Struktura i funkcije mitohondrija. Mitohondrije u mišićnim ćelijama

Posebne strukture - mitohondrije - igraju važnu ulogu u životu svake ćelije. Struktura mitohondrija omogućava organelama da rade u poluautonomnom režimu.

opšte karakteristike

Mitohondrije su otkrivene 1850. Međutim, postalo je moguće razumjeti strukturu i funkcionalnu svrhu mitohondrija tek 1948. godine.

Zbog svoje prilično velike veličine, organele su jasno vidljive u svjetlosnom mikroskopu. Maksimalna dužina je 10 mikrona, prečnik ne prelazi 1 mikron.

Mitohondrije su prisutne u svim eukariotskim ćelijama. To su dvomembranske organele, obično u obliku zrna. Mitohondrije se takođe nalaze u sfernim, filamentoznim i spiralnim oblicima.

Broj mitohondrija može značajno varirati. Na primjer, ima ih oko hiljadu u ćelijama jetre, a 300 hiljada u oocitima. Biljne ćelije sadrže manje mitohondrija nego životinjske ćelije.

TOP 4 člankakoji čitaju uz ovo

Rice. 1. Lokacija mitohondrija u ćeliji.

Mitohondrije su plastične. Oni mijenjaju oblik i kreću se u aktivne centre ćelije. Tipično, ima više mitohondrija u onim stanicama i dijelovima citoplazme gdje je potreba za ATP-om veća.

Struktura

Svaki mitohondrij je odvojen od citoplazme sa dvije membrane. Spoljna membrana je glatka. Struktura unutrašnje membrane je složenija. Formira brojne nabore - kriste, koje povećavaju funkcionalnu površinu. Između dvije membrane postoji prostor od 10-20 nm ispunjen enzimima. Unutar organele nalazi se matriks - supstanca slična gelu.

Rice. 2. Unutrašnja struktura mitohondrija.

Tabela “Struktura i funkcije mitohondrija” detaljno opisuje komponente organele.

Compound	Opis	Funkcije
Vanjska membrana	Sastoji se od lipida. Sadrži veliku količinu proteina porina, koji formira hidrofilne tubule. Cijela vanjska membrana je prožeta porama kroz koje molekuli tvari ulaze u mitohondrije. Sadrži i enzime uključene u sintezu lipida	Štiti organelu, pospješuje transport tvari
	Nalaze se okomito na os mitohondrija. Mogu izgledati kao ploče ili cijevi. Broj krista varira u zavisnosti od tipa ćelije. Ima ih tri puta više u ćelijama srca nego u ćelijama jetre. Sadrži fosfolipide i proteine ​​tri vrste: Kataliziraju - učestvuju u oksidativnim procesima; Enzimski - učestvuju u formiranju ATP-a; Transport - transport molekula iz matrice van i nazad	Obavlja drugu fazu disanja pomoću respiratornog lanca. Dolazi do oksidacije vodika, stvarajući 36 molekula ATP-a i vode
	Sastoji se od mješavine enzima, masnih kiselina, proteina, RNK, mitohondrijalnih ribozoma. Ovdje se nalazi sopstvena DNK mitohondrija.	Obavlja prvu fazu disanja - Krebsov ciklus, kao rezultat kojeg se formiraju 2 ATP molekula

Glavna funkcija mitohondrija je stvaranje stanične energije u obliku molekula ATP-a zbog reakcije oksidativne fosforilacije - ćelijskog disanja.

Osim mitohondrija, biljne stanice sadrže dodatne poluautonomne organele - plastide.
Ovisno o funkcionalnoj namjeni, razlikuju se tri vrste plastida:

• hromoplasti - akumuliraju i skladište pigmente (karotene) različitih nijansi koji daju boju cvjetovima biljaka;
• leukoplasti - skladište hranljive materije, kao što je skrob, u obliku zrna i granula;
• hloroplasti - najvažnije organele koje sadrže zeleni pigment (hlorofil), koji biljkama daje boju, i provode fotosintezu.

Rice. 3. Plastidi.

Šta smo naučili?

Ispitivali smo strukturne karakteristike mitohondrija - dvomembranskih organela koje provode ćelijsko disanje. Vanjska membrana se sastoji od proteina i lipida i prenosi tvari. Unutrašnja membrana formira nabore - kriste, na kojima dolazi do oksidacije vodika. Kriste su okružene matriksom - supstancom nalik gelu u kojoj se odvijaju neke od reakcija ćelijskog disanja. Matrica sadrži mitohondrijsku DNK i RNK.

Testirajte na temu

Evaluacija izvještaja

Prosječna ocjena: 4.4. Ukupno primljenih ocjena: 108.

• Mitohondrije su sitne inkluzije u stanicama za koje se prvobitno mislilo da su naslijeđene od bakterija. U većini ćelija ih ima i do nekoliko hiljada, što je od 15 do 50 posto zapremine ćelije. Oni su izvor više od 90 posto energije vašeg tijela.
• Vaše mitohondrije imaju ogroman uticaj na zdravlje, posebno na rak, tako da optimizacija mitohondrijalnog metabolizma može biti u srcu efikasnog lečenja raka

Veličina teksta:

Od Dr. Mercola

Mitohondrije: Možda ne znate šta su, ali jesu vitalni za Vaše zdravlje. Dr Rhonda Patrick je biomedicinska naučnica koja je proučavala interakcije između mitohondrijalnog metabolizma, abnormalnog metabolizma i raka.

Dio njenog rada uključuje identifikaciju ranih biomarkera bolesti. Na primjer, oštećenje DNK je rani biomarker raka. Zatim pokušava utvrditi koji mikronutrijenti pomažu u popravljanju ovog oštećenja DNK.

Također je istraživala mitohondrijalnu funkciju i metabolizam, što je nešto što me nedavno zanima. Ako, nakon slušanja ovog intervjua, želite da saznate više o ovome, preporučujem da počnete sa knjigom dr. Lee Know-a, Život - epska priča o našim mitohondrijama.

Mitohondrije imaju dubok uticaj na zdravlje, posebno na rak, i počinjem da verujem da optimizacija mitohondrijalnog metabolizma može biti u srcu efikasnog lečenja raka.

Važnost optimizacije mitohondrijalnog metabolizma

Mitohondrije su sićušne organele za koje se prvobitno mislilo da smo naslijedili od bakterija. U crvenim krvnim zrncima i ćelijama kože skoro da ih nema, ali u zametnim ćelijama ih ima 100 000, ali u većini ćelija ima od jedne do 2 000. One su glavni izvor energije za vaše telo.

Da bi organi pravilno funkcionirali potrebna im je energija, a tu energiju proizvode mitohondriji.

Budući da je funkcija mitohondrija u osnovi svega što se događa u tijelu, optimiziranje mitohondrijalne funkcije i sprječavanje mitohondrijalne disfunkcije dobivanjem svih esencijalnih nutrijenata i prekursora potrebnih mitohondrijima, izuzetno je važno za zdravlje i prevenciju bolesti.

Dakle, jedna od univerzalnih karakteristika ćelija raka je ozbiljno oštećenje mitohondrijalne funkcije, pri čemu je broj funkcionalnih mitohondrija radikalno smanjen.

Dr. Otto Warburg je bio ljekar sa diplomom hemije i blizak prijatelj Alberta Ajnštajna. Većina stručnjaka prepoznaje Warburga kao najvećeg biohemičara 20. stoljeća.

Godine 1931. dobio je Nobelovu nagradu za otkriće da ćelije raka koriste glukozu kao izvor energije. To je nazvano „Varburgov efekat“, ali, nažalost, ovaj fenomen još uvijek gotovo svi ignoriraju.

Uvjeren sam da ketogena dijeta, koja radikalno poboljšava zdravlje mitohondrija, može pomoći većini karcinoma, posebno u kombinaciji sa hvatačem glukoze kao što je 3-bromopiruvat.

Kako mitohondrije proizvode energiju

Za proizvodnju energije, mitohondrijima je potreban kisik iz zraka koji udišete i masti i glukoza iz hrane koju jedete.

Ova dva procesa - disanje i jedenje - povezani su jedan s drugim u procesu koji se naziva oksidativna fosforilacija. Mitohondrije ga koriste za proizvodnju energije u obliku ATP-a.

Mitohondrije imaju niz lanaca za transport elektrona kroz koje prenose elektrone iz reduciranog oblika hrane koju jedete da se kombinuju sa kiseonikom iz vazduha koji udišete i na kraju formiraju vodu.

Ovaj proces pokreće protone kroz mitohondrijalnu membranu, puneći ATP (adenozin trifosfat) iz ADP (adenozin difosfata). ATP prenosi energiju kroz tijelo

Ali ovaj proces proizvodi nusproizvode kao što su reaktivne vrste kisika (ROS), koje oštećenjaćelije i mitohondrijalnu DNK, a zatim ih prenose u DNK jezgra.

Dakle, dolazi do kompromisa. Proizvodnjom energije, tijelo stariti zbog destruktivnih aspekata ROS-a koji nastaju u tom procesu. Brzina starenja tijela u velikoj mjeri ovisi o tome koliko dobro funkcioniraju mitohondrije i količini štete koja se može nadoknaditi optimizacijom prehrane.

Uloga mitohondrija u nastanku raka

Kada se pojave stanice raka, reaktivne vrste kisika proizvedene kao nusprodukt proizvodnje ATP-a šalju signal koji pokreće proces samoubistva stanica, također poznat kao apoptoza.

Pošto se ćelije raka formiraju svaki dan, to je dobra stvar. Ubijajući oštećene ćelije, tijelo ih se rješava i zamjenjuje zdravim.

Ćelije raka su, međutim, otporne na ovaj samoubilački protokol – imaju ugrađenu odbranu protiv njega, kako su objasnili dr. Warburg, a potom i Thomas Seyfried, koji je duboko istraživao rak kao metaboličku bolest.

Kako Patrik objašnjava:

“Jedan od mehanizama djelovanja lijekova za kemoterapiju je stvaranje reaktivnih vrsta kisika. Oni stvaraju štetu, a to je dovoljno da gurne ćeliju raka ka smrti.

Mislim da je razlog tome to što ćelija raka koja ne koristi svoje mitohondrije, odnosno više ne proizvodi reaktivne vrste kiseonika, i odjednom je prisilite da koristi mitohondrije i dobijete nalet reaktivnih vrsta kiseonika (na kraju krajeva, to rade mitohondrije), i - bum, smrt, jer je ćelija raka već spremna za ovu smrt. Ona je spremna da umre."

Zašto je dobro ne jesti uveče?

Već neko vrijeme obožavam povremeni post iz raznih razloga, naravno zbog dugovječnosti i zdravlja, ali i zato što se čini da pruža moćnu prevenciju i liječenje raka. A mehanizam za to je povezan sa efektom posta na mitohondrije.

Kao što je spomenuto, glavna nuspojava prijenosa elektrona u kojoj se mitohondrije uključuju je da nešto iscuri iz lanca transporta elektrona i reagira s kisikom stvarajući superoksidne slobodne radikale.

Superoksidni anion (rezultat redukcije kiseonika za jedan elektron) je prekursor većine reaktivnih vrsta kiseonika i posrednik oksidativnih lančanih reakcija. Slobodni radikali kiseonika napadaju lipide u ćelijskim membranama, proteinske receptore, enzime i DNK, što može prerano da ubije mitohondrije.

Neki slobodni radikali su, u stvari, čak i korisni, neophodni organizmu da reguliše ćelijske funkcije, ali problemi nastaju sa prekomernim stvaranjem slobodnih radikala. Nažalost, zbog toga većina stanovništva razvija većinu bolesti, posebno raka. Postoje dva načina za rješavanje ovog problema:

• Povećajte antioksidanse
• Smanjite proizvodnju mitohondrijalnih slobodnih radikala

Po mom mišljenju, jedna od najefikasnijih strategija za smanjenje mitohondrijalnih slobodnih radikala je ograničavanje količine goriva koju unosite u svoje tijelo. Ovo nije nimalo kontroverzno, jer je ograničenje kalorija dosljedno pokazalo mnoge terapeutske prednosti. Ovo je jedan od razloga zašto je povremeni post efikasan jer ograničava vremenski period u kojem se konzumira hrana, što automatski smanjuje količinu unesenih kalorija.

Ovo je posebno efikasno ako ne jedete nekoliko sati prije spavanja jer je to vaše metabolički najniže stanje.

Nestručnjacima sve ovo može izgledati previše komplikovano, ali jedna stvar koju treba razumjeti je da, budući da tijelo koristi najmanje kalorija tokom spavanja, trebate izbjegavati jesti prije spavanja, jer će višak goriva u ovom trenutku dovesti do stvaranja viška količine slobodni radikali koji uništavaju tkivo.ubrzavaju starenje i doprinose nastanku hroničnih bolesti.

Kako inače post pomaže zdravoj funkciji mitohondrija?

Patrick također napominje da je dio mehanizma koji stoji iza efikasnosti posta to što je tijelo prisiljeno da dobije energiju iz lipida i zaliha masti, što znači da su ćelije prisiljene da koriste svoje mitohondrije.

Mitohondrije su jedini mehanizam pomoću kojeg tijelo može stvoriti energiju iz masti. Dakle, post pomaže aktiviranju mitohondrija.

Ona također vjeruje da igra veliku ulogu u mehanizmu kojim povremeni post i ketogena dijeta ubijaju ćelije raka, i objašnjava zašto neki lijekovi koji aktiviraju mitohondrije mogu ubiti stanice raka. Opet, to je zato što se formira talas reaktivnih vrsta kiseonika, oštećenja od kojih odlučuju o ishodu stvari, uzrokujući smrt ćelija raka.

Ishrana mitohondrija

Iz nutricionističke perspektive, Patrick naglašava sljedeće nutrijente i važne kofaktore neophodne za pravilno funkcioniranje mitohondrijskih enzima:

1. Koenzim Q10 ili ubikinol (redukovani oblik)
2. L-karnitin, koji prenosi masne kiseline u mitohondrije
3. D-riboza, koja je sirovina za ATP molekule
4. Magnezijum
5. Svi vitamini B, uključujući riboflavin, tiamin i B6
6. Alfa lipoična kiselina (ALA)

Kao što Patrik primećuje:

“Više volim da dobijem što više mikronutrijenata iz cjelovite hrane iz raznih razloga. Prvo, formiraju kompleks sa vlaknima, što olakšava njihovu apsorpciju.

Osim toga, u ovom slučaju je osiguran njihov ispravan omjer. Nećete ih moći nabaviti u izobilju. Omjer je upravo ono što vam treba. Postoje i druge komponente koje će vjerovatno tek biti određene.

Morate biti veoma oprezni da biste bili sigurni da jedete širok spektar [hrana] i da unosite prave mikronutrijente. Mislim da je uzimanje suplementa B kompleksa korisno iz ovog razloga.

Iz tog razloga ih prihvatam. Drugi razlog je taj što kako starimo, više ne apsorbiramo vitamine B tako lako, uglavnom zbog sve veće krutosti ćelijskih membrana. Ovo menja način na koji se vitamini B transportuju u ćeliju. Rastvorljivi su u vodi, tako da se ne skladište u masti. Njima je nemoguće otrovati se. U ekstremnim slučajevima, malo ćete više mokriti. Ali siguran sam da su veoma korisni."

Vježbanje može pomoći da mitohondrije ostanu mlade

Vježbanje također promovira zdravlje mitohondrija jer pokreće vaše mitohondrije da rade. Kao što je ranije spomenuto, jedan od nuspojava povećane mitohondrijalne aktivnosti je stvaranje reaktivnih vrsta kisika, koje djeluju kao signalne molekule.

Jedna od funkcija koje oni signaliziraju je stvaranje većeg broja mitohondrija. Dakle, kada vježbate, tijelo reagira stvaranjem više mitohondrija kako bi zadovoljilo povećane energetske potrebe.

Starenje je neizbježno. Ali vaša biološka starost može biti veoma različita od vaše hronološke starosti, a mitohondrije imaju mnogo zajedničkog sa biološkim starenjem. Patrick citira nedavna istraživanja koja pokazuju kako ljudi mogu biološki stare Veoma različitim tempom.

Istraživači su izmjerili više od deset različitih biomarkera, kao što su dužina telomera, oštećenje DNK, LDL kolesterol, metabolizam glukoze i osjetljivost na inzulin, u tri tačke u životu ljudi: u dobi od 22, 32 i 38 godina.

“Otkrili smo da neko od 38 godina biološki može izgledati 10 godina mlađe ili starije, na osnovu bioloških markera. Unatoč istoj dobi, biološko starenje se odvija potpuno različitim brzinama.

Zanimljivo je da kada su ovi ljudi fotografisani i njihove fotografije pokazivane prolaznicima i traženo da pogode hronološko doba prikazanih ljudi, ljudi su pogodili biološku starost, a ne hronološko.

Dakle, bez obzira na vašu stvarnu dob, koliko godina izgledate odgovara vašim biološkim biomarkerima, koji su u velikoj mjeri određeni vašim mitohondrijalnim zdravljem. Dakle, iako se starenje ne može izbjeći, imate veliku kontrolu nad time kako starite, a to je velika moć. A jedan od ključnih faktora je održavanje mitohondrija u dobrom radnom stanju.

Prema Patriku, "mladost" nije toliko hronološka dob, već koliko godina se osjećate i koliko dobro funkcionira vaše tijelo:

„Želim da znam kako da optimizujem svoje mentalne performanse i svoje atletske performanse. Želim da produžim svoju mladost. Želim da doživim 90. A kada to učinim, želim da surfujem u San Dijegu na isti način kao u svojim 20. Voleo bih da ne nestanem tako brzo kao neki ljudi. Volim da odložim ovaj pad i produžim svoju mladost što je duže moguće, kako bih što više uživao u životu.”

Struktura. Površinski aparat mitohondrija sastoji se od dvije membrane - vanjske i unutrašnje. Vanjska membrana glatka, odvaja mitohondrije od hijaloplazme. Ispod njega je presavijena unutrašnja membrana, koji se formira Christie(grebeni). Na obje strane krista, mala tijela u obliku pečuraka koja se nazivaju oksizomi, ili ATP-somami. Sadrže enzime uključene u oksidativnu fosforilaciju (dodavanje fosfatnih ostataka ADP-u kako bi se formirao ATP). Broj krista u mitohondrijima povezan je sa energetskim potrebama ćelije, a posebno u mišićnim ćelijama mitohondrije sadrže veoma veliki broj krista. Sa povećanom funkcijom ćelije, mitohondrije postaju ovalnije ili izdužene, a broj krista se povećava.

Mitohondrije imaju svoj genom, njihovi ribozomi tipa 70S se razlikuju od ribozoma citoplazme. Mitohondrijska DNK pretežno ima ciklički oblik (plazmidi), kodira sva tri tipa sopstvene RNK i daje informacije za sintezu nekih mitohondrijalnih proteina (oko 9%). Dakle, mitohondrije se mogu smatrati poluautonomnim organelama. Mitohondrije su organele koje se samorepliciraju (sposobne za reprodukciju). Obnavljanje mitohondrija se dešava tokom ćelijskog ciklusa. Na primjer, u ćelijama jetre one se zamjenjuju novim nakon skoro 10 dana. Najvjerovatnijim načinom reprodukcije mitohondrija smatra se njihova podjela: u sredini mitohondrija se pojavljuje suženje ili se pojavljuje septum, nakon čega se organele dijele na dvije nove mitohondrije. Mitohondrije se formiraju od promitohondrija - okrugla tijela promjera do 50 nm sa dvostrukom membranom.

Funkcije . Mitohondrije su uključene u energetske procese ćelije; sadrže enzime povezane s proizvodnjom energije i ćelijskim disanjem. Drugim riječima, mitohondrija je neka vrsta biohemijske mini-tvornice koja pretvara energiju organskih jedinjenja u primijenjenu energiju ATP-a. U mitohondrijama energetski proces počinje u matriksu, gdje se u Krebsovom ciklusu događa razgradnja pirogrožđane kiseline. Tokom ovog procesa, atomi vodonika se oslobađaju i transportuju respiratornim lancem. Energija koja se u ovom slučaju oslobađa koristi se u nekoliko dijelova respiratornog lanca za izvođenje reakcije fosforilacije – sinteze ATP-a, odnosno dodavanja fosfatne grupe ADP-u. To se dešava na unutrašnjoj membrani mitohondrija. dakle, energetska funkcija mitohondrije se integrišu sa: a) oksidacijom organskih jedinjenja koja se dešava u matriksu, zbog čega se mitohondrije nazivaju respiratorni centar ćelija b) Sinteza ATP-a se vrši na kristama, zbog čega se nazivaju mitohondrije energetske stanice ćelija. Osim toga, mitohondrije sudjeluju u regulaciji metabolizma vode, taloženju iona kalcija, proizvodnji prekursora steroidnih hormona, metabolizmu (na primjer, mitohondrije u stanicama jetre sadrže enzime koji im omogućavaju da neutraliziraju amonijak) i drugo.

BIOLOGIJA + Mitohondrijalne bolesti su grupa nasljednih bolesti povezanih s mitohondrijskim defektima koji dovode do oštećenja ćelijskog disanja. Prenose se po ženskoj liniji na djecu oba spola, jer jaje ima veći volumen citoplazme i, shodno tome, prenosi veći broj mitohondrija na svoje potomke. Mitohondrijska DNK, za razliku od nuklearne DNK, nije zaštićena histonskim proteinima, a mehanizmi popravke naslijeđeni od bakterija predaka su nesavršeni. Stoga se mutacije akumuliraju u mitohondrijskoj DNK 10-20 puta brže nego u nuklearnoj DNK, što dovodi do mitohondrijalnih bolesti. U modernoj medicini danas ih je poznato oko 50. Na primjer, sindrom kroničnog umora, migrena, Barthov sindrom, Pearsonov sindrom i mnogi drugi.

O KOMPLEKSU NA JEDNOSTAVNOM JEZIKU.

Ova tema je složena i složena, odmah utiče na ogroman broj biohemijskih procesa koji se odvijaju u našem tijelu. Ali hajde da ipak pokušamo da shvatimo šta su mitohondrije i kako rade.

Dakle, mitohondrije su jedna od najvažnijih komponenti žive ćelije. Jednostavno rečeno, možemo reći da je ovo energetska stanica ćelije. Njihova aktivnost se zasniva na oksidaciji organskih jedinjenja i stvaranju električnog potencijala (energije koja se oslobađa tokom razgradnje ATP molekula) da bi se izvršila kontrakcija mišića.

Svi znamo da se rad našeg tijela odvija u strogom skladu s prvim zakonom termodinamike. Energija se ne stvara u našem tijelu, već se samo transformiše. Tijelo samo bira oblik transformacije energije, a da je ne proizvodi, od kemijske do mehaničke i toplinske. Glavni izvor sve energije na planeti Zemlji je Sunce. Dolazeći do nas u obliku svjetlosti, energiju apsorbira hlorofil biljaka, gdje pobuđuje elektron atoma vodika i tako daje energiju živoj tvari.

Svoj život dugujemo energiji malog elektrona.

Rad mitohondrija sastoji se od postupnog prijenosa energije elektrona vodika između atoma metala prisutnih u grupama proteinskih kompleksa respiratornog lanca (elektronski transportni lanac proteina), gdje svaki sljedeći kompleks ima veći afinitet za elektron, privlačeći ga od prethodni, sve dok se elektron ne spoji sa molekularnim kiseonikom, koji ima najveći afinitet prema elektronu.

Svaki put kada se elektron prenosi duž strujnog kola, oslobađa se energija koja se akumulira u obliku elektrohemijskog gradijenta, a zatim se ostvaruje u obliku mišićne kontrakcije i stvaranja topline.

Niz oksidativnih procesa u mitohondriju koji omogućava prijenos energetskog potencijala elektrona naziva se "unutarstanično disanje" ili često "respiratorni lanac", budući da se elektron prenosi duž lanca od atoma do atoma dok ne dostigne svoj konačni odredište, atom kiseonika.

Mitohondrijima je potreban kisik za prijenos energije kroz proces oksidacije.

Mitohondrije troše do 80% kiseonika koji udišemo.

Mitohondrije su trajna ćelijska struktura koja se nalazi u njenoj citoplazmi. Veličina mitohondrija je obično između 0,5 i 1 µm u prečniku. Ima zrnastu strukturu u obliku i može zauzeti do 20% volumena ćelije. Ova trajna organska struktura ćelije naziva se organela. Organele takođe uključuju miofibrile - kontraktilne jedinice mišićne ćelije; a ćelijsko jezgro je također organela. Općenito, svaka trajna ćelijska struktura je organela.

Mitohondrije je otkrio i prvi opisao njemački anatom i histolog Richard Altmann 1894. godine, a naziv ovoj organeli dao je drugi njemački histolog K. Bend 1897. godine. Ali tek 1920. godine, opet, njemački biohemičar Otto Wagburg, dokazao je da su procesi ćelijskog disanja povezani s mitohondrijima.

Postoji teorija prema kojoj su se mitohondrije pojavile kao rezultat hvatanja od strane primitivnih stanica, stanica koje same nisu mogle koristiti kisik za stvaranje energije, protogenot bakterija koje su to mogle. Upravo zato što je mitohondrija ranije bila zaseban živi organizam, ona i dalje ima svoj DNK.

Mitohondrije su ranije predstavljale samostalan živi organizam.

Tokom evolucije, progenote su prenijele mnoge svoje gene u formirano jezgro, zahvaljujući povećanju energetske efikasnosti, i prestale biti samostalni organizmi. Mitohondrije su prisutne u svim ćelijama. Čak i sperma ima mitohondrije.

Zahvaljujući njima, rep sperme se pokreće, koji vrši njegovo kretanje. Ali posebno je mnogo mitohondrija na onim mjestima gdje je energija potrebna za bilo kakve životne procese. A to su, naravno, prvenstveno mišićne ćelije.

U mišićnim ćelijama, mitohondrije se mogu kombinovati u grupe džinovskih razgranatih mitohondrija međusobno povezanih intermitohondrijalnim kontaktima, u kojima stvaraju koordinirani radni kooperativni sistem. Prostor u takvoj zoni ima povećanu gustinu elektrona. Nove mitohondrije nastaju jednostavnom podjelom prethodnih organela. Najjednostavniji mehanizam opskrbe energijom dostupan svim stanicama najčešće se naziva opći koncept glikolize.

Ovo je proces sekvencijalne razgradnje glukoze do pirogrožđane kiseline. Ako se ovaj proces odvija bez sudjelovanja molekularnog kisika ili uz njegovu nedovoljnu prisutnost, onda se naziva anaerobna glikoliza. U ovom slučaju, glukoza se ne razgrađuje na finalne proizvode, već na mliječnu i pirogrožđanu kiselinu, koja zatim prolazi kroz daljnje transformacije tijekom fermentacije. Stoga je oslobođena energija manja, ali je brzina proizvodnje energije brža. Kao rezultat anaerobne glikolize, iz jednog molekula glukoze stanica prima 2 molekula ATP-a i 2 molekula mliječne kiseline. Ovaj „osnovni“ energetski proces može se dogoditi unutar bilo koje ćelije bez sudjelovanja mitohondrija.

U prisustvu molekularnog kiseonika, aerobna glikoliza se dešava unutar mitohondrija kao deo „respiratornog lanca“. Pirogrožđana kiselina u aerobnim uslovima je uključena u ciklus trikarboksilne kiseline ili Krebsov ciklus. Kao rezultat ovog procesa u više koraka, iz jedne molekule glukoze nastaje 36 ATP molekula. Poređenje energetskog bilansa ćelije sa razvijenim mitohondrijama i ćelijama u kojima nisu razvijene pokazuje (sa dovoljnom količinom kiseonika) razliku u potpunosti korišćenja energije glukoze unutar ćelije za skoro 20 puta!

Kod ljudi se vlakna skeletnih mišića mogu podijeliti u tri tipa na osnovu mehaničkih i metaboličkih svojstava: - sporo oksidativno; - brzi glikolitik; - brzi oksidativno-glikolitički.

Mišićna vlakna koja se brzo trzaju dizajnirana su za obavljanje brzog i teškog rada. Za njihovo smanjenje koriste se uglavnom brzi izvori energije, odnosno kriatin fosfat i anaerobna glikoliza. Sadržaj mitohondrija u ovim vrstama vlakana je značajno manji nego u sporo trzajućim mišićnim vlaknima.

Sporo trzajuća mišićna vlakna izvode spore kontrakcije, ali su u stanju da rade dugo vremena. Kao energiju koriste aerobnu glikolizu i sintezu energije iz masti. Ovo daje mnogo više energije od anaerobne glikolize, ali zauzvrat zahtijeva više vremena, budući da je lanac razgradnje glukoze složeniji i zahtijeva prisustvo kisika, za čiji transport do mjesta konverzije energije također treba vremena. Spora mišićna vlakna nazivaju se crvena zbog mioglobina, proteina odgovornog za isporuku kisika u vlakna. Mišićna vlakna koja se sporo trzaju sadrže značajan broj mitohondrija.

Postavlja se pitanje: kako i uz pomoć kojih vježbi može razviti razgranatu mrežu mitohondrija u mišićnim stanicama? Postoje razne teorije i metode obuke i o njima u materijalu na linku.

Karakteristike, uloga i struktura mitohondrija

Funkcije mitohondrija kao organela aerobnih eukariotskih ćelija - sinteza ATP molekula(adenozin trifosfat) iz ADP. Budući da je ATP univerzalni izvor energije za sve procese u ćeliji koji uključuju potrošnju energije, kažu da mitohondrije obavljaju funkcija opskrbe energijom, odnosno proizvodnje energije.

Intermedijarni proizvodi oksidacije organskih supstanci, kiseonik, ADP i fosforna kiselina, ulaze u mitohondrije iz citoplazme. Ugljični dioksid, voda i ATP molekuli se vraćaju.

ATP molekuli se ne formiraju samo u mitohondrijima. Mala količina ih se sintetiše u citoplazmi tokom procesa glikolize, što se opaža u svim živim ćelijama. Kao rezultat glikolize, molekul glukoze se razlaže na dva molekula piruvata. Kod aerobnih prokariota, on se dalje oksidira u prisustvu kisika pri invaginacijama citoplazmatske membrane. Kod eukariota piruvat ulazi u mitohondrije.

Ovdje piruvat donira svoju acetilnu grupu, koja sadrži dva atoma ugljika, koenzimu A. U ovom slučaju se oslobađa prva molekula CO2. Koenzim A se pretvara u acetil-koenzim-A (acetil-CoA).

Acetil-CoA se ne dobija samo iz piruvata, već i iz masnih kiselina i aminokiselina. Dakle, nije važno kakva će se početna organska tvar "spaliti" u mitohondrijima za proizvodnju energije. Njihovo funkcioniranje je u svakom slučaju univerzalno.

U mitohondrijalni matriks ulazi acetil-CoA Krebsov ciklus, ili ciklus trikarboksilne kiseline, gdje se acetilna grupa oksidira i razlaže na još dva CO2 molekula. Njegovi atomi vodonika pridružuju se koenzimima NAD+ i FAD+, formirajući njihove redukovane oblike - NAD H + H+ i FAD H + H+. Njihova naknadna oksidacija će dovesti do sinteze ATP-a.

Iako se kisik ne koristi u Krebsovom ciklusu, u njegovom odsustvu mitohondrije prestaju obavljati svoju funkciju već u ovoj fazi, jer se proizvodi reakcije akumuliraju.

Na kristama mitohondrija elektroni i protoni vodonika su razdvojeni. Elektroni iz NAD i FAD prenose se preko membrane kroz lanac enzima i koenzima tzv. respiratorni lanac. Na početku svog putovanja, protoni se prenose u intermembranski prostor, na vanjsku stranu krista.

Elektroni se na kraju prenose na molekul kisika, koji postaje negativno nabijen ion. Električni potencijal se stvara između vanjske i unutrašnje strane krista, jer je jedna nabijena pozitivno, a druga negativno. Kada se dostigne kritična vrijednost, H+ juri kroz kanale ATP sintetaza i drugih enzima na unutrašnju stranu, gdje se kombinuje sa O2- i formira vodu.

ATP sintetaza je enzim koji sintetiše ATP. U mitohondrijima je ugrađen u membranu kriste i koristi energiju translokacije protona za fosforilaciju ADP-a.

Krebsov ciklus i respiratorni lanac složeni su procesi u više koraka koje osiguravaju brojni enzimi i koenzimi. Svaki od njih zahteva odvojeno razmatranje. Uopšteno govoreći, funkcije mitohondrija se svode na sintezu acetil-CoA, korištenje atoma vodika acetilne grupe za obnavljanje NAD i FAD, odvojeni prijenos elektrona i protona vodika na kisik, te korištenje energija elektrohemijskog gradijenta protona za sintezu ATP-a.

Vezani članci:Struktura mitohondrija, Faze energetskog metabolizma

Mitohondrije- Ovo organela sa dvostrukom membranom eukariotske ćelije, čija je glavna funkcija ATP sinteza– izvor energije za život ćelije.

Broj mitohondrija u ćelijama nije konstantan, u proseku od nekoliko jedinica do nekoliko hiljada. Tamo gdje su procesi sinteze intenzivni, ima ih više. Veličina mitohondrija i njihov oblik također variraju (okrugle, izdužene, spiralne, čašaste, itd.). Češće imaju okrugli, izduženi oblik, do 1 mikrometar u prečniku i do 10 mikrona u dužini. Mogu se kretati u ćeliji sa protokom citoplazme ili ostati u jednom položaju. Sele se na mjesta gdje je proizvodnja energije najpotrebnija.

Prema hipotezi simbiogeneze mitohondrije su nastale od aerobnih bakterija koje su napale drugu prokariotsku ćeliju. Ove bakterije su počele opskrbljivati ​​ćeliju dodatnim molekulima ATP-a i iz nje primati hranjive tvari. Tokom procesa evolucije izgubili su autonomiju, prenijevši neke od svojih gena u jezgro i tako postali ćelijska organela.

U ćelijama se nove mitohondrije javljaju uglavnom dijeljenjem prethodno postojećih, odnosno ne sintetiziraju se iznova, što podsjeća na proces reprodukcije i govori u prilog simbiogenezi.

Struktura i funkcije mitohondrija

Mitohondrije se sastoje od

dvije membrane - vanjska i unutrašnja,

intermembranskog prostora,

interni sadržaj - matrica,

Krist, koji su izrasline u matriks unutrašnje membrane,

sopstveni sistem za sintezu proteina: DNK, ribozomi, RNK,

proteini i njihovi kompleksi, uključujući veliki broj enzima i koenzima,

druge molekule i granule različitih supstanci koje se nalaze u matriksu.

Vanjska i unutarnja membrana obavljaju različite funkcije, pa se njihov kemijski sastav razlikuje. Udaljenost između membrana je do 10 nm. Vanjska membrana mitohondrija po strukturi je slična plazmalemi koja okružuje ćeliju i prvenstveno obavlja funkciju barijere, odvajajući sadržaj organele od citoplazme. Mali molekuli prodiru kroz njega, transport velikih je selektivan. Na nekim mjestima je vanjska membrana povezana sa ER, čiji se kanali otvaraju u mitohondriju.

Enzimi se nalaze na unutrašnjoj membrani, uglavnom u njenim izraslinama - kristama, formirajući multienzimske sisteme. Dakle, hemijskim sastavom ovde dominiraju proteini, a ne lipidi. Broj krista varira u zavisnosti od intenziteta procesa. Dakle, ima ih puno u mitohondrijama mišića.

Na nekim mjestima su vanjska i unutrašnja membrane međusobno povezane.

Mitohondrije, kao i hloroplasti, imaju svoj sistem za sintezu proteina - DNK, RNK i ribozome. Genetski aparat je prstenasta molekula - nukleoid, kao u bakterijama. Ribosomi biljnih mitohondrija slični su bakterijskim; kod životinja su mitohondrijski ribozomi manji ne samo od citoplazmatskih, već i od bakterijskih. Neki od potrebnih proteina sintetiziraju sami mitohondriji, dok se drugi dio dobiva iz citoplazme, jer su ti proteini kodirani nuklearnim genima.

Glavna funkcija mitohondrija je opskrba stanice energijom, koja se izvlači iz organskih spojeva kroz brojne enzimske reakcije i pohranjuje u ATP. Neke reakcije uključuju kisik, dok druge oslobađaju ugljični dioksid. Reakcije se javljaju i u matriksu (Krebsov ciklus) i na kristama (oksidativna fosforilacija).

Treba imati na umu da se u ćelijama ATP sintetizira ne samo u mitohondrijima, već iu citoplazmi tokom glikolize. Međutim, efikasnost ovih reakcija je niska. Posebnost funkcije mitohondrija je u tome što se u njima ne odvijaju samo reakcije oksidacije bez kisika, već i kisikov stupanj energetskog metabolizma.

Drugim riječima, funkcija mitohondrija je da aktivno učestvuju u ćelijskom disanju, što uključuje mnoge reakcije oksidacije organskih tvari, prijenos protona i elektrona vodika, oslobađanje energije koja se akumulira u ATP-u.

Mitohondrijski enzimi

Enzimi translocases Unutrašnja membrana mitohondrija vrši aktivni transport ADP i ATP.

U strukturi krista razlikuju se elementarne čestice koje se sastoje od glave, stabljike i baze. Na glavi se sastoji od enzima ATPaze, dolazi do sinteze ATP-a. ATPaza osigurava spajanje fosforilacije ADP-a sa reakcijama respiratornog lanca.

Komponente respiratornog lanca nalaze se u osnovi elementarnih čestica u debljini membrane.

Matrica sadrži većinu Enzimi Krebsovog ciklusa i oksidacije masnih kiselina.

Kao rezultat aktivnosti električnog transportnog respiratornog lanca, ioni vodika ulaze u njega iz matriksa i oslobađaju se na vanjskoj strani unutrašnje membrane. To provode određeni membranski enzimi.

Mitohondrije

Razlika u koncentraciji vodikovih jona na različitim stranama membrane rezultira pH gradijentom.

Energija za održavanje gradijenta osigurava se prijenosom elektrona duž respiratornog lanca. U suprotnom bi joni vodonika difundirali nazad.

Energija pH gradijenta koristi se za sintezu ATP-a iz ADP-a:

ADP + P = ATP + H2O (reakcija je reverzibilna)

Nastala voda se enzimski uklanja. Ovo, zajedno sa drugim faktorima, olakšava reakciju s lijeva na desno.

Mitohondrije

Plastidi i mitohondrije biljne ćelije: struktura, funkcije, strukturne karakteristike u vezi sa biološkim funkcijama.

Mitohondrije biljne ćelije. Njihova struktura i funkcije

Forma− okrugla tijela ili tijela u obliku bučice.

Dimenzije− dužina 1-5 mikrona, prečnik 0,4-0,5 mikrona.

Količina po kavezu− od desetina do 5.000.

Struktura. Sastoje se uglavnom od proteina (60-65%) i lipida (30%). To su dvomembranske organele. Debljina vanjske i unutrašnje membrane je 5-6 nm. Permitohondrijski prostor (prostor između membrana) ispunjen je tekućinom kao što je serum. Unutrašnja membrana formira nabore različitih oblika − cristas. Na unutrašnjoj površini unutrašnje membrane nalaze se čestice u obliku gljive - oksizomi koji sadrže oksidativne enzime. Unutrašnji sadržaj mitohondrija − matrica. Matrica sadrži ribozome i mitohondrijsku DNK (0,5%), koja ima prstenastu strukturu i odgovorna je za sintezu mitohondrijalnih proteina. Mitohondrije imaju sve vrste RNK (1%), dijele se neovisno od nuklearne diobe, a u ćeliji se formiraju od već postojećih mitohondrija fisijom ili pupanjem. Poluživot mitohondrija je 5-10 dana.

Funkcije. Mitohondrije su centri energetske aktivnosti ćelija. U mitohondrijima funkcionišu sistemi aerobnog disanja i oksidativne fosforelacije. Komponente lanca transporta elektrona i kompleksa ATP sintetaze, koji vrše transport elektrona i protona i sintezu ATP-a, lokalizirani su u unutrašnjoj membrani mitohondrija. Matrica sadrži sisteme za oksidaciju di- i trikarboksilnih kiselina, niz sistema za sintezu lipida, aminokiselina itd.

Mitohondrije se mogu kretati na mjesta povećane potrošnje energije. Mogu se družiti jedni s drugima u neposrednoj blizini ili uz pomoć užeta. Tokom anaerobnog disanja, mitohondrije nestaju.

Mitohondrije imaju okrugli i duguljasti oblik prečnika 0,4–0,5 μm i dužine 1–5 μm (slika 1.3).

Broj mitohondrija varira od nekoliko do 1.500-2.000 po biljnoj ćeliji.

Mitohondrije su ograničene s dvije membrane: vanjskom i unutrašnjom, debljina svake od njih je 5-6 nm. Vanjska membrana izgleda rastegnuta, a unutrašnja formira nabore zvane grebeni (kriste) različitih oblika. Prostor između membrana, koji uključuje i unutrašnji prostor krista, naziva se intermembranski (perimitohondrijski) prostor. Služi kao medij za unutrašnju membranu i matriks mitohondrija.

Mitohondrije generalno sadrže 65-70% proteina, 25-30% lipida i male količine nukleinskih kiselina. Fosfolipidi (fosfatidilholin i fosfatidiletanolamin) čine 70% ukupnog sadržaja lipida. Sastav masnih kiselina karakterizira visok sadržaj zasićenih masnih kiselina, koje osiguravaju „čvrstoću“ membrane.

Sistemi aerobnog disanja i oksidativne fosforilacije lokalizovani su u mitohondrijima. Kao rezultat disanja, organski molekuli se razgrađuju i energija se oslobađa i prenosi na ATP molekul.

Mitohondrije sadrže proteine, RNK, DNK niti, ribozome slične bakterijskim i razne otopljene tvari. DNK postoji u obliku kružnih molekula smještenih u jednom ili više nukleotida.

plastidi, uz vakuole i staničnu membranu, one su karakteristične komponente biljnih stanica. Svaki plastid je okružen svojom ljuskom, koja se sastoji od dvije elementarne membrane. Unutar plastida razlikuju se membranski sistem i manje-više homogena tvar, stroma. Unutrašnja struktura hloroplasta je prilično složena. Stroma je prožeta razvijenim sistemom membrana u obliku ravnih vezikula zvanih tilakoidi.Tilakoidi su sakupljeni u snopove - grane, nalik na stupove novčića.

Kloroplasti, u kojima se odvija fotosinteza, sadrže hlorofile i karotenoide. Veličina – 4–5 mikrona. Jedna ćelija mezofila lista može sadržavati 40-50 hloroplasta, odnosno oko 500 000 po mm2 lista.U citoplazmi se hloroplasti obično nalaze paralelno sa ćelijskom stijenkom.

Klorofili i karotenoidi su ugrađeni u tilakoidne membrane. Kloroplasti zelenih biljaka i algi često sadrže škrobna zrna i male lipidne (masne) kapljice. Zrna škroba su privremena skladišta za proizvode fotosinteze. Mogu nestati iz hloroplasta držanih u mraku samo 24 sata i ponovo se pojaviti u roku od 3-4 sata nakon što su biljke prebačene na svjetlo.

U izolovanim hloroplastima dolazi do sinteze RNK, koju obično kontrolira samo kromosomska DNK. Formiranje hloroplasta i sinteza pigmenata sadržanih u njima su u velikoj mjeri kontrolirani hromozomskom DNK, koja je u interakciji s DNK hloroplasta na slabo razumljiv način. Međutim, u nedostatku vlastite DNK, hloroplasti se ne formiraju.

23. Ultrastruktura mitohondrija, funkcije

Učestvuju u sintezi aminokiselina i masnih kiselina i služe kao skladište za privremene rezerve škroba.

Hromoplasti(od grčkog chroma - boja) - pigmentirani plastidi. Kromoplasti, različitog oblika, ne sadrže hlorofil, već sintetiziraju i akumuliraju karotenoide koji daju žutu, narandžastu i druge boje. Korijen šargarepe i plodovi paradajza obojeni su pigmentima koji se nalaze u hromoplastima.

Leukoplasti su mjesto nakupljanja rezervne tvari – škroba. Posebno mnogo leukoplasta ima u ćelijama gomolja krompira. Na svjetlu se leukoplasti mogu transformirati u hloroplaste (gomolji krompira postaju zeleni). U jesen se hloroplasti pretvaraju u hromoplaste i zelene listove, a plodovi postaju žuti i crveni.

Vanjska membrana
Unutrašnja membrana
Matrix m-na, matrica, cristas. ima glatke konture i ne stvara udubljenja ili nabore. Zauzima oko 7% površine svih ćelijskih membrana. Njegova debljina je oko 7 nm, nije povezana ni sa jednom drugom membranom citoplazme i zatvorena je na sebe, tako da je membranska vreća. Odvaja vanjsku membranu od unutrašnje intermembranskog prostoraširine oko 10-20 nm. Unutrašnja membrana (debljine oko 7 nm) ograničava stvarni unutrašnji sadržaj mitohondrija,
njegov matriks ili mitoplazma. Karakteristična karakteristika unutrašnje membrane mitohondrija je njihova sposobnost da formiraju brojne invaginacije u mitohondrije. Takve invaginacije najčešće imaju oblik ravnih grebena ili krista. Udaljenost između membrana u kristi je oko 10-20 nm. Često se kriste mogu granati ili formirati prstaste procese, savijati se i nemaju jasnu orijentaciju. Kod najjednostavnijih jednoćelijskih algi, te u nekim stanicama viših biljaka i životinja, izrasline unutrašnje membrane imaju oblik cijevi (cijevaste kriste).
Mitohondrijski matriks ima fino zrnastu homogenu strukturu; u njemu se ponekad detektuju tanki filamenti skupljeni u kuglicu (oko 2-3 nm) i granule oko 15-20 nm. Sada je postalo poznato da su filamenti mitohondrijalnog matriksa molekule DNK unutar mitohondrijalnog nukleoida, a male granule su mitohondrijski ribosomi.

Funkcije mitohondrija

1. Sinteza ATP-a odvija se u mitohondrijima (vidi Oksidativna fosforilacija)

PH intermembranskog prostora ~4, pH matriksa ~8 | sadržaj proteina u m: 67% - matriks, 21% - vanjski m-on, 6% - unutrašnji m-on i 6% - u intersticijskoj masi
Handrioma– ujedinjeni mitohondrijski sistem
vanjski m-na: porini-pore omogućavaju prolaz do 5 kD | unutrašnji m-na: kardiolipin - čini m-n nepropusnim za jone |
intermitentna proizvodnja: grupe enzima fosforiliraju nukleotide i šećere nukleotida
interni m-na:
matriks: metabolički enzimi - oksidacija lipida, oksidacija ugljikohidrata, ciklus trikarboksilne kiseline, Krebsov ciklus
Porijeklo od bakterija: ameba Pelomyxa palustris ne sadrži eukariote, živi u simbiozi s aerobnim bakterijama | vlastiti DNK | procesi slični bakterijama

Mitohondrijalna DNK

Miohondrijalna podela

replicirano
u međufazi | replikacija nije povezana sa S-fazom | tokom ciklusa CL, mitohi se dijele jednom na dva, formirajući suženje, suženje prvo na unutrašnjoj strani | ~16.5 kb | kružni, kodira 2 rRNA, 22 tRNA i 13 proteina |
transport proteina: signalni peptid | amphiphilic curl | mitohondrijski receptor za prepoznavanje |
Oksidativna fosforilacija
Lanac transporta elektrona
ATP sintaza
u ćeliji jetre, m živi ~20 dana, podjela mitohondrija kroz stvaranje suženja

16569 bp = 13 proteina, 22 tRNA, 2 pRNA | glatka vanjska membrana (porini - propusnost proteina do 10 kDa) presavijena unutrašnja membrana (cristae) matriks (75% proteina: transportni proteini, proteini, komponente respiratornog lanca i ATP sintaze, kardiolipin) matriks (obogaćen supstancama citrata ciklus) povremena proizvodnja