результаты : высший предел того, насколько быстро вы можете пробежать определенное расстояние или что-то еще физические упражнения, требующие настойчивости, — это время, необходимое для создания энергия из кислорода и сахара в ваших тренирующихся мышцах. Накопление большего количества мышечных клеток повысит их выработку энергии, и благодаря этому повышает производительность.
    4. Помогает поддерживать вашу кровь уровень сахара : Согласно Согласно исследованиям, у пациентов с сахарным диабетом 2 типа митохондриальная количество, емкость и биогенез. При создании инсулина, который происходит в вашем бета-клетки поджелудочной железы, играющие важную роль в поддержании уровень сахара в крови.
    5. Идеально работающие митохондрии предотвращают сердечные заболевания : помощь в регуляции сердечно-сосудистых клеток функции, с другой стороны, митохондриальная дисфункция увеличивает опасность сердечно-сосудистых заболеваний.


    Открытие митохондрий

    Митохондрии назвал Карл Бенда в 1898 году из его исследования внутренней структуры клетки и первой зарегистрированной информации о митохондриях растений в клетки были созданы Фридрихом Мевесом в 1904 году.

    В 1908 году Фридрих Мевес и Клавдий Рего показал, что они содержат липиды и белки. Однако там есть два предположения о его открытии: автогенное и эндосимбиотический.

    В По аутогенной гипотезе митохондрии образовались путем разделения части ДНК из ядра эукариотической клетки в период разветвления с прокариоты; этот сегмент ДНК был бы ограничен мембранами, которые не могут быть скрещены белками.

    Эндосимбиотик показывает, что митохондрии были изначально прокариотические клетки, идеально подходящие для выполнения окислительных компонентов, которые были нереальными для эукариотических клеток; они превратились в эндосимбионтов, проживающих в эукариоте. Поскольку митохондрии имеют множество характеристик, похожих на бактериями общепринята эндосимбиотическая гипотеза.

    Мажор Причина, по которой считается, что митохондрии произошли от бактерий, заключается в том, что несмотря ни на что, они содержат небольшое количество ДНК, которая похожа на бактериальную ДНК и митохондриальная ДНК имеют длину около 16000 оснований и 37 генов. у лиц.


    Работа митохондрий

    Его основная задача — превращать глюкозу в энергию посредством клеточного или аэробного дыхания с использованием кислорода и воды. Это происходит, когда пища расщепляется на мельчайшие питательные вещества и молекулы, и воздух всасывается, а наименьшее количество молекул и питательных веществ перемещается в кровоток.

    Эти питательные вещества и молекулы состоят из глюкозы и кислорода. Поскольку огонь сжигает кислород и выделяет воду и углекислый газ, митохондрии действуют как нагреватели, когда они превращают глюкозу в аденозинтрифосфат (АТФ), они используют кислород и выделяют воду и углекислый газ.

    Поскольку процедура использует кислород, она считается аэробной. Этот химический процесс дыхания происходит в каждой клетке, поэтому он известен как аэробное клеточное дыхание. Шаги, которые происходят в этой процедуре, показаны циклом Кребса или циклом трикарбоновой кислоты [TCA], и это основа для понимания того, как функционируют клетки.

    Однако у растений митохондрии работают вместе с хлоропластами, чтобы контролировать экологические факторы и создавать генетический материал. Они работают отдельно, чтобы производить функциональную энергию для естественной деятельности, наряду с хлоропластами, задействованными в фотосинтезе, выполняя последние три стадии клеточного дыхания.


    Роль микроскопии

    Использование микроскопа в изучении клеток явилось достижением технического прогресса. Микроскоп позволял увидеть клетку совершенно неожиданно для глаз человека. Световое дополнение к микроскопу, созданное Гуком, позволяет клетке быть значительно более видимой для дополнительных исследований.

    Мало того, микроскоп играет и другие роли, а именно:

    • Введение электронного микроскопа и красителей значительно продвинуло изучение клеток.Эти нововведения позволили ученым отличить одну часть клетки от другой. Ученые могут не только увидеть какие-либо недостатки или повреждения клетки; они также могли распознать правильную область внутри камеры, которая была повреждена или неисправна.
    • Просмотр организмов, как многоклеточных, так и одноклеточных. С помощью микроскопа можно увидеть, как клетки выполняют свои различные функции, а также воспроизводятся.
    • Микроскоп улучшил изучение клеток, дав ученым возможность наблюдать за развитием болезни внутри клетки.Как только они увидят развитие болезней, например рака, он или она сможет попытаться вылечить клетку. Использование микроскопа позволяет ученому изучить и оценить лечение, а также решить, будет ли лечение успешным.

    Прочтите об органеллах и их функциях здесь

    Также: Ядро, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы

    Возврат к эукариотам и прокариотам

    Возврат в клеточную биологию и прокаривание клеток

    сообщить об этом объявлении

    Митохондрии: определение, структура и функция (со схемой)

    Эукариотические клетки живых организмов постоянно проводят огромное количество химических реакций, чтобы жить, расти, воспроизводиться и бороться с болезнями.

    Все эти процессы требуют энергии на клеточном уровне. Каждая клетка, которая участвует в любом из этих видов деятельности, получает энергию от митохондрий, крошечных органелл, которые действуют как центры энергии клеток. Особенность митохондрий — митохондрии.

    У людей такие клетки, как красные кровяные тельца, 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 потребности в энергии.

    Практически каждое живое существо, которое движется, растет или думает, имеет митохондрии на заднем плане, производящие необходимую химическую энергию.

    Структура митохондрий

    Митохондрии представляют собой мембранные органеллы, окруженные двойной мембраной.

    Они имеют гладкую внешнюю мембрану, охватывающую органеллу, и складчатую внутреннюю мембрану. Складки внутренней мембраны называются кристами, единственной из которых является криста, а в складках происходят реакции, создающие митохондриальную энергию.

    Внутренняя мембрана содержит жидкость, называемую матрицей, в то время как межмембранное пространство, расположенное между двумя мембранами, также заполнено жидкостью.

    Из-за этой относительно простой клеточной структуры митохондрии имеют только два отдельных рабочих объема: матрикс внутри внутренней мембраны и межмембранное пространство. Они полагаются на передачу энергии между двумя объемами.

    Для повышения эффективности и максимального увеличения потенциала выработки энергии складки внутренней мембраны глубоко проникают в матрицу.

    В результате внутренняя мембрана имеет большую площадь поверхности, и никакая часть матрицы не находится далеко от внутренней складки мембраны. Складки и большая площадь поверхности помогают митохондриальной функции, увеличивая потенциальную скорость переноса между матриксом и межмембранным пространством через внутреннюю мембрану.

    Почему митохондрии важны?

    В то время как отдельные клетки первоначально развивались без митохондрий или других мембраносвязанных органелл, сложные многоклеточные организмы и теплокровные животные, такие как млекопитающие, получают свою энергию от клеточного дыхания, основанного на функции митохондрий.

    Высокоэнергетические функции, такие как сердечные мышцы или крылья птиц, имеют высокую концентрацию митохондрий, обеспечивающих необходимую энергию.

    Благодаря своей функции синтеза АТФ митохондрии в мышцах и других клетках производят тепло тела, чтобы поддерживать постоянную температуру теплокровных животных. Именно эта концентрированная способность митохондрий к производству энергии делает возможными высокоэнергетическую деятельность и производство тепла у высших животных.

    Функции митохондрий

    Цикл производства энергии в митохондриях основан на цепи переноса электронов вместе с лимонной кислотой или циклом Кребса.
    Подробнее о цикле Кребса.

    Процесс расщепления углеводов, таких как глюкоза, до образования АТФ называется катаболизмом. Электроны от окисления глюкозы проходят по цепи химических реакций, которая включает цикл лимонной кислоты.

    Энергия окислительно-восстановительных или окислительно-восстановительных реакций используется для переноса протонов из матрицы, в которой протекают реакции. Заключительная реакция в функциональной цепи митохондрий — реакция, в которой кислород, выделяемый клеточным дыханием, восстанавливается с образованием воды.Конечными продуктами реакции являются вода и АТФ.

    Ключевыми ферментами, ответственными за выработку энергии митохондриями, являются никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADP), никотинамидадениндинуклеотид (NAD), аденозиндифосфат (ADP) и флавинадениндинуклеотид (FAD).

    Они работают вместе, чтобы помочь переносить протоны от молекул водорода в матрице через внутреннюю митохондриальную мембрану. Это создает химический и электрический потенциал через мембрану, при этом протоны возвращаются в матрицу через фермент АТФ-синтазу, что приводит к фосфорилированию и производству аденозинтрифосфата (АТФ).
    Прочтите о структуре и функциях АТФ.

    Синтез АТФ и молекулы АТФ являются основными носителями энергии в клетках и могут использоваться клетками для производства химических веществ, необходимых для живых организмов.

    ••• Sciencing

    Помимо того, что митохондрии являются производителями энергии, они могут способствовать передаче сигналов от клетки к клетке посредством высвобождения кальция.

    Митохондрии обладают способностью накапливать кальций в матриксе и могут высвобождать его при наличии определенных ферментов или гормонов.В результате клетки, вырабатывающие такие запускающие химические вещества, могут видеть сигнал о повышении содержания кальция в митохондриях.

    В целом митохондрии являются жизненно важным компонентом живых клеток, помогая во взаимодействии клеток, распределяя сложные химические вещества и производя АТФ, который составляет энергетическую основу всей жизни.

    Внутренняя и внешняя митохондриальные мембраны

    Двойная митохондриальная мембрана выполняет разные функции для внутренней и внешней мембраны и двух мембран и состоит из разных веществ.

    Внешняя митохондриальная мембрана окружает жидкость межмембранного пространства, но она должна пропускать через нее химические вещества, необходимые митохондриям. Молекулы-накопители энергии, вырабатываемые митохондриями, должны иметь возможность покидать органеллы и доставлять энергию остальной части клетки.

    Чтобы обеспечить такой перенос, внешняя мембрана состоит из фосфолипидов и белковых структур, называемых поринами, , которые оставляют крошечные отверстия или поры на поверхности мембраны.

    Межмембранное пространство содержит жидкость, состав которой аналогичен составу цитозоля, составляющего жидкость окружающей клетки.

    Небольшие молекулы, ионы, питательные вещества и переносящая энергию молекула АТФ, образующаяся в результате синтеза АТФ, могут проникать через внешнюю мембрану и переходить между жидкостью межмембранного пространства и цитозолем.

    Внутренняя мембрана имеет сложную структуру с ферментами, белки и жиры, позволяющие свободно проходить через мембрану только воде, двуокиси углерода и кислороду.

    Другие молекулы, включая большие белки, могут проникать через мембрану, но только через специальные транспортные белки, которые ограничивают их прохождение. Большая площадь внутренней мембраны, образованная складками крист, обеспечивает место для всех этих сложных белковых и химических структур.

    Их большое количество обеспечивает высокий уровень химической активности и эффективное производство энергии.

    Процесс, при котором энергия вырабатывается за счет передачи химических веществ через внутреннюю мембрану, называется окислительным фосфорилированием .

    Во время этого процесса окисление углеводов в митохондриях перекачивает протоны через внутреннюю мембрану из матрицы в межмембранное пространство. Дисбаланс протонов заставляет протоны диффундировать обратно через внутреннюю мембрану в матрицу через ферментный комплекс, который является предшественником АТФ и называется АТФ-синтазой.

    Поток протонов через АТФ-синтазу, в свою очередь, является основой синтеза АТФ и производит молекулы АТФ, основной механизм хранения энергии в клетках.

    Что в матрице?

    Вязкая жидкость внутри внутренней мембраны называется матрицей.

    Он взаимодействует с внутренней мембраной и выполняет основные функции митохондрий по выработке энергии. Он содержит ферменты и химические вещества, которые участвуют в цикле Кребса для производства АТФ из глюкозы и жирных кислот.

    Матрица — это место, где находится митохондриальный геном, состоящий из кольцевой ДНК, и где расположены рибосомы. Присутствие рибосом и ДНК означает, что митохондрии могут производить собственные белки и могут воспроизводиться с использованием собственной 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 все еще развивались.

    Митохондрионоподобные бактерии проникли в более крупные клетки как паразиты, и им позволили остаться, поскольку их расположение было взаимовыгодным.

    Бактерии могли размножаться в безопасной среде и снабжали энергией более крупные клетки. За сотни миллионов лет бактерии интегрировались в многоклеточные организмы и превратились в сегодняшние митохондрии.

    Так как сегодня они обнаруживаются в клетках животных, они составляют ключевую часть ранней эволюции человека.

    Поскольку митохондрии размножаются независимо в зависимости от митохондриального генома и не участвуют в делении клеток, новые клетки просто наследуют митохондрии, которые оказываются в их части цитозоля при делении клетки.

    Эта функция важна для воспроизводства высших организмов, включая человека, поскольку эмбрионы развиваются из оплодотворенной яйцеклетки.

    Яйцеклетка от матери большая и содержит много митохондрий в цитозоле, в то время как оплодотворяющая сперматозоид от отца их почти не имеет. В результате дети наследуют свои митохондрии и митохондриальную ДНК от матери.

    Благодаря функции синтеза АТФ в матрице и клеточному дыханию через двойную мембрану митохондрии и функция митохондрий являются ключевыми компонентами клеток животных и помогают сделать жизнь такой, какой она существует.

    Клеточная структура с мембраносвязанными органеллами сыграла важную роль в эволюции человека, и митохондрии внесли важный вклад.

    Митохондрии — электростанции клеток — Science Learning Hub

    Митохондрии — это крошечные органеллы внутри клеток, которые участвуют в высвобождении энергии из пищи.

    Этот процесс известен как клеточное дыхание. Именно по этой причине митохондрии часто называют электростанциями клетки. Клетки, которым требуется много энергии, например мышечные клетки, могут содержать тысячи митохондрий.

    Помимо клеточного дыхания, митохондрии также играют ключевую роль в процессе старения, а также в возникновении дегенеративных заболеваний.

    Функция электростанции

    Когда продукты распада в результате переваривания пищи попадают в клетку, в цитоплазме происходит ряд химических реакций. Это позволяет высвободить часть энергии, заключенной в этих продуктах, и включить ее в универсальный поставщик энергии в клетках, известный как АТФ (аденозинтрифосфат).

    Остающиеся в результате этого процесса молекулярные фрагменты затем попадают в митохондрии и в результате сложной серии этапов, наконец, превращаются в диоксид углерода и воду. Энергия, заключенная в этих фрагментах, включается в большее количество АТФ.

    Молекулы АТФ, полученные таким образом, могут затем использоваться клеткой для обеспечения энергии, необходимой для функционирования. АТФ → АДФ + P + энергия для функционирования.

    Общая химическая реакция, которая происходит при расщеплении глюкозы:

    C 6 H 12 O 6
    глюкоза    		 + 6O 2
    кислород    		 → → 6CO 2
    диоксид углерода    		 + 6H 2 O
    вода    		 + энергия в виде
    молекул АТФ

    Было подсчитано, что у среднего человека оборот Скорость (скорость производства и потребления АТФ) составляет 65 кг в день.

    Человеческое тело — фантастически энергичная машина. Было подсчитано, что, килограмм на килограмм, человеческое тело, когда он удобно сидит, каждую секунду преобразует в 10 000 раз больше энергии, чем Солнце!

    Свободные радикалы: побочный продукт дыхания

    Во время клеточного дыхания в митохондриях образуются высокореактивные молекулы, называемые свободными радикалами. Возможно, самый известный свободный радикал, образующийся таким образом, — это супероксидный радикал, O 2 —.

    Свободные радикалы потенциально могут очень сильно повредить компоненты клетки, такие как белки и генетический материал, такой как ДНК и РНК. Если в митохондриях выделяется слишком много свободных радикалов, повреждение может быть серьезным, что в конечном итоге приведет к гибели клетки. Для защиты от повреждения свободными радикалами митохондрии вырабатывают собственные антиоксидантные ферменты. Один из таких ферментов известен как супероксиддисмутаза или СОД.

    Хотя свободные радикалы наносят вред, они играют важную сигнальную роль.Ученые теперь считают, что митохондрии управляют механизмом чувствительной обратной связи, в котором некоторые из свободных радикалов сами действуют как сигналы для клетки, заставляя ее калибровать и регулировать клеточное дыхание, поэтому полное их удаление нецелесообразно для клетки.

    Антиоксиданты в митохондриях

    Было показано, что химические вещества, присутствующие в некоторых фруктах и ​​овощах, обладают антиоксидантной активностью. Это означает, что в лабораторных исследованиях они могут нейтрализовать свободные радикалы. Считалось, что употребление этих продуктов или экстрактов из них поможет организму удалить вредные свободные радикалы.

    Недавние исследования показывают, что антиоксиданты работают в организме иначе, чем в лабораторных условиях. Сейчас считается, что некоторые антиоксиданты, в частности класс растительных химикатов, известный как полифенолы, имеют прямое воздействие на митохондрии. Похоже, что они стимулируют митохондрии, чтобы они могли более эффективно генерировать энергию из пищи, поэтому они генерируют меньше свободных радикалов и быстрее их нейтрализуют. Как будто функционирование митохондрий «настраивается» этими полифенолами — эффект, аналогичный тому, который вызывается в митохондриях при физической нагрузке.

    Узнайте больше об антиоксидантах.

    Поддержание здоровья митохондрий

    Если митохондрии не функционируют эффективно, их способность к выработке энергии снижается, больше свободных радикалов ускользает, вызывая повреждение клетки и может последовать ранняя гибель клетки.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *