Struktur og funksjoner til mitokondrier. Mitokondrier i muskelceller

Spesielle strukturer - mitokondrier - spiller en viktig rolle i livet til hver celle. Strukturen til mitokondrier gjør at organellen kan operere i en semi-autonom modus.

generelle egenskaper

Mitokondrier ble oppdaget i 1850. Imidlertid ble det mulig å forstå strukturen og funksjonelle formålet med mitokondrier først i 1948.

På grunn av deres ganske store størrelse er organellene godt synlige i et lysmikroskop. Maksimal lengde er 10 mikron, diameteren overstiger ikke 1 mikron.

Mitokondrier finnes i alle eukaryote celler. Disse er doble membranorganeller, vanligvis bønneformede. Mitokondrier finnes også i sfæriske, filamentøse og spiralformede former.

Antall mitokondrier kan variere betydelig. For eksempel er det omtrent tusen av dem i leverceller, og 300 tusen i oocytter. Planteceller inneholder færre mitokondrier enn dyreceller.

TOP 4 artiklersom leser med dette

Ris. 1. Plasseringen av mitokondrier i cellen.

Mitokondrier er plastikk. De endrer form og beveger seg til de aktive sentrene i cellen. Vanligvis er det flere mitokondrier i de cellene og delene av cytoplasmaet hvor behovet for ATP er høyere.

Struktur

Hvert mitokondrie er atskilt fra cytoplasmaet med to membraner. Den ytre membranen er glatt. Strukturen til den indre membranen er mer kompleks. Den danner mange folder - cristae, som øker den funksjonelle overflaten. Mellom de to membranene er det et rom på 10-20 nm fylt med enzymer. Inne i organellen er det en matrise - en gel-lignende substans.

Ris. 2. Intern struktur av mitokondrier.

Tabellen "Struktur og funksjoner til mitokondrier" beskriver i detalj komponentene i organellen.

*Sammensatt*	*Beskrivelse*	*Funksjoner*
Ytre membran	Består av lipider. Inneholder en stor mengde porinprotein, som danner hydrofile tubuli. Hele den ytre membranen er gjennomsyret av porer gjennom hvilke molekyler av stoffer kommer inn i mitokondriene. Inneholder også enzymer involvert i lipidsyntese	Beskytter organellen, fremmer transport av stoffer
	De er plassert vinkelrett på mitokondrieaksen. De kan se ut som plater eller rør. Antall cristae varierer avhengig av celletype. Det er tre ganger flere av dem i hjerteceller enn i leverceller. Inneholder fosfolipider og proteiner av tre typer: Katalyserende - delta i oksidative prosesser; Enzymatisk - delta i dannelsen av ATP; Transport - transportere molekyler fra matrisen ut og tilbake	Utfører den andre fasen av pusten ved hjelp av respirasjonskjeden. Hydrogenoksidasjon skjer, og produserer 36 molekyler ATP og vann
	Består av en blanding av enzymer, fettsyrer, proteiner, RNA, mitokondrielle ribosomer. Det er her mitokondrienes eget DNA befinner seg.	Utfører den første fasen av respirasjonen - Krebs-syklusen, som et resultat av at 2 ATP-molekyler dannes

Hovedfunksjonen til mitokondrier er generering av celleenergi i form av ATP-molekyler på grunn av reaksjonen av oksidativ fosforylering - cellulær respirasjon.

I tillegg til mitokondrier inneholder planteceller ytterligere semi-autonome organeller - plastider.
Avhengig av det funksjonelle formålet, skilles tre typer plastider ut:

kromoplaster - akkumulere og lagre pigmenter (karotener) av forskjellige nyanser som gir farge til planteblomster;
leukoplaster - lagre næringsstoffer, som stivelse, i form av korn og granulat;
kloroplaster - de viktigste organellene som inneholder det grønne pigmentet (klorofyll), som gir plantene farge, og utfører fotosyntese.

Ris. 3. Plastider.

Hva har vi lært?

Vi undersøkte de strukturelle egenskapene til mitokondrier - dobbeltmembranorganeller som utfører cellulær respirasjon. Den ytre membranen består av proteiner og lipider og transporterer stoffer. Den indre membranen danner folder - cristae, som hydrogenoksidasjon skjer på. Cristae er omgitt av en matrise - en gel-lignende substans der noen av reaksjonene ved cellulær respirasjon finner sted. Matrisen inneholder mitokondrielt DNA og RNA.

Test om emnet

Evaluering av rapporten

Gjennomsnittlig rangering: 4.4. Totale vurderinger mottatt: 108.

Mitokondrier er små inneslutninger i celler som opprinnelig ble antatt å være arvet fra bakterier. I de fleste cellene er det opptil flere tusen av dem, som er fra 15 til 50 prosent av cellevolumet. De er kilden til mer enn 90 prosent av kroppens energi.
Mitokondriene dine har en enorm innvirkning på helsen, spesielt kreft, så optimalisering av mitokondriell metabolisme kan være kjernen i effektiv kreftbehandling

Tekststørrelse:

Fra Dr. Mercola

Mitokondrier: Du vet kanskje ikke hva de er, men de er livsviktig for din helse. Rhonda Patrick, PhD, er en biomedisinsk forsker som har studert interaksjonene mellom mitokondriell metabolisme, unormal metabolisme og kreft.

En del av arbeidet hennes innebærer å identifisere tidlige biomarkører for sykdom. For eksempel er DNA-skade en tidlig biomarkør for kreft. Hun prøver deretter å finne ut hvilke mikronæringsstoffer som hjelper til med å reparere denne DNA-skaden.

Hun forsket også på mitokondriefunksjon og metabolisme, noe jeg nylig har blitt interessert i. Hvis du, etter å ha lyttet til dette intervjuet, ønsker å lære mer om dette, anbefaler jeg å begynne med Dr. Lee Knows bok, Life - The Epic Story of Our Mitochondria.

Mitokondrier har en dyp innvirkning på helse, spesielt kreft, og jeg begynner å tro at optimalisering av mitokondriell metabolisme kan ligge i hjertet av effektiv kreftbehandling.

Viktigheten av å optimalisere mitokondriell metabolisme

Mitokondrier er bittesmå organeller som vi opprinnelig antok å ha arvet fra bakterier. Det er nesten ingen i røde blodceller og hudceller, men i kjønnsceller er det 100 000 av dem, men i de fleste celler er det fra én til 2000. De er hovedkilden til energi for kroppen din.

For at organer skal fungere ordentlig, trenger de energi, og denne energien produseres av mitokondrier.

Siden mitokondriell funksjon ligger til grunn for alt som skjer i kroppen, er optimalisering av mitokondriell funksjon og forebyggelse av mitokondriell dysfunksjon ved å få alle de essensielle næringsstoffene og forløperne som kreves av mitokondrier, ekstremt viktig for helse og sykdomsforebygging.

Således er en av de universelle egenskapene til kreftceller en alvorlig svekkelse av mitokondriell funksjon, der antallet funksjonelle mitokondrier reduseres radikalt.

Dr. Otto Warburg var en lege med utdannelse i kjemi og en nær venn av Albert Einstein. De fleste eksperter anerkjenner Warburg som den største biokjemikeren på 1900-tallet.

I 1931 mottok han Nobelprisen for sin oppdagelse av at kreftceller bruker glukose som en kilde til energiproduksjon. Dette ble kalt "Warburg-effekten", men dessverre ignoreres dette fenomenet fortsatt av nesten alle.

Jeg er overbevist om at et ketogent kosthold, som radikalt forbedrer mitokondriell helse, kan hjelpe de fleste kreftformer, spesielt når det kombineres med et glukosefanger som 3-bromopyruvat.

Hvordan mitokondrier produserer energi

For å produsere energi trenger mitokondrier oksygen fra luften du puster inn og fett og glukose fra maten du spiser.

Disse to prosessene - puste og spise - er koblet til hverandre i en prosess som kalles oksidativ fosforylering. Det brukes av mitokondrier til å produsere energi i form av ATP.

Mitokondrier har en rekke elektrontransportkjeder gjennom hvilke de overfører elektroner fra den reduserte formen av maten du spiser for å kombineres med oksygen fra luften du puster inn for til slutt å danne vann.

Denne prosessen driver protoner over mitokondriemembranen, og lader opp ATP (adenosintrifosfat) fra ADP (adenosindifosfat). ATP transporterer energi gjennom hele kroppen

Men denne prosessen produserer biprodukter som reaktive oksygenarter (ROS), som skader celler og mitokondrie-DNA, og deretter overføre dem til DNA-et til kjernen.

Dermed oppstår et kompromiss. Ved å produsere energi, kroppen blir gammel på grunn av de destruktive sidene ved ROS som oppstår i prosessen. Hastigheten kroppen eldes med avhenger i stor grad av hvor godt mitokondriene fungerer og hvor mye skade som kan kompenseres for ved å optimalisere kostholdet.

Rollen til mitokondrier i kreft

Når kreftceller vises, sender reaktive oksygenarter produsert som et biprodukt av ATP-produksjon et signal som utløser prosessen med selvmord, også kjent som apoptose.

Siden det dannes kreftceller hver dag, er dette en god ting. Ved å drepe skadede celler, blir kroppen kvitt dem og erstatter dem med friske.

Kreftceller er imidlertid motstandsdyktige mot denne selvmordsprotokollen – de har innebygde forsvar mot den, som forklart av Dr. Warburg og senere av Thomas Seyfried, som har forsket dypt på kreft som en metabolsk sykdom.

Som Patrick forklarer:

"En av virkningsmekanismene til kjemoterapimedisiner er dannelsen av reaktive oksygenarter. De skaper skade, og dette er nok til å presse kreftcellen mot døden.

Jeg tror grunnen til dette er at en kreftcelle som ikke bruker mitokondriene sine, det vil si ikke lenger produserer reaktive oksygenarter, og plutselig tvinger du den til å bruke mitokondrier, og du får en bølge av reaktive oksygenarter (tross alt, det er det mitokondrier gjør), og - bom, død, fordi kreftcellen allerede er klar for denne døden. Hun er klar til å dø."

Hvorfor er det godt å ikke spise om kvelden?

Jeg har vært tilhenger av periodisk faste i en stund nå av en rekke årsaker, selvfølgelig lang levetid og helsemessige bekymringer, men også fordi det ser ut til å gi kraftige kreftforebyggings- og behandlingsfordeler. Og mekanismen for dette er knyttet til effekten faste har på mitokondrier.

Som nevnt er en viktig bieffekt av elektronoverføringen som mitokondrier engasjerer seg i at noen lekker ut av elektrontransportkjeden og reagerer med oksygen for å danne frie superoksidradikaler.

Superoksidanion (resultatet av å redusere oksygen med ett elektron), er en forløper til de fleste reaktive oksygenarter og en mediator av oksidative kjedereaksjoner. Frie oksygenradikaler angriper lipider i cellemembraner, proteinreseptorer, enzymer og DNA, som kan drepe mitokondrier for tidlig.

Noen frie radikaler er faktisk til og med fordelaktige, nødvendige for at kroppen skal kunne regulere cellulære funksjoner, men det oppstår problemer med overdreven dannelse av frie radikaler. Dessverre er det derfor majoriteten av befolkningen utvikler de fleste sykdommer, spesielt kreft. Det er to måter å løse dette problemet på:

Øk antioksidanter
Reduser produksjonen av mitokondrielle frie radikaler

Etter min mening er en av de mest effektive strategiene for å redusere mitokondrielle frie radikaler å begrense mengden drivstoff du putter inn i kroppen din. Dette er slett ikke kontroversielt, ettersom kalorirestriksjon konsekvent har vist mange terapeutiske fordeler. Dette er en av grunnene til at periodisk faste er effektiv fordi den begrenser tidsperioden maten inntas, noe som automatisk reduserer mengden kalorier som forbrukes.

Dette er spesielt effektivt hvis du ikke spiser noen timer før sengetid fordi dette er din metabolsk laveste tilstand.

Dette kan virke altfor komplisert for ikke-eksperter, men en ting å forstå er at siden kroppen bruker færrest kalorier under søvn, bør du unngå å spise før sengetid, fordi overflødig drivstoff på dette tidspunktet vil føre til dannelse av overflødige mengder frie radikaler som ødelegger vev.akselererer aldring og bidrar til forekomsten av kroniske sykdommer.

Hvordan ellers hjelper faste sunn mitokondriefunksjon?

Patrick bemerker også at en del av mekanismen bak effektiviteten av faste er at kroppen blir tvunget til å hente energi fra lipider og fettlagre, noe som betyr at cellene blir tvunget til å bruke mitokondriene sine.

Mitokondrier er den eneste mekanismen som kroppen kan lage energi fra fett. Dermed hjelper faste med å aktivere mitokondrier.

Hun mener også at det spiller en stor rolle i mekanismen som intermitterende faste og det ketogene kostholdet dreper kreftceller med, og forklarer hvorfor noen mitokondrieaktiverende medisiner kan drepe kreftceller. Igjen, dette er fordi det produseres en bølge av reaktive oksygenarter, hvor skaden avgjør utfallet av saken, og forårsaker døden til kreftceller.

Ernæring av mitokondrier

Fra et ernæringsmessig perspektiv legger Patrick vekt på følgende næringsstoffer og viktige kofaktorer som er nødvendige for riktig funksjon av mitokondrielle enzymer:

Koenzym Q10 eller ubiquinol (redusert form)
L-karnitin, som transporterer fettsyrer inn i mitokondriene
D-ribose, som er råstoffet for ATP-molekyler
Magnesium
Alle B-vitaminer, inkludert riboflavin, tiamin og B6
Alpha Lipoic Acid (ALA)

Som Patrick bemerker:

"Jeg foretrekker å få så mange mikronæringsstoffer som mulig fra hele matvarer av en rekke årsaker. For det første danner de et kompleks med fibre, noe som letter deres absorpsjon.

I tillegg er i dette tilfellet deres riktige forhold sikret. Du vil ikke kunne få dem i overflod. Forholdet er akkurat det du trenger. Det er andre komponenter som sannsynligvis ennå ikke er bestemt.

Du må være veldig på vakt for å sørge for at du spiser et bredt spekter av [mat] og får i deg de riktige mikronæringsstoffene. Jeg tror det er nyttig å ta et B-komplekstilskudd av denne grunn.

Av denne grunn aksepterer jeg dem. En annen grunn er at når vi blir eldre, absorberer vi ikke lenger B-vitaminer like lett, hovedsakelig på grunn av den økende stivheten til cellemembranene. Dette endrer måten B-vitaminer transporteres inn i cellen. De er vannløselige, så de lagres ikke i fett. Det er umulig å bli forgiftet av dem. I ekstreme tilfeller vil du tisse litt mer. Men jeg er sikker på at de er veldig nyttige."

Trening kan bidra til å holde mitokondriene unge

Trening fremmer også mitokondriell helse fordi det får mitokondriene til å fungere. Som nevnt tidligere er en av bivirkningene av økt mitokondriell aktivitet dannelsen av reaktive oksygenarter, som fungerer som signalmolekyler.

En av funksjonene de signaliserer er dannelsen av flere mitokondrier. Så når du trener, reagerer kroppen ved å lage flere mitokondrier for å møte økte energibehov.

Aldring er uunngåelig. Men din biologiske alder kan være veldig forskjellig fra din kronologiske alder, og mitokondrier har mye til felles med biologisk aldring. Patrick siterer nyere forskning som viser hvordan mennesker kan eldes biologisk Veldig i forskjellige tempo.

Forskerne målte mer enn et dusin forskjellige biomarkører, som telomerlengde, DNA-skader, LDL-kolesterol, glukosemetabolisme og insulinfølsomhet, på tre punkter i folks liv: 22, 32 og 38 år.

"Vi fant at noen på 38 år biologisk sett kunne se 10 år yngre eller eldre ut, basert på biologiske markører. Til tross for samme alder skjer biologisk aldring med helt forskjellige hastigheter.

Interessant nok, når disse menneskene ble fotografert og fotografiene deres ble vist til forbipasserende og bedt om å gjette den kronologiske alderen til de avbildede personene, gjettet folk den biologiske alderen, ikke den kronologiske alderen.»

Så, uavhengig av din faktiske alder, tilsvarer hvor gammel du ser ut de biologiske biomarkørene dine, som i stor grad bestemmes av mitokondriell helse. Så selv om aldring ikke kan unngås, har du mye kontroll over hvordan du eldes, og det er mye kraft. Og en av nøkkelfaktorene er å holde mitokondriene i god stand.

I følge Patrick er "ungdom" ikke så mye kronologisk alder, men hvor gammel du føler deg og hvor godt kroppen din fungerer:

"Jeg vil vite hvordan jeg kan optimalisere min mentale ytelse og min atletiske ytelse. Jeg ønsker å forlenge ungdommen min. Jeg vil leve til jeg blir 90. Og når jeg gjør det, vil jeg surfe i San Diego på samme måte som jeg gjorde i 20-årene. Jeg skulle ønske jeg ikke bleknet like raskt som noen mennesker. Jeg liker å utsette denne nedgangen og forlenge ungdommen min så lenge som mulig, slik at jeg kan nyte livet så mye som mulig.»

Struktur. Overflateapparatet til mitokondrier består av to membraner - ytre og indre. Ytre membran glatt, det skiller mitokondriene fra hyaloplasmaet. Under den er en foldet indre membran, hvilke former Christie(rygger). På begge sider av cristae, små soppformede kropper kalt oksysomer, eller ATP-somami. De inneholder enzymer involvert i oksidativ fosforylering (tilsetning av fosfatrester til ADP for å danne ATP). Antall cristae i mitokondrier er relatert til energibehovet til cellen; spesielt i muskelceller inneholder mitokondrier et veldig stort antall cristae. Med økt cellefunksjon blir mitokondriene mer ovale eller forlengede, og antallet cristae øker.

Mitokondrier har sitt eget genom, deres 70S-type ribosomer skiller seg fra ribosomer i cytoplasmaet. Mitokondrielt DNA har hovedsakelig en syklisk form (plasmider), koder for alle tre typene av sitt eget RNA og gir informasjon for syntesen av enkelte mitokondrielle proteiner (ca. 9%). Så mitokondrier kan betraktes som semi-autonome organeller. Mitokondrier er selvreplikerende (i stand til reproduksjon) organeller. Mitokondriell fornyelse skjer gjennom hele cellesyklusen. For eksempel, i leverceller erstattes de av nye etter nesten 10 dager. Den mest sannsynlige måten å reprodusere mitokondrier på anses å være deres inndeling: en innsnevring vises i midten av mitokondriene eller en skillevegg dukker opp, hvoretter organellene deler seg i to nye mitokondrier. Mitokondrier er dannet med promitokondrier - runde kropper med en diameter på opptil 50 nm med en dobbel membran.

Funksjoner . Mitokondrier er involvert i energiprosessene i cellen; de inneholder enzymer assosiert med energiproduksjon og cellulær respirasjon. Med andre ord er mitokondriet en slags biokjemisk minifabrikk som omdanner energien til organiske forbindelser til den påførte energien til ATP. I mitokondrier starter energiprosessen i matrisen, hvor nedbrytningen av pyrodruesyre skjer i Krebs-syklusen. Under denne prosessen frigjøres og transporteres hydrogenatomer av respirasjonskjeden. Energien som frigjøres i dette tilfellet brukes i flere deler av respirasjonskjeden for å utføre fosforyleringsreaksjonen - syntesen av ATP, det vil si tilsetning av en fosfatgruppe til ADP. Dette skjer på den indre membranen av mitokondrier. Så, energifunksjon mitokondrier integreres med: a) oksidasjonen av organiske forbindelser som skjer i matrisen, på grunn av hvilke mitokondrier kalles respirasjonssenter av celler b) ATP-syntese utføres på cristae, på grunn av hvilke mitokondrier kalles energistasjoner av celler. I tillegg deltar mitokondrier i reguleringen av vannmetabolismen, avsetningen av kalsiumioner, produksjonen av steroidhormonforløpere, metabolisme (for eksempel inneholder mitokondrier i leverceller enzymer som lar dem nøytralisere ammoniakk) og andre.

BIOLOGI + Mitokondrielle sykdommer er en gruppe arvelige sykdommer assosiert med mitokondrielle defekter som fører til nedsatt celleånding. De overføres gjennom kvinnelinjen til barn av begge kjønn, siden egget har et større volum av cytoplasma og følgelig overfører et større antall mitokondrier til sine etterkommere. Mitokondrielt DNA, i motsetning til kjernefysisk DNA, er ikke beskyttet av histonproteiner, og reparasjonsmekanismene som er arvet fra forfedres bakterier er ufullkomne. Derfor akkumuleres mutasjoner i mitokondrielt DNA 10-20 ganger raskere enn i kjernefysisk DNA, noe som fører til mitokondrielle sykdommer. I moderne medisin er det nå kjent rundt 50 av dem, for eksempel kronisk utmattelsessyndrom, migrene, Barth syndrom, Pearson syndrom og mange andre.

OM KOMPLEKSET PÅ ENKELT SPRÅK.

Dette emnet er komplekst og komplekst, og påvirker umiddelbart et stort antall biokjemiske prosesser som skjer i kroppen vår. Men la oss fortsatt prøve å finne ut hva mitokondrier er og hvordan de fungerer.

Og så, mitokondrier er en av de viktigste komponentene i en levende celle. Enkelt sagt kan vi si at dette er energistasjonen til cellen. Deres aktivitet er basert på oksidasjon av organiske forbindelser og generering av elektrisk potensial (energi frigjort under nedbrytningen av ATP-molekylet) for å bevirke muskelkontraksjon.

Vi vet alle at arbeidet til kroppen vår skjer i strengt samsvar med termodynamikkens første lov. Energi er ikke skapt i kroppen vår, men bare transformert. Kroppen velger kun formen for energitransformasjon, uten å produsere den, fra kjemisk til mekanisk og termisk. Hovedkilden til all energi på planeten Jorden er solen. Når den kommer til oss i form av lys, absorberes energien av klorofyllet til planter, hvor den eksiterer elektronet til hydrogenatomet og dermed gir energi til levende materie.

Vi skylder livet vårt til energien til et lite elektron.

Arbeidet til mitokondriet består av en trinnvis overføring av hydrogenelektronenergi mellom metallatomer som er tilstede i grupper av proteinkomplekser i respirasjonskjeden (elektrontransportkjeden av proteiner), der hvert påfølgende kompleks har en høyere affinitet for elektronet, og tiltrekker det enn den forrige, til elektronet ikke skal kombineres med molekylært oksygen, som har den høyeste elektronaffiniteten.

Hver gang et elektron overføres langs en krets, frigjøres energi som akkumuleres i form av en elektrokjemisk gradient og deretter realiseres i form av muskelsammentrekning og varmeutvikling.

Serien av oksidative prosesser i mitokondriet som gjør at energipotensialet til et elektron kan overføres kalles "intracellulær respirasjon" eller ofte "respirasjonskjeden", siden elektronet føres langs kjeden fra atom til atom til det når sin endelige destinasjon, et oksygenatom.

Mitokondrier trenger oksygen for å overføre energi gjennom oksidasjonsprosessen.

Mitokondrier forbruker opptil 80 % av oksygenet vi inhalerer.

Mitokondrier er en permanent cellestruktur som ligger i cytoplasmaet. Størrelsen på et mitokondrie er vanligvis mellom 0,5 og 1 µm i diameter. Den har en granulær struktur i form og kan oppta opptil 20 % av cellevolumet. Denne permanente organiske strukturen til en celle kalles en organell. Organeller inkluderer også myofibriller - muskelcellens kontraktile enheter; og cellekjernen er også en organell. Generelt er enhver permanent cellestruktur en organell.

Mitokondrier ble oppdaget og først beskrevet av den tyske anatomen og histologen Richard Altmann i 1894, og navnet på denne organellen ble gitt av en annen tysk histolog K. Bend i 1897. Men først i 1920, igjen, beviste den tyske biokjemikeren Otto Wagburg at prosessene med cellulær respirasjon er assosiert med mitokondrier.

Det er en teori om at mitokondrier dukket opp som et resultat av fangst av primitive celler, celler som selv ikke kunne bruke oksygen til å generere energi, av protogenote-bakterier som kunne gjøre dette. Nettopp fordi mitokondriet tidligere var en separat levende organisme, har den fortsatt sitt eget DNA.

Mitokondrier representerte tidligere en uavhengig levende organisme.

Under evolusjonen overførte progenote mange av genene deres til den dannede kjernen, takket være økt energieffektivitet, og sluttet å være uavhengige organismer. Mitokondrier finnes i alle celler. Selv sædcellene har mitokondrier.

Det er takket være dem at halen av sædcellene settes i bevegelse, som utfører sin bevegelse. Men det er spesielt mange mitokondrier på de stedene hvor energi er nødvendig for alle livsprosesser. Og dette er selvfølgelig først og fremst muskelceller.

I muskelceller kan mitokondrier kombineres til grupper av gigantiske forgrenede mitokondrier koblet til hverandre gjennom intermitokondrielle kontakter, der de skaper et koordinert fungerende samarbeidssystem. Rommet i en slik sone har økt elektrontetthet. Nye mitokondrier dannes ved enkel deling av tidligere organeller. Den mest "enkle" energiforsyningsmekanismen som er tilgjengelig for alle celler, kalles oftest det generelle konseptet glykolyse.

Dette er prosessen med sekvensiell dekomponering av glukose til pyrodruesyre. Hvis denne prosessen skjer uten deltakelse av molekylært oksygen eller med utilstrekkelig tilstedeværelse, kalles det anaerob glykolyse. I dette tilfellet brytes glukose ikke ned til sluttprodukter, men til melkesyre og pyrodruesyre, som deretter gjennomgår ytterligere transformasjoner under fermenteringen. Derfor er den frigjorte energien mindre, men hastigheten på energiproduksjonen er raskere. Som et resultat av anaerob glykolyse mottar cellen fra ett molekyl glukose 2 molekyler ATP og 2 molekyler melkesyre. Denne "grunnleggende" energiprosessen kan forekomme inne i enhver celle uten deltakelse av mitokondrier.

I nærvær av molekylært oksygen oppstår aerob glykolyse i mitokondriene som en del av "åndedrettskjeden". Pyrodruesyre under aerobe forhold er involvert i trikarboksylsyresyklusen eller Krebs-syklusen. Som et resultat av denne flertrinnsprosessen dannes 36 ATP-molekyler fra ett glukosemolekyl. En sammenligning av energibalansen til en celle med utviklede mitokondrier og celler hvor de ikke er utviklet viser (med tilstrekkelig mengde oksygen) en forskjell i fullstendigheten av bruken av glukoseenergi inne i cellen med nesten 20 ganger!

Hos mennesker kan skjelettmuskelfibre deles inn i tre typer basert på mekaniske og metabolske egenskaper: - sakte oksidativt; - rask glykolytisk; - rask oksidativ-glykolytisk.

Raske muskelfibre er designet for å utføre raskt og hardt arbeid. For å redusere dem bruker de hovedsakelig raske energikilder, nemlig kriatinfosfat og anaerob glykolyse. Mitokondrieinnholdet i disse fibertypene er betydelig mindre enn i langsomme muskelfibre.

Slow-twitch muskelfibre utfører langsomme sammentrekninger, men er i stand til å jobbe lenge. De bruker aerob glykolyse og energisyntese fra fett som energi. Dette gir mye mer energi enn anaerob glykolyse, men krever mer tid i retur, siden kjeden av glukosedegradering er mer kompleks og krever tilstedeværelse av oksygen, som transporten til stedet for energiomdannelse også tar tid. Langsomme muskelfibre kalles røde på grunn av myoglobin, et protein som er ansvarlig for å levere oksygen til fiberen. Slow-twitch muskelfibre inneholder et betydelig antall mitokondrier.

Spørsmålet oppstår: hvordan og ved hjelp av hvilke øvelser kan et forgrenet nettverk av mitokondrier utvikles i muskelceller? Det er ulike teorier og treningsmetoder og om dem i materialet på lenken.

Karakteristikker, rolle og struktur til mitokondrier

Funksjoner av mitokondrier som organeller av aerobe eukaryote celler - syntese av ATP-molekyler(adenosintrifosfat) fra ADP. Siden ATP er en universell energikilde for alle prosesser i cellen som involverer energiforbruk, sier de at mitokondrier utfører funksjon av energiforsyning, eller energiproduksjon.

Mellomprodukter av oksidasjon av organiske stoffer, oksygen, ADP og fosforsyre, kommer inn i mitokondriene fra cytoplasmaet. Karbondioksid, vann og ATP-molekyler frigjøres tilbake.

ATP-molekyler dannes ikke bare i mitokondrier. En liten mengde av dem syntetiseres i cytoplasmaet under prosessen med glykolyse, som observeres i alle levende celler. Som et resultat av glykolyse spaltes et glukosemolekyl til to pyruvatmolekyler. I aerobe prokaryoter oksideres det ytterligere i nærvær av oksygen ved invaginasjoner av den cytoplasmatiske membranen. Hos eukaryoter kommer pyruvat inn i mitokondriene.

Her donerer pyruvat sin acetylgruppe, som inneholder to karbonatomer, til koenzym A. I dette tilfellet frigjøres det første CO2-molekylet. Koenzym A omdannes til acetyl-koenzym-A (acetyl-CoA).

Acetyl-CoA oppnås ikke bare fra pyruvat, men også fra fettsyrer og aminosyrer. Så det spiller ingen rolle hva slags opprinnelig organisk materiale som vil bli "brent" i mitokondriene for å produsere energi. Deres funksjon er i alle fall universell.

I mitokondriematrisen kommer acetyl-CoA inn Krebs syklus, eller trikarboksylsyresyklusen, hvor acetylgruppen oksideres og dekomponeres til ytterligere to CO2-molekyler. Dens hydrogenatomer slutter seg til koenzymene NAD+ og FAD+, og danner deres reduserte former - NAD H + H+ og FAD H + H+. Det er deres påfølgende oksidasjon som vil føre til syntese av ATP.

Selv om oksygen ikke brukes i Krebs-syklusen, slutter mitokondriene i fravær å utføre sin funksjon allerede på dette stadiet, ettersom reaksjonsprodukter akkumuleres.

Ved krystallene til mitokondriene separeres elektroner og hydrogenprotoner. Elektroner fra NAD og FAD overføres over membranen gjennom en kjede av enzymer og koenzymer som kalles respirasjonskjede. I begynnelsen av reisen overføres protoner til intermembranrommet, til utsiden av cristae.

Elektronene blir til slutt overført til oksygenmolekylet, som blir et negativt ladet ion. Et elektrisk potensial skapes mellom ytre og indre sider av cristae, siden den ene er positivt ladet og den andre negativt. Når en kritisk verdi er nådd, skynder H+ gjennom kanalene til ATP-syntetaser og andre enzymer til innsiden, hvor de kombineres med O2- for å danne vann.

ATP-syntetase er et enzym som syntetiserer ATP. I mitokondrier er den innebygd i cristae-membranen og bruker energien til å translokere protoner for å fosforylere ADP.

Krebs-syklusen og respirasjonskjeden er komplekse flertrinnsprosesser levert av en rekke enzymer og koenzymer. Hver av dem krever separat vurdering. Generelt er funksjonene til mitokondrier redusert til syntese av acetyl-CoA, bruk av hydrogenatomer i acetylgruppen for å gjenopprette NAD og FAD, separat overføring av elektroner og protoner av hydrogen til oksygen, og bruk av energien til den elektrokjemiske gradienten til protoner for syntese av ATP.

Relaterte artikler: Struktur av mitokondrier, stadier av energimetabolisme

Mitokondrier- Dette dobbel membran organell eukaryot celle, hvis hovedfunksjon er ATP syntese– en energikilde for cellens levetid.

Antall mitokondrier i celler er ikke konstant, i gjennomsnitt fra flere enheter til flere tusen. Der synteseprosessene er intense, er det flere av dem. Størrelsen på mitokondrier og deres form varierer også (rund, langstrakt, spiralformet, koppformet, etc.). Oftere har de en rund, langstrakt form, opptil 1 mikrometer i diameter og opptil 10 mikron i lengde. De kan bevege seg i cellen med strømmen av cytoplasma eller forbli i en posisjon. De flytter til steder der energiproduksjon er mest nødvendig.

I følge symbiogenese-hypotesen mitokondrier stammet fra aerobe bakterier som invaderte en annen prokaryot celle. Disse bakteriene begynte å forsyne cellen med ytterligere ATP-molekyler og motta næringsstoffer fra den. I løpet av evolusjonsprosessen mistet de sin autonomi, overførte noen av genene sine til kjernen og ble dermed en cellulær organell.

I celler oppstår nye mitokondrier hovedsakelig ved å dele tidligere eksisterende, det vil si at de ikke syntetiseres på nytt, noe som ligner reproduksjonsprosessen og taler til fordel for symbiogenese.

Struktur og funksjoner til mitokondrier

Mitokondrier består av

to membraner - ekstern og intern,

intermembranrom,

internt innhold - matrise,

Krist, som er utvekster inn i matrisen til den indre membranen,

eget proteinsyntesesystem: DNA, ribosomer, RNA,

proteiner og deres komplekser, inkludert et stort antall enzymer og koenzymer,

andre molekyler og granuler av ulike stoffer som finnes i matrisen.

De ytre og indre membranene utfører forskjellige funksjoner, så deres kjemiske sammensetning er forskjellig. Avstanden mellom membranene er opptil 10 nm. Den ytre membranen til mitokondriene ligner i strukturen på plasmalemmaet som omgir cellen og utfører først og fremst en barrierefunksjon, som skiller innholdet i organellen fra cytoplasmaet. Små molekyler trenger gjennom den, transporten av store er selektiv. Noen steder er den ytre membranen koblet til ER, hvis kanaler åpner inn i mitokondriet.

Enzymer er lokalisert på den indre membranen, hovedsakelig i dens utvekster - cristae, og danner multienzymatiske systemer. Derfor er den kjemiske sammensetningen her dominert av proteiner i stedet for lipider. Antall cristae varierer avhengig av intensiteten til prosessene. Så det er mange av dem i muskelmitokondrier.

Noen steder er den ytre og indre membranen forbundet med hverandre.

Mitokondrier, som kloroplaster, har sitt eget proteinsyntetiseringssystem - DNA, RNA og ribosomer. Det genetiske apparatet er et ringmolekyl - en nukleoid, som i bakterier. Ribosomene til plantemitokondrier ligner på bakterielle; hos dyr er mitokondrielle ribosomer mindre ikke bare enn cytoplasmatiske, men også bakterielle. Noen av de nødvendige proteinene syntetiseres av mitokondrier selv, mens den andre delen er hentet fra cytoplasmaet, siden disse proteinene er kodet av kjernefysiske gener.

Hovedfunksjonen til mitokondrier er å forsyne cellen med energi, som utvinnes fra organiske forbindelser gjennom en rekke enzymatiske reaksjoner og lagres i ATP. Noen reaksjoner involverer oksygen, mens andre frigjør karbondioksid. Reaksjoner skjer både i matrisen (Krebs-syklus) og på cristae (oksidativ fosforylering).

Det bør huskes at i celler syntetiseres ATP ikke bare i mitokondrier, men også i cytoplasmaet under glykolyse. Effektiviteten til disse reaksjonene er imidlertid lav. Det særegne ved funksjonen til mitokondrier er at ikke bare oksygenfrie oksidasjonsreaksjoner forekommer i dem, men også oksygenstadiet i energimetabolismen.

Med andre ord, funksjonen til mitokondrier er å delta aktivt i cellulær respirasjon, som inkluderer mange reaksjoner med oksidasjon av organiske stoffer, overføring av hydrogenprotoner og elektroner, frigjøring av energi som er akkumulert i ATP.

Mitokondrielle enzymer

Enzymer translokaser Den indre membranen av mitokondrier utfører aktiv transport av ADP og ATP.

I strukturen til cristae skilles elementærpartikler, bestående av et hode, en stilk og en base. På hoder som består av enzym ATPaser, ATP-syntese forekommer. ATPase sikrer koblingen av ADP-fosforylering med reaksjoner i respirasjonskjeden.

Komponenter i respirasjonskjeden er plassert ved bunnen av elementærpartikler i tykkelsen av membranen.

Matrisen inneholder det meste av Krebs syklus enzymer og fettsyreoksidasjon.

Som et resultat av aktiviteten til den elektriske transportrespirasjonskjeden kommer hydrogenioner inn i den fra matrisen og frigjøres på utsiden av den indre membranen. Dette utføres av visse membranenzymer.

Mitokondrier

Forskjellen i konsentrasjonen av hydrogenioner på forskjellige sider av membranen resulterer i en pH-gradient.

Energien for å opprettholde gradienten tilføres ved overføring av elektroner langs respirasjonskjeden. Ellers ville hydrogenioner diffundere tilbake.

Energien fra pH-gradienten brukes til å syntetisere ATP fra ADP:

ADP + P = ATP + H2O (reaksjonen er reversibel)

Det resulterende vannet fjernes enzymatisk. Dette, sammen med andre faktorer, letter reaksjonen fra venstre til høyre.

Mitokondrier

Plastider og mitokondrier i en plantecelle: struktur, funksjoner, strukturelle trekk i forbindelse med biologiske funksjoner.

Mitokondrier av en plantecelle. Deres struktur og funksjoner

Skjema− runde eller hantelformede kropper.

Dimensjoner− lengde 1-5 mikron, diameter 0,4-0,5 mikron.

Antall per bur- fra tiere til 5000.

Struktur. De består hovedsakelig av protein (60-65%) og lipider (30%). Dette er dobbeltmembranorganeller. Tykkelsen på de ytre og indre membranene er 5-6 nm hver. Perimitokondrierommet (rommet mellom membranene) er fylt med væske som serum. Den indre membranen danner folder i forskjellige former − cristas. På den indre overflaten av den indre membranen er det soppformede partikler - oksisomer som inneholder oksidative enzymer. Internt innhold av mitokondrier − matrise. Matrisen inneholder ribosomer og mitokondrielt DNA (0,5%), som har en ringstruktur og er ansvarlig for syntesen av mitokondrielle proteiner. Mitokondrier har alle typer RNA (1%), deler seg uavhengig av nukleær deling, og i cellen dannes fra eksisterende mitokondrier ved fisjon eller knoppskyting. Halveringstiden for mitokondrier er 5-10 dager.

Funksjoner. Mitokondrier er sentrene for energiaktiviteten til cellene. Aerob respirasjon og oksidativt fosforelasjonssystemer fungerer i mitokondrier. Komponentene i elektrontransportkjeden og ATP-syntetasekomplekser, som utfører transport av elektroner og protoner og syntese av ATP, er lokalisert i mitokondrienes indre membran. Matrisen inneholder systemer for oksidasjon av di- og trikarboksylsyrer, en rekke systemer for syntese av lipider, aminosyrer m.m.

Mitokondrier er i stand til å flytte til steder med økt energiforbruk. De kan assosieres med hverandre ved nærhet eller ved hjelp av ledninger. Under anaerob respirasjon forsvinner mitokondrier.

Mitokondrier ha en rund og avlang form med en diameter på 0,4–0,5 μm og en lengde på 1–5 μm (fig. 1.3).

Antall mitokondrier varierer fra noen få til 1500–2000 per plantecelle.

Mitokondrier er avgrenset av to membraner: ytre og indre, tykkelsen på hver av dem er 5–6 nm. Den ytre membranen virker strukket, og den indre danner folder som kalles rygger (cristae) av forskjellige former. Rommet mellom membranene, som også inkluderer det indre rommet til cristae, kalles det intermembrane (perimitokondrielle) rommet. Det fungerer som et medium for den indre membranen og matrisen til mitokondrier.

Mitokondrier inneholder vanligvis 65–70 % protein, 25–30 % lipider og små mengder nukleinsyrer. Fosfolipider (fosfatidylkolin og fosfatidyletanolamin) står for 70 % av det totale lipidinnholdet. Fettsyresammensetningen er preget av et høyt innhold av mettede fettsyrer, som sikrer membranens "stivhet".

Systemene for aerob respirasjon og oksidativ fosforylering er lokalisert i mitokondrier. Som et resultat av respirasjon brytes organiske molekyler ned og energi frigjøres og overføres til ATP-molekylet.

Mitokondrier inneholder proteiner, RNA, DNA-tråder, ribosomer som ligner på bakterielle, og forskjellige oppløste stoffer. DNA eksisterer i form av sirkulære molekyler lokalisert i ett eller flere nukleotider.

plastider, sammen med vakuoler og cellemembranen er de karakteristiske komponenter i planteceller. Hver plastid er omgitt av sitt eget skall, bestående av to elementære membraner. Inne i plastider skilles det mellom et membransystem og et mer eller mindre homogent stoff, stroma. Den indre strukturen til kloroplasten er ganske kompleks. Stromaet er gjennomsyret av et utviklet system av membraner i form av flate vesikler kalt thylakoider Thylakoider samles i stabler - grana, som ligner søyler av mynter.

Kloroplaster, der fotosyntesen skjer, inneholder klorofyll og karotenoider. Størrelse – 4–5 mikron. Én mesofyllcelle av et blad kan inneholde 40–50 kloroplaster, og ca 500 000 per mm2 blad I cytoplasma er kloroplaster vanligvis plassert parallelt med celleveggen.

Klorofyller og karotenoider er innebygd i tylakoidmembraner. Kloroplastene til grønne planter og alger inneholder ofte stivelseskorn og små lipid (fett) dråper. Stivelseskorn er midlertidige lagringsanlegg for fotosynteseprodukter. De kan forsvinne fra kloroplaster som holdes i mørke i bare 24 timer og dukke opp igjen innen 3–4 timer etter at plantene er overført til lyset.

I isolerte kloroplaster skjer RNA-syntese, som vanligvis kun kontrolleres av kromosomalt DNA. Dannelsen av kloroplaster og syntesen av pigmentene i dem styres i stor grad av kromosomalt DNA, som samhandler med kloroplastenes DNA på en dårlig forstått måte. Men i fravær av deres eget DNA, dannes ikke kloroplaster.

23. Ultrastruktur av mitokondrier, funksjoner

De deltar i syntesen av aminosyrer og fettsyrer og fungerer som et lagringsanlegg for midlertidige stivelsesreserver.

Kromoplaster(fra gresk chroma - farge) - pigmenterte plastider. Kromoplaster, varierte i form, inneholder ikke klorofyll, men syntetiserer og akkumulerer karotenoider, som gir gule, oransje og andre farger. Gulrotrøtter og tomatfrukter er farget av pigmenter som finnes i kromoplaster.

Leukoplaster er et sted for akkumulering av et reservestoff - stivelse. Det er spesielt mange leukoplaster i cellene til potetknoller. I lyset kan leukoplaster forvandles til kloroplaster (potetknoller blir grønne). Om høsten forvandles kloroplastene til kromoplaster og grønne blader, og fruktene blir gule og røde.

Ytre membran
Indre membran
Matrise m-na, matrise, cristas. den har glatte konturer og danner ikke fordypninger eller folder. Det utgjør omtrent 7% av arealet av alle cellemembraner. Tykkelsen er omtrent 7 nm, den er ikke koblet til noen andre membraner i cytoplasmaet og er lukket på seg selv, slik at den er en membransekk. Skiller den ytre membranen fra den indre intermembranrom ca 10-20 nm bred. Den indre membranen (ca. 7 nm tykk) begrenser det faktiske indre innholdet i mitokondriet,
dens matrise eller mitoplasma. Et karakteristisk trekk ved den indre membranen til mitokondriene er deres evne til å danne mange invaginasjoner inn i mitokondriene. Slike invaginasjoner har oftest form av flate rygger, eller cristae. Avstanden mellom membranene i crista er ca. 10-20 nm. Ofte kan cristae forgrene seg eller danne fingerlignende prosesser, bøye seg og ikke ha noen klar orientering. Hos de enkleste encellede algene, og i enkelte celler av høyere planter og dyr, har utvekstene av den indre membranen form av rør (tubular cristae).
Mitokondriematrisen har en finkornet homogen struktur; tynne filamenter samlet i en kule (ca. 2-3 nm) og granuler rundt 15-20 nm blir noen ganger oppdaget i den. Det har nå blitt kjent at filamentene til mitokondriematrisen er DNA-molekyler i mitokondriell nukleoid, og de små granulene er mitokondrielle ribosomer.

Funksjoner av mitokondrier

1. ATP-syntese skjer i mitokondrier (se Oksidativ fosforylering)

PH i intermembranrommet ~4, pH i matrisen ~8 | proteininnhold i m: 67 % - matrise, 21 % - ytre m-på, 6 % - indre m-på og 6 % - i interstitiell masse
Handrioma– enhetlig mitokondrielt system
ekstern m-na: poriner-porer tillater passasje på opptil 5 kD | intern m-na: kardiolipin - gjør m-n ugjennomtrengelig for ioner |
intermitterende produksjon: grupper av enzymer fosforylerer nukleotider og sukkerarter av nukleotider
intern m-na:
matrise: metabolske enzymer - lipidoksidasjon, karbohydratoksidasjon, trikarboksylsyresyklus, Krebs-syklus
Opprinnelse fra bakterier: amøben Pelomyxa palustris inneholder ingen eukaryoter, lever i symbiose med aerobe bakterier | eget DNA | prosesser som ligner på bakterier

Mitokondrielt DNA

Myokondriell deling

replikert
i interfase | replikering er ikke assosiert med S-fase | i løpet av CL-syklusen deler mitokene seg en gang i to, og danner en innsnevring, innsnevringen først på innsiden | ~16,5 kb | sirkulær, koder for 2 rRNA, 22 tRNA og 13 proteiner |
proteintransport: signalpeptid | amfifil krøll | mitokondriell gjenkjenningsreseptor |
Oksidativ fosforylering
Elektrontransportkjede
ATP-syntase
i levercellen, m levende ~20 dager, deling av mitokondrier gjennom dannelse av en innsnevring

16569 bp = 13 proteiner, 22 tRNA, 2 pRNA | glatt ytre membran (poriner - proteinpermeabilitet opp til 10 kDa) foldet indre membran (cristae) matrise (75% proteiner: transportbærerproteiner, proteiner, komponenter i respirasjonskjeden og ATP-syntase, kardiolipin) matrise (anriket med stoffer fra sitraten) syklus) intermitterende produksjon