RRETH KOMPLEKSIT NË GJUHË TË THJESHTË.
Kjo temë është komplekse dhe komplekse, duke prekur menjëherë një numër të madh të proceseve biokimike që ndodhin në trupin tonë. Por le të përpiqemi të kuptojmë se çfarë janë mitokondritë dhe si funksionojnë ato.
Dhe kështu, mitokondritë janë një nga komponentët më të rëndësishëm të një qelize të gjallë. Me fjalë të thjeshta, mund të themi se kjo është stacioni energjetik i qelizës. Aktiviteti i tyre bazohet në oksidimin e përbërjeve organike dhe gjenerimin e potencialit elektrik (energjia e çliruar gjatë zbërthimit të molekulës ATP) për të realizuar tkurrjen e muskujve.
Të gjithë e dimë se puna e trupit tonë ndodh në përputhje të plotë me ligjin e parë të termodinamikës. Energjia nuk krijohet në trupin tonë, por vetëm transformohet. Trupi zgjedh vetëm formën e transformimit të energjisë, pa e prodhuar atë, nga kimike në mekanike dhe termike. Burimi kryesor i të gjithë energjisë në planetin Tokë është Dielli. Duke ardhur tek ne në formën e dritës, energjia përthithet nga klorofili i bimëve, ku ngacmon elektronin e atomit të hidrogjenit dhe kështu i jep energji materies së gjallë.
Ne ia detyrojmë jetën tonë energjisë së një elektroni të vogël.
Puna e mitokondrit konsiston në një transferim hap pas hapi të energjisë së elektronit të hidrogjenit midis atomeve metalike të pranishme në grupe kompleksesh proteinash të zinxhirit të frymëmarrjes (zinxhiri i transportit të elektroneve të proteinave), ku çdo kompleks i mëpasshëm ka një afinitet më të lartë për elektronin, duke e tërhequr atë sesa ai i mëparshmi, derisa elektroni të mos bashkohet me oksigjenin molekular, i cili ka afinitetin më të lartë të elektroneve.
Sa herë që një elektron transferohet përgjatë një qarku, lirohet energji e cila akumulohet në formën e një gradienti elektrokimik dhe më pas realizohet në formën e tkurrjes së muskujve dhe gjenerimit të nxehtësisë.
Një seri procesesh oksiduese në mitokondri që lejojnë transferimin e potencialit energjetik të një elektroni quhet "frymëmarrje ndërqelizore" ose shpesh "zinxhiri i frymëmarrjes", meqenëse elektroni transferohet përgjatë zinxhirit nga atomi në atom derisa të arrijë destinacionin e tij përfundimtar, atomin e oksigjenit.
Mitokondritë kanë nevojë për oksigjen për të transferuar energji përmes procesit të oksidimit.
Mitokondritë konsumojnë deri në 80% të oksigjenit që thithim.
Mitokondria është një strukturë qelizore e përhershme e vendosur në citoplazmën e saj. Madhësia e një mitokondri është zakonisht midis 0,5 dhe 1 μm në diametër. Ka një strukturë kokrrizore në formë dhe mund të zërë deri në 20% të vëllimit të qelizës. Kjo strukturë organike e përhershme e një qelize quhet organelë. Organelet përfshijnë gjithashtu miofibrilet - njësitë kontraktuese të qelizës muskulore; dhe bërthama e qelizës është gjithashtu organelë. Në përgjithësi, çdo strukturë qelizore e përhershme është një organelë.
Mitokondritë u zbuluan dhe u përshkruan për herë të parë nga anatomisti dhe histologu gjerman Richard Altmann në 1894, dhe emri i kësaj organele u dha nga një tjetër histolog gjerman K. Bend në 1897. Por vetëm në vitin 1920, përsëri, biokimisti gjerman Otto Wagburg, vërtetoi se proceset e frymëmarrjes qelizore shoqërohen me mitokondri.
Ekziston një teori sipas së cilës mitokondritë u shfaqën si rezultat i kapjes nga qelizat primitive, qeliza që vetë nuk mund të përdornin oksigjenin për të gjeneruar energji, të baktereve protogjenote që mund ta bënin këtë. Pikërisht për shkak se mitokondri ishte më parë një organizëm i gjallë më vete, ai ka ende ADN-në e tij.
Mitokondria përfaqësonte më parë një organizëm të gjallë të pavarur.
Gjatë evolucionit, progjenotët transferuan shumë nga gjenet e tyre në bërthamën e formuar, falë rritjes së efikasitetit të energjisë, dhe pushuan së qeni organizma të pavarur. Mitokondria janë të pranishme në të gjitha qelizat. Edhe sperma ka mitokondri. Falë tyre vihet në lëvizje bishti i spermës, i cili kryen lëvizjen e tij. Por ka veçanërisht shumë mitokondri në ato vende ku nevojitet energji për çdo proces jetësor. Dhe këto janë, natyrisht, kryesisht qeliza muskulore.
Në qelizat e muskujve, mitokondritë mund të kombinohen në grupe të mitokondrive gjigante të degëzuara të lidhura me njëra-tjetrën përmes kontakteve ndërmitokondriale, në të cilat ato të krijojë një sistem koherent kooperativë pune. Hapësira në një zonë të tillë ka një densitet elektronik të rritur. Mitokondritë e reja formohen nga ndarja e thjeshtë e organeleve të mëparshme. Mekanizmi më "i thjeshtë" i furnizimit me energji i disponueshëm për të gjitha qelizat quhet më shpesh koncepti i përgjithshëm i glikolizës.
Ky është procesi i dekompozimit sekuencial të glukozës në acid piruvik. Nëse ndodh ky proces pa pjesëmarrjen e oksigjenit molekular ose me prani të pamjaftueshme, atëherë quhet glikoliza anaerobe. Në këtë rast, glukoza zbërthehet jo në produkte përfundimtare, por në acid laktik dhe piruvik, i cili më pas pëson transformime të mëtejshme gjatë fermentimit. Prandaj, energjia e çliruar është më e vogël, por shkalla e prodhimit të energjisë është më e shpejtë. Si rezultat i glikolizës anaerobe, nga një molekulë glukoze qeliza merr 2 molekula ATP dhe 2 molekula acid laktik. Ky proces "bazë" i energjisë mund të ndodhë brenda çdo qelize. pa pjesëmarrjen e mitokondrive.
NË prania e oksigjenit molekular kryhet brenda mitokondrive glikoliza aerobike brenda zinxhirit të frymëmarrjes. Acidi piruvik në kushte aerobike është i përfshirë në ciklin e acidit trikarboksilik ose ciklin Krebs. Si rezultat i këtij procesi me shumë hapa, 36 molekula ATP formohen nga një molekulë glukoze. Krahasimi i bilancit energjetik të një qelize me mitokondri të zhvilluara dhe qelizat ku ato nuk janë të zhvilluara tregon(me oksigjen të mjaftueshëm) diferenca në përdorimin e plotë të energjisë së glukozës brenda qelizës është pothuajse 20 herë!
Tek njerëzit, fibrat e muskujve skeletorë mund të jenë me kusht ndahet në tre lloje në bazë të vetive mekanike dhe metabolike: - oksidues i ngadalshëm; - glikolitik i shpejtë; - oksidativo-glikolitik i shpejtë.
Fibrat e shpejta të muskujve Projektuar për punë të shpejtë dhe të vështirë. Për reduktimin e tyre, ata përdorin kryesisht burime të shpejta të energjisë, përkatësisht kriatin fosfat dhe glikolizë anaerobe. Përmbajtja mitokondriale në këto lloj fibrash është dukshëm më e vogël se në fibrat muskulore me shtrëngim të ngadaltë.
Fibrat e ngadalta të muskujve kryejnë kontraktime të ngadalta, por janë në gjendje të punojnë për një kohë të gjatë. Ata përdorin glikolizën aerobike dhe sintezën e energjisë nga yndyrat si energji. Kjo siguron shumë më tepër energji sesa glikoliza anaerobe, por kërkon më shumë kohë në kthim, pasi zinxhiri i degradimit të glukozës është më kompleks dhe kërkon praninë e oksigjenit, transporti i të cilit në vendin e konvertimit të energjisë kërkon gjithashtu kohë. Fijet e ngadalta të muskujve quhen të kuqe për shkak të mioglobinës, një proteinë përgjegjëse për dërgimin e oksigjenit në fibër. Fijet muskulore me tkurrje të ngadaltë përmbajnë një numër të konsiderueshëm mitokondriesh.
Shtrohet pyetja: si dhe me ndihmën e çfarë ushtrimesh mund të zhvillohet një rrjet i degëzuar i mitokondrive në qelizat e muskujve? Ekzistojnë teori dhe metoda të ndryshme trajnimi dhe rreth tyre në materialin mbi.
Origjina e mitokondrive
Hapësira ndërmembranore
Hapësira ndërmembranore është hapësira ndërmjet membranave të jashtme dhe të brendshme të mitokondriut. Trashësia e saj është 10-20 nm. Meqenëse membrana e jashtme e mitokondriut është e përshkueshme nga molekulat dhe jonet e vogla, përqendrimi i tyre në hapësirën periplazmike ndryshon pak nga ai në citoplazmë. Përkundrazi, proteinat e mëdha kërkojnë peptide sinjalizuese specifike për transport nga citoplazma në hapësirën periplazmike; prandaj përbërësit proteinikë të hapësirës periplazmike dhe të citoplazmës janë të ndryshëm. Një nga proteinat që përmbahet në hapësirën periplazmike është citokromi c, një nga përbërësit e zinxhirit respirator mitokondrial.
Membrana e brendshme
Membrana e brendshme formon palosje të shumta si krehër - krista, të cilat rrisin ndjeshëm sipërfaqen e saj dhe, për shembull, në qelizat e mëlçisë përbën rreth një të tretën e të gjitha membranave qelizore. Një tipar karakteristik i përbërjes së membranës së brendshme mitokondriale është prania e kardiolipinës në të - një fosfolipid i veçantë që përmban katër acide yndyrore dhe e bën membranën absolutisht të papërshkueshme nga protonet. Një tipar tjetër i membranës së brendshme mitokondriale është një përmbajtje shumë e lartë e proteinave (deri në 70% ndaj peshës), e përfaqësuar nga proteinat transportuese, enzimat e zinxhirit të frymëmarrjes dhe komplekset e mëdha të sintetazës ATP. Membrana e brendshme e mitokondrit, ndryshe nga ajo e jashtme, nuk ka hapje të veçanta për transportin e molekulave dhe joneve të vogla; mbi të, në anën përballë matricës, ka molekula të veçanta të sintazës ATP, të përbërë nga një kokë, një kërcell dhe një bazë. Kur protonet kalojnë nëpër to, ATP sintetizohet. Në bazën e grimcave, duke mbushur të gjithë trashësinë e membranës, janë përbërësit e zinxhirit të frymëmarrjes. Membranat e jashtme dhe të brendshme preken në disa vende ka një proteinë të veçantë receptori që nxit transportin e proteinave mitokondriale të koduara në bërthamë në matricën mitokondriale.
Matricë
Matrica është një hapësirë e kufizuar nga një membranë e brendshme. Matrica (substanca rozë) e mitokondrive përmban sisteme enzimë për oksidimin e piruvatit, acideve yndyrore, si dhe enzima të ciklit të acidit trikarboksilik (cikli Krebs). Përveç kësaj, ADN-ja mitokondriale, ARN-ja dhe aparati i vetë-sintezës së proteinave të mitokondrisë janë gjithashtu të vendosura këtu.
ADN mitokondriale
ADN-ja mitokondriale e vendosur në matricë është një molekulë e mbyllur rrethore me dy fije, në qelizat njerëzore me një madhësi prej 16569 çifte nukleotide, e cila është afërsisht 10 5 herë më e vogël se ADN-ja e lokalizuar në bërthamë. Në total, ADN-ja mitokondriale kodon 2 rRNA, 22 tRNA dhe 13 nën-njësi të enzimave të zinxhirit të frymëmarrjes, të cilat përbëjnë jo më shumë se gjysmën e proteinave që gjenden në të. Në veçanti, shtatë nën-njësi të sintetazës ATP, tre nën-njësi oksidazë citokrom dhe një nën-njësi ubiquinol-citokrom janë të koduara nën kontrollin e gjenomit mitokondrial. Me-reduktazë. Në këtë rast, të gjitha proteinat përveç një, dy ribozomale dhe gjashtë tRNA transkriptohen nga zinxhiri më i rëndë (i jashtëm) i ADN-së, dhe 14 tARN të tjera dhe një proteinë transkriptohen nga zinxhiri më i lehtë (i brendshëm).
Në këtë sfond, gjenomi mitokondrial i bimëve është shumë më i madh dhe mund të arrijë 370,000 çifte nukleotide, që është afërsisht 20 herë më i madh se gjenomi mitokondrial i njeriut i përshkruar më sipër. Numri i gjeneve këtu është gjithashtu afërsisht 7 herë më i madh, gjë që shoqërohet me shfaqjen në mitokondritë e bimëve të rrugëve shtesë të transportit të elektroneve që nuk lidhen me sintezën e ATP.
Kështu, reagimi i përgjithshëm i katalizuar nga enzimat e zinxhirit të frymëmarrjes është oksidimi i NADH me oksigjen për të formuar ujë. Në thelb, ky proces konsiston në një transferim hap pas hapi të elektroneve midis atomeve metalike të pranishme në grupet protetike të komplekseve proteinike të zinxhirit të frymëmarrjes, ku çdo kompleks pasues ka një afinitet elektronik më të lartë se ai i mëparshmi. Në këtë rast, vetë elektronet transferohen përgjatë zinxhirit derisa të bashkohen me oksigjenin molekular, i cili ka afinitetin më të madh për elektronet. Energjia e çliruar në këtë rast ruhet në formën e një gradienti elektrokimik (protoni) në të dy anët e membranës së brendshme mitokondriale. Besohet se gjatë transportit të çifteve të elektroneve përmes zinxhirit të frymëmarrjes pompohen nga tre deri në gjashtë protone.
Faza përfundimtare e funksionimit mitokondrial është gjenerimi i ATP-së, i kryer nga një kompleks makromolecular i veçantë me një peshë molekulare prej 500 kDa, i ndërtuar në membranën e brendshme. Ky kompleks, i quajtur sintetaza ATP, katalizon sintezën e ATP duke shndërruar energjinë e gradientit elektrokimik transmembranor të protoneve të hidrogjenit në energjinë e lidhjes me energji të lartë të molekulës ATP.
Sinteza e ATP
Në aspektin strukturor dhe funksional, sintaza ATP përbëhet nga dy fragmente të mëdha, të përcaktuara me simbolet F 1 dhe F 0. E para prej tyre (faktori i bashkimit F1) përballet me matricën mitokondriale dhe del dukshëm nga membrana në formën e një formacioni sferik 8 nm të lartë dhe 10 nm të gjerë. Ai përbëhet nga nëntë nënnjësi të përfaqësuara nga pesë lloje proteinash. Zinxhirët polipeptidë të tre nënnjësive α dhe të njëjtit numër të nënnjësive β janë të rregulluar në globula proteinash me strukturë të ngjashme, të cilat së bashku formojnë një heksamer (αβ) 3, i cili duket si një top paksa i rrafshuar. Ashtu si feta portokalli të paketuara fort, nënnjësitë e njëpasnjëshme α dhe β formojnë një strukturë të karakterizuar nga një bosht simetrie i rendit të tretë me një kënd rrotullimi prej 120°. Në qendër të këtij hexameri është nën-njësia γ, e cila formohet nga dy zinxhirë polipeptidikë të zgjeruar dhe i ngjan një shufre të lakuar pak të deformuar rreth 9 nm të gjatë. Në këtë rast, pjesa e poshtme e nën-njësisë γ del nga topi me 3 nm drejt kompleksit të membranës F0. Gjithashtu e vendosur brenda hexamerit është një nënnjësi ε e vogël e lidhur me γ. Nën-njësia e fundit (e nëntë) shënohet me simbolin δ dhe ndodhet në pjesën e jashtme të F 1 .
Pjesa e membranës së ATP sintazës, e quajtur faktori bashkues F0, është një kompleks proteinash hidrofobik që depërton në membranë dhe ka dy gjysmëkanale brenda për kalimin e protoneve të hidrogjenit. Në total, kompleksi F 0 përfshin një nënnjësi proteine të llojit A, dy kopje të nënnjësisë b, si dhe 9 deri në 12 kopje të njësisë së vogël c. Nënnjësi A(pesha molekulare 20 kDa) është zhytur plotësisht në membranë, ku formon gjashtë seksione α-spiral që e përshkojnë atë. Nënnjësi b(pesha molekulare 30 kDa) përmban vetëm një rajon α-spiral relativisht të shkurtër të zhytur në membranë, dhe pjesa tjetër e tij del dukshëm nga membrana drejt F 1 dhe është ngjitur në nën-njësinë δ që ndodhet në sipërfaqen e saj. Secila prej 9-12 kopjeve të një nënnjësie c(pesha molekulare 6-11 kDa) është një proteinë relativisht e vogël e dy a-helikave hidrofobike të lidhura me njëra-tjetrën nga një lak i shkurtër hidrofilik i orientuar drejt F 1, dhe së bashku ato formojnë një grup të vetëm në formën e një cilindri të zhytur në membranë. . Nën-njësia γ që del nga kompleksi F 1 drejt F 0 është zhytur saktësisht brenda këtij cilindri dhe është ngjitur mjaft fort me të.
Kështu, në molekulën e sintazës ATP, mund të dallohen dy grupe të nënnjësive proteinike, të cilat mund të krahasohen me dy pjesë të një motori: rotor dhe stator. "Statori" është i palëvizshëm në lidhje me membranën dhe përfshin një heksamer sferik (αβ) 3 të vendosur në sipërfaqen e tij dhe nënnjësinë δ, si dhe nënnjësi a Dhe b kompleks membranor F0. "Rotori", i lëvizshëm në lidhje me këtë strukturë, përbëhet nga nënnjësi γ dhe ε, të cilat, duke dalë dukshëm nga kompleksi (αβ) 3, janë të lidhur me një unazë nënnjësi të zhytur në membranë. c.
Aftësia për të sintetizuar ATP është një veti e një kompleksi të vetëm F 0 F 1, i lidhur me transferimin e protoneve të hidrogjenit përmes F 0 në F 1, në këtë të fundit ndodhen qendrat katalitike që konvertojnë ADP dhe fosfatin në një molekulë ATP. . Forca lëvizëse për funksionimin e ATP sintazës është potenciali i protonit i krijuar në membranën e brendshme mitokondriale si rezultat i funksionimit të zinxhirit të transportit të elektroneve.
Forca që drejton "rotorin" e sintazës ATP ndodh kur diferenca potenciale midis anëve të jashtme dhe të brendshme të membranës arrin > 220 mV dhe sigurohet nga rrjedha e protoneve që rrjedhin përmes një kanali të veçantë në F0, i vendosur në kufirin midis nënnjësive. a Dhe c. Në këtë rast, rruga e transferimit të protonit përfshin elementët strukturorë të mëposhtëm:
- Dy "gjysmë kanale" të vendosura në mënyrë jo koaksiale, i pari prej të cilëve siguron furnizimin e protoneve nga hapësira ndërmembranore në grupet funksionale thelbësore F0, dhe tjetri siguron daljen e tyre në matricën mitokondriale;
- Unaza e nënnjësive c, secila prej të cilave në pjesën e saj qendrore përmban një grup karboksil të protonuar, i aftë për të bashkuar H + nga hapësira ndërmembranore dhe për t'i çliruar ato përmes kanaleve protonike përkatëse. Si rezultat i zhvendosjeve periodike të nënnjësive Me, i shkaktuar nga rrjedha e protoneve nëpër kanalin e protonit, nën-njësia γ rrotullohet, e zhytur në një unazë nënnjësi Me.
Kështu, aktiviteti katalitik i sintazës ATP lidhet drejtpërdrejt me rrotullimin e "rotorit" të saj, në të cilin rrotullimi i nën-njësisë γ shkakton një ndryshim të njëkohshëm në konformimin e të tre nënnjësive katalitike β, gjë që siguron në fund funksionimin e enzimës. . Në këtë rast, në rastin e formimit të ATP, "rotori" rrotullohet në drejtim të akrepave të orës me një shpejtësi prej katër rrotullimesh në sekondë, dhe vetë rrotullimi i tillë ndodh në kërcime diskrete prej 120°, secila prej të cilave shoqërohet me formimin e një molekule ATP. .
Funksioni i drejtpërdrejtë i sintezës së ATP është i lokalizuar në β-nënnjësitë e kompleksit konjugues F1. Në këtë rast, akti i parë në zinxhirin e ngjarjeve që çon në formimin e ATP është lidhja e ADP dhe fosfatit me qendrën aktive të nën-njësisë β të lirë, e cila është në gjendjen 1. Për shkak të energjisë së një të jashtme burimi (rryma e protonit), ndryshimet konformacionale ndodhin në kompleksin F 1, si rezultat i të cilave ADP dhe fosfati lidhen fort me qendrën katalitike (gjendja 2), ku bëhet i mundur formimi i një lidhje kovalente midis tyre, duke çuar në formimi i ATP. Në këtë fazë të sintazës ATP, enzima nuk kërkon pothuajse asnjë energji, e cila do të nevojitet në fazën tjetër për të çliruar molekulën ATP të lidhur fort nga qendra enzimatike. Prandaj, faza tjetër e funksionimit të enzimës është që, si rezultat i një ndryshimi strukturor të varur nga energjia në kompleksin F 1, nën-njësia katalitike β që përmban një molekulë ATP të lidhur fort kalon në gjendjen 3, në të cilën lidhja e ATP me qendrën katalitike dobësohet. Si rezultat i kësaj, molekula ATP largohet nga enzima, dhe nën-njësia β kthehet në gjendjen e saj origjinale 1, e cila siguron ciklimin e enzimës.
Puna e sintazës ATP shoqërohet me lëvizjet mekanike të pjesëve të saj individuale, gjë që bën të mundur klasifikimin e këtij procesi si një lloj fenomeni të veçantë të quajtur "katalizë rrotulluese". Ashtu si rryma elektrike në mbështjelljen e një motori elektrik drejton rotorin në lidhje me statorin, transferimi i drejtuar i protoneve përmes sintetazës ATP shkakton rrotullimin e nënnjësive individuale të faktorit të konjugimit F 1 në lidhje me nënnjësitë e tjera të kompleksit enzimë, si si rezultat i së cilës kjo pajisje unike që prodhon energji kryen punë kimike - sintetizon molekulat ATP. Më pas, ATP hyn në citoplazmën e qelizës, ku shpenzohet në një shumëllojshmëri të gjerë procesesh të varura nga energjia. Një transferim i tillë kryhet nga një enzimë speciale ATP/ADP translocase e ndërtuar në membranën mitokondriale, e cila shkëmben ATP të saposintetizuar me ADP citoplazmike, e cila garanton sigurinë e grupit të nukleotideve adenil brenda mitokondrive.
Shihni se çfarë është "Mitokondria" në fjalorë të tjerë: Fjalor sinonimish
Mitokondria. Shih plastosome. (
Çfarë janë mitokondritë? Nëse përgjigjja për këtë pyetje është e vështirë për ju, atëherë artikulli ynë është vetëm për ju. Ne do të shqyrtojmë veçoritë strukturore të këtyre organeleve në lidhje me funksionet që kryejnë.
Çfarë janë organelet
Por së pari, le të kujtojmë se çfarë janë organelet. Kështu quhen strukturat qelizore të përhershme. Mitokondritë, ribozomet, plastidet, lizozomet... Të gjitha këto janë organele. Ashtu si vetë qeliza, çdo strukturë e tillë ka një plan të përgjithshëm strukturor. Organelet përbëhen nga një aparat sipërfaqësor dhe nga përmbajtja e brendshme - matrica. Secila prej tyre mund të krahasohet me organet e qenieve të gjalla. Organelet gjithashtu kanë veçoritë e tyre karakteristike që përcaktojnë rolin e tyre biologjik.
Klasifikimi i strukturave qelizore
Organelet ndahen në grupe në bazë të strukturës së aparatit të tyre sipërfaqësor. Ekzistojnë struktura qelizore të përhershme një, dyshe dhe jo membranore. Grupi i parë përfshin lizozomet, kompleksin Golgi, rrjetin endoplazmatik, peroksizomet dhe lloje të ndryshme vakuolash. Bërthama, mitokondria dhe plastidet janë me membranë të dyfishtë. Dhe ribozomet, qendra qelizore dhe organelet e lëvizjes janë plotësisht të lira nga aparati sipërfaqësor.
Teoria e simbiogjenezës
Çfarë janë mitokondritë? Për mësimin evolucionar, këto nuk janë vetëm struktura qelizore. Sipas teorisë simbiotike, mitokondritë dhe kloroplastet janë rezultat i metamorfozave të prokariotëve. Është e mundur që mitokondria të ketë origjinën nga bakteret aerobe, dhe plastidet nga bakteret fotosintetike. Dëshmi e kësaj teorie është fakti se këto struktura kanë aparatin e tyre gjenetik, të përfaqësuar nga një molekulë rrethore e ADN-së, një membranë e dyfishtë dhe ribozome. Ekziston gjithashtu një supozim se qelizat eukariotike të kafshëve evoluan më pas nga mitokondria, dhe qelizat bimore nga kloroplastet.
Vendndodhja në qeliza
Mitokondritë janë një pjesë integrale e qelizave të shumicës së bimëve, kafshëve dhe kërpudhave. Ato mungojnë vetëm në eukariotët njëqelizorë anaerobe që jetojnë në një mjedis pa oksigjen.
Struktura dhe roli biologjik i mitokondrive kanë mbetur prej kohësh një mister. Ata u panë për herë të parë duke përdorur një mikroskop nga Rudolf Kölliker në 1850. Në qelizat e muskujve, shkencëtari zbuloi granula të shumta që dukeshin si push në dritë. Kuptimi i rolit të këtyre strukturave mahnitëse u bë i mundur falë shpikjes së profesorit të Universitetit të Pensilvanisë, Britton Chance. Ai projektoi një pajisje që e lejonte të shihte përmes organeleve. Kështu u përcaktua struktura dhe u vërtetua roli i mitokondrive në sigurimin e energjisë për qelizat dhe trupin në tërësi.
Forma dhe madhësia e mitokondrive
Plani i përgjithshëm i ndërtesës
Le të shqyrtojmë se cilat janë mitokondritë nga pikëpamja e veçorive të tyre strukturore. Këto janë organele me dy membranë. Për më tepër, ajo e jashtme është e lëmuar, dhe ajo e brendshme ka dalje. Matrica mitokondriale përfaqësohet nga enzima të ndryshme, ribozome, monomere të substancave organike, jone dhe grupime të molekulave rrethore të ADN-së. Kjo përbërje bën të mundur që të ndodhin reaksionet kimike më të rëndësishme: cikli i acidit trikarboksilik, ure dhe fosforilimi oksidativ.
Kuptimi i kinetoplastit
Membrana e mitokondrisë
Membranat e mitokondrisë nuk janë identike në strukturë. Pjesa e jashtme e mbyllur është e lëmuar. Formohet nga një shtresë e dyfishtë lipidesh me fragmente të molekulave të proteinave. Trashësia e saj totale është 7 nm. Kjo strukturë kryen funksionet e delimitimit nga citoplazma, si dhe marrëdhënien e organelës me mjedisin. Kjo e fundit është e mundur për shkak të pranisë së proteinës së porinës, e cila formon kanalet. Molekulat lëvizin përgjatë tyre përmes transportit aktiv dhe pasiv.
Baza kimike e membranës së brendshme janë proteinat. Formon palosje të shumta brenda organoidit - cristae. Këto struktura rrisin ndjeshëm sipërfaqen aktive të organelës. Tipari kryesor i strukturës së membranës së brendshme është papërshkueshmëria e plotë ndaj protoneve. Nuk formon kanale për depërtimin e joneve nga jashtë. Në disa vende kontakti i jashtëm dhe i brendshëm. Këtu ndodhet një proteinë e veçantë e receptorit. Ky është një lloj përcjellësi. Me ndihmën e saj, proteinat mitokondriale, të cilat janë të koduara në bërthamë, depërtojnë në organelë. Midis membranave ka një hapësirë deri në 20 nm të trashë. Ai përmban lloje të ndryshme të proteinave, të cilat janë përbërës thelbësorë të zinxhirit të frymëmarrjes.
Funksionet e mitokondrive
Struktura e mitokondrionit lidhet drejtpërdrejt me funksionet që ai kryen. Kryesorja është sinteza e adenozinës trifosfatit (ATP). Kjo është një makromolekulë që është bartësi kryesor i energjisë në qelizë. Ai përbëhet nga adenina bazë azotike, riboza monosakaride dhe tre mbetje të acidit fosforik. Është midis elementeve të fundit që përmbahet sasia kryesore e energjisë. Kur njëra prej tyre çahet, mund të lirohet maksimumi 60 kJ. Në total, një qelizë prokariotike përmban 1 miliard molekula ATP. Këto struktura janë vazhdimisht në funksion: ekzistenca e secilës prej tyre në një formë të pandryshuar nuk zgjat më shumë se një minutë. Molekulat e ATP sintetizohen dhe shpërbëhen vazhdimisht, duke i siguruar trupit energji në momentin që i nevojitet.
Për këtë arsye, mitokondritë quhen "stacione energjie". Është në to që oksidimi i substancave organike ndodh nën veprimin e enzimave. Energjia që gjenerohet në këtë rast ruhet dhe ruhet në formën e ATP. Për shembull, kur oksidohet 1 g karbohidrate, formohen 36 makromolekula të kësaj substance.
Struktura e mitokondrive u lejon atyre të kryejnë një funksion tjetër. Për shkak të gjysmë autonomisë së tyre, ato janë një bartës shtesë i informacionit trashëgues. Shkencëtarët kanë zbuluar se ADN-ja e vetë organeleve nuk mund të funksionojë në mënyrë të pavarur. Fakti është se ato nuk përmbajnë të gjitha proteinat e nevojshme për punën e tyre, kështu që ata i huazojnë ato nga materiali trashëgues i aparatit bërthamor.
Pra, në artikullin tonë ne shikuam se çfarë janë mitokondritë. Këto janë struktura qelizore me dy membrana, në matricën e të cilave zhvillohen një sërë procesesh kimike komplekse. Rezultati i punës së mitokondrive është sinteza e ATP, një përbërës që i siguron trupit sasinë e nevojshme të energjisë.
Mitokondritë janë "centralet" e eukariotëve, që prodhojnë energji për aktivitetin qelizor. Këto gjenerojnë energji duke e kthyer atë në forma që mund të përdoren nga qeliza. Të vendosura në të, mitokondritë shërbejnë si "bazë" për frymëmarrjen qelizore. - një proces që gjeneron energji për aktivitetin e qelizave. Mitokondria përfshihet gjithashtu në procese të tjera qelizore si rritja dhe.
Karakteristikat dalluese
Mitokondritë kanë një formë karakteristike të zgjatur ose ovale dhe janë të mbuluara me një membranë të dyfishtë. Ato gjenden si në dhe në. Numri i mitokondrive brenda një qelize ndryshon në varësi të llojit dhe funksionit të qelizës. Disa qeliza, të tilla si qelizat e kuqe të gjakut të pjekur, nuk përmbajnë fare mitokondri. Mungesa e mitokondrive dhe organeleve të tjera lë hapësirë për miliona molekula të hemoglobinës të nevojshme për të transportuar oksigjenin në të gjithë trupin. Nga ana tjetër, qelizat e muskujve mund të përmbajnë mijëra mitokondri, të cilat gjenerojnë energjinë e nevojshme për aktivitetin e muskujve. Mitokondria janë gjithashtu të bollshme në qelizat yndyrore dhe qelizat e mëlçisë.
ADN mitokondriale
Mitokondritë kanë ADN-në e tyre (mtDNA) dhe mund të sintetizojnë proteinat e tyre. mtADNA kodon proteinat e përfshira në transferimin e elektroneve dhe fosforilimin oksidativ që ndodhin gjatë frymëmarrjes qelizore. Fosforilimi oksidativ gjeneron energji në formën e ATP në matricën mitokondriale. Proteinat e sintetizuara nga mtDNA janë gjithashtu të koduara për të prodhuar molekula ARN që transmetojnë ARN dhe ARN ribozomale.
ADN-ja mitokondriale ndryshon nga ADN-ja e gjetur në , në atë që nuk posedon mekanizmat e riparimit të ADN-së që ndihmojnë në parandalimin e mutacioneve në ADN-në bërthamore. Si rezultat, mtDNA ka një shkallë mutacioni shumë më të lartë se ADN-ja bërthamore. Ekspozimi ndaj oksigjenit reaktiv të prodhuar nga fosforilimi oksidativ gjithashtu dëmton mtADN-në.
Struktura e mitokondrive
Mitokondritë janë të rrethuara nga dyshe. Secila prej këtyre membranave është një shtresë e dyfishtë fosfolipide me proteina të ngulitura. Membrana e jashtme është e lëmuar, por membrana e brendshme ka shumë palosje. Këto palosje quhen cristae. Ata rrisin "produktivitetin" e frymëmarrjes qelizore duke rritur sipërfaqen e disponueshme.
Membranat e dyfishta e ndajnë mitokondriun në dy pjesë të dallueshme: hapësirën ndërmembranore dhe matricën mitokondriale. Hapësira ndërmembranore është pjesa e ngushtë midis dy membranave, ndërsa matrica mitokondriale është pjesa e mbyllur brenda membranave.
Matrica mitokondriale përmban mtADNA, ribozome dhe enzima. Disa nga hapat e frymëmarrjes qelizore, duke përfshirë ciklin e acidit citrik dhe fosforilimin oksidativ, ndodhin në matricë për shkak të përqendrimit të lartë të enzimave.
Mitokondritë janë gjysmë autonome, pasi ato varen vetëm pjesërisht nga qeliza për t'u shumuar dhe rritur. Ata kanë ADN-në e tyre, ribozomet, proteinat dhe kontrollin mbi sintezën e tyre. Ashtu si bakteret, mitokondritë kanë ADN rrethore dhe riprodhohen nga një proces riprodhues i quajtur ndarje binar. Para replikimit, mitokondritë bashkohen së bashku në një proces të quajtur shkrirje. Kjo është e nevojshme për të ruajtur stabilitetin, pasi pa të mitokondritë do të tkurren ndërsa ndahen. Mitokondritë e reduktuara nuk janë në gjendje të prodhojnë energji të mjaftueshme të nevojshme për funksionimin normal të qelizave.
Mitokondritë janë një nga komponentët më të rëndësishëm të çdo qelize. Ata quhen gjithashtu kondriozome. Këto janë organele të grimcuara ose të ngjashme me fije që janë pjesë e citoplazmës së bimëve dhe kafshëve. Ata janë prodhuesit e molekulave ATP, të cilat janë aq të nevojshme për shumë procese në qelizë.
Çfarë janë mitokondritë?
Mitokondritë janë baza energjetike e qelizave, aktiviteti i tyre bazohet në oksidimin dhe përdorimin e energjisë së çliruar gjatë zbërthimit të molekulave të ATP. Me një gjuhë të thjeshtë, biologët e quajnë atë një stacion të prodhimit të energjisë për qelizat.
Në 1850, mitokondritë u identifikuan si granula në muskuj. Numri i tyre ndryshonte në varësi të kushteve të rritjes: ato grumbullohen më shumë në ato qeliza ku ka mungesë të lartë të oksigjenit. Kjo ndodh më shpesh gjatë aktivitetit fizik. Në inde të tilla, shfaqet një mungesë akute e energjisë, e cila plotësohet nga mitokondria.
Paraqitja e termit dhe vendi në teorinë e simbiogjenezës
Në 1897, Bend prezantoi për herë të parë konceptin e "mitokondrionit" për të përcaktuar një strukturë kokrrizore dhe filamentoze në të cilën ato ndryshojnë në formë dhe madhësi: trashësia është 0.6 μm, gjatësia - nga 1 në 11 μm. Në situata të rralla, mitokondria mund të jetë e madhe dhe e degëzuar.
Teoria e simbiogjenezës jep një ide të qartë se çfarë janë mitokondritë dhe si u shfaqën ato në qeliza. Ai thotë se kondriozomi u ngrit në procesin e dëmtimit të qelizave bakteriale, prokarioteve. Meqenëse ata nuk mund të përdornin në mënyrë autonome oksigjenin për të gjeneruar energji, kjo i pengoi ata të zhvilloheshin plotësisht, ndërsa progjenotët mund të zhvilloheshin pa pengesa. Gjatë evolucionit, lidhja midis tyre bëri të mundur që progjenotët të transferonin gjenet e tyre tek eukariotët. Falë këtij përparimi, mitokondritë nuk janë më organizma të pavarur. Pishina e tyre gjenetike nuk mund të realizohet plotësisht, pasi bllokohet pjesërisht nga enzimat që janë të pranishme në çdo qelizë.
Ku jetojnë?
Mitokondritë janë të përqendruara në ato zona të citoplazmës ku shfaqet nevoja për ATP. Për shembull, në indin muskulor të zemrës ato janë të vendosura pranë miofibrileve, dhe në spermatozoidet formojnë një kamuflazh mbrojtës rreth boshtit të kordonit. Atje ata gjenerojnë shumë energji për të bërë "bishtin" të rrotullohet. Kështu lëviz spermatozoidi drejt vezës.
Në qeliza, mitokondritë e reja formohen nga ndarja e thjeshtë e organeleve të mëparshme. Gjatë saj ruhen të gjitha informacionet trashëgimore.
Mitokondria: si duken
Forma e mitokondrive i ngjan një cilindri. Ato gjenden shpesh në eukariotët, duke zënë nga 10 deri në 21% të vëllimit të qelizave. Madhësitë dhe format e tyre ndryshojnë shumë dhe mund të ndryshojnë në varësi të kushteve, por gjerësia është konstante: 0,5-1 mikron. Lëvizjet e kondriozomeve varen nga vendet në qelizë ku energjia harxhohet shpejt. Ata lëvizin nëpër citoplazmë duke përdorur strukturat citoskeletore për lëvizje.
Një zëvendësim për mitokondritë e madhësive të ndryshme, të cilat punojnë veçmas nga njëra-tjetra dhe furnizojnë energji në zona të caktuara të citoplazmës, janë mitokondritë e gjata dhe të degëzuara. Ata janë në gjendje të sigurojnë energji në zonat e qelizave të vendosura larg njëra-tjetrës. Një punë e tillë e përbashkët e kondriozomeve vërehet jo vetëm në organizmat njëqelizorë, por edhe në ato shumëqelizore. Struktura më komplekse e kondriozomeve gjendet në muskujt e skeletit të gjitarëve, ku kondriozomet më të mëdha të degëzuara janë bashkuar me njëri-tjetrin duke përdorur kontaktet intermitokondriale (IMC).
Ato janë boshllëqe të ngushta midis membranave mitokondriale fqinje. Kjo hapësirë ka një densitet të lartë elektronik. MMK-të janë më të zakonshme në qelizat ku ato lidhen së bashku me kondriozomet që punojnë.
Për të kuptuar më mirë këtë çështje, duhet të përshkruani shkurtimisht rëndësinë e mitokondrive, strukturën dhe funksionet e këtyre organeleve të mahnitshme.
Si janë ndërtuar?
Për të kuptuar se çfarë janë mitokondritë, duhet të dini strukturën e tyre. Ky burim i pazakontë energjie është në formë sferike, por shpesh i zgjatur. Dy membrana janë të vendosura afër njëra-tjetrës:
- i jashtëm (i qetë);
- e brendshme, e cila formon dalje në formë gjetheje (kristae) dhe tuba (tubula).
Përveç madhësisë dhe formës së mitokondrive, struktura dhe funksionet e tyre janë të njëjta. Kondriozomi kufizohet nga dy membrana me përmasa 6 nm. Membrana e jashtme e mitokondrive ngjan me një enë që i mbron ato nga hialoplazma. Membrana e brendshme ndahet nga membrana e jashtme nga një zonë 11-19 nm e gjerë. Një tipar dallues i membranës së brendshme është aftësia e saj për të dalë në mitokondri, duke marrë formën e kreshtave të rrafshuara.
Zgavra e brendshme e mitokondrionit është e mbushur me një matricë, e cila ka një strukturë të imët, ku ndonjëherë gjenden fije dhe granula (15-20 nm). Fijet e matricës krijojnë organele, dhe granula të vogla krijojnë ribozome mitokondriale.
Në fazën e parë ajo zhvillohet në hialoplazmë. Në këtë fazë, oksidimi fillestar i substrateve ose glukozës ndodh tek Këto procedura zhvillohen pa oksigjen - oksidim anaerobik. Faza tjetër e prodhimit të energjisë përbëhet nga oksidimi aerobik dhe zbërthimi i ATP, ky proces ndodh në mitokondritë e qelizave.
Çfarë bëjnë mitokondritë?
Funksionet kryesore të kësaj organele janë:
Prania e acidit të tij deoksiribonukleik në mitokondri konfirmon edhe një herë teorinë simbiotike të shfaqjes së këtyre organeleve. Gjithashtu, përveç punës së tyre kryesore, ata janë të përfshirë në sintezën e hormoneve dhe aminoacideve.
Patologjia mitokondriale
Mutacionet që ndodhin në gjenomën mitokondriale çojnë në pasoja depresive. Bartësi i njeriut është ADN-ja, e cila kalon te pasardhësit nga prindërit, ndërsa gjenomi mitokondrial transmetohet vetëm nga nëna. Ky fakt shpjegohet shumë thjeshtë: fëmijët marrin citoplazmën me kondriozome të mbyllura në të së bashku me vezën e femrës, ata mungojnë në spermë. Gratë me këtë çrregullim mund të kalojnë sëmundjen mitokondriale tek pasardhësit e tyre, por një burrë i sëmurë nuk mundet.
Në kushte normale, kondriozomet kanë të njëjtën kopje të ADN-së - homoplazmi. Mutacionet mund të ndodhin në gjenomën mitokondriale dhe heteroplasmia ndodh për shkak të bashkëjetesës së qelizave të shëndetshme dhe të mutuara.
Falë mjekësisë moderne, sot janë identifikuar më shumë se 200 sëmundje, shkaku i të cilave ishte një mutacion në ADN-në mitokondriale. Jo në të gjitha rastet, por sëmundjet mitokondriale i përgjigjen mirë mirëmbajtjes dhe trajtimit terapeutik.
Pra, ne kuptuam pyetjen se çfarë janë mitokondritë. Si të gjitha organelet e tjera, ato janë shumë të rëndësishme për qelizën. Ata indirekt marrin pjesë në të gjitha proceset që kërkojnë energji.
