Przeczytaj
Mitochondria to organelle występujące w cytoplazmie komórek eukariotycznychkomórek eukariotycznych. Nie mają ściśle określonej formy, wykazują dużą plastyczność. Zazwyczaj przyjmują podłużny, owalny kształt, rzadziej nitkowaty lub rozgałęziony. Ich wielkość waha się od 2 do 8 mum.
Liczba i rozmieszczenie mitochondriów
Mitochondria stosunkowo licznie występują w komórce ze względu na ich istotny udział w przemianach metabolicznych. Pojedyncza komórka zawiera od kilkudziesięciu do kilku tysięcy mitochondriów, stanowiących od 12% do 25% objętości całej komórki (niekiedy także więcej).
U człowieka stosunkowo niewielką liczbę mitochondriów zawierają m.in. komórki naskórka (od 2 do 6), komórki tłuszczowe (kilkanaście) oraz plemniki (od 20 do 50), natomiast duża liczba mitochondriów występuje np. w komórkach wątroby (od 1000 do 2500), włóknach mięśni szkieletowych (do 1600) oraz komórkach jajowych (ok. 100 tys.). Z kolei dojrzałe erytrocyty to jedyne komórki, które w ogóle nie zawierają mitochondriów.
Mitochondria rozmieszczone są na całym obszarze komórki, jednak ich położenie nie jest stałe. Wraz z ruchami cytoplazmy mogą się przemieszczać do rejonów komórki, które wykazują większe zapotrzebowanie energetyczne. Zatem rozmieszczenie mitochondriów w obrębie komórki nie jest przypadkowe. Najczęściej organelle te znajdują się w pobliżu jądra komórkowego, wzdłuż szlaków transportu wewnątrzkomórkowego, w sąsiedztwie materiałów zapasowych lub w miejscach lokalnego zapotrzebowania na energię.
Budowa mitochondrium
Mitochondria są otoczone dwiema błonami białkowo‑lipidowymi: zewnętrzną i wewnętrzną. Różnią się one między sobą pod względem molekularnym i funkcjonalnym.
Między błoną zewnętrzną i wewnętrzną znajduje się przestrzeń międzybłonowa (perymitochondrialna), zwana przedziałem zewnętrznym. Wewnątrz mitochondrium znajduje się matriks, czyli macierz mitochondrialna, określana również mianem przedziału wewnętrznego.
Przedziały, podobnie jak błony, różnią się pod względem molekularnym i funkcjonalnym. Przedział wewnętrzny jest bardziej zróżnicowany niż przedział zewnętrzny i bogatszy od niego pod względem enzymatycznym. Matriks ma postać żelu i stanowi wodny roztwór białek oraz różnego rodzaju związków chemicznych uczestniczących w przemianach metabolicznych. W macierzy mitochondrialnej znajduje się także materiał genetyczny i liczne rybosomy.
Materiał genetyczny ma postać kilku kolistych cząsteczek mitochondrialnego DNA (mtDNA). W komórce człowieka jedna organella zawiera od 2 do 10 kopii mtDNA. Jedna cząsteczka ludzkiego DNA mitochondrialnego zawiera dokładnie 37 genów, w których jest zapisana informacja o 2 cząsteczkach rRNA mitochondrialnego, 22 cząsteczkach tRNA mitochondrialnego oraz 13 białkach uczestniczących w budowie i funkcjach mitochondrium.
Rybosomy mitochondrialne są mniejsze od rybosomów cytoplazmatycznych i rybosomów związanych z błonami siateczki śródplazmatycznej szorstkiej. Swoją budową przypominają rybosomy komórek prokariotycznychkomórek prokariotycznych, co stanowi jeden z dowodów potwierdzających teorię endosymbiozyteorię endosymbiozy. Rybosomy mitochondrialne przeprowadzają syntezę kilkunastu rodzajów białek mitochondrialnych.
Półautonomiczność mitochondrium
Mitochondria i plastydy to jedyne organelle komórkowe, które mają autonomiczny układ syntetyzujący białka. W mitochondriach układ ten tworzą mitochondrialne DNA i rybosomy. W mtDNA jest zakodowana informacja o 13 z 67 białek tzw. łańcucha oddechowegołańcucha oddechowego. Informacje o budowie i funkcjach pozostałych białek współtworzących łańcuch oddechowy oraz informacja o ponad 600 innych białkach mitochondrialnych jest zakodowana w DNA jądrowym. Białka te są syntetyzowane na rybosomach cytoplazmatycznych i następnie transportowane do mitochondriów.
Więcej o mitochondriach jako organellach półautonomicznych przeczytasz tutajtutaj.
Mitochondria jako centra energetyczne komórki
Komórki wszystkich żywych organizmów potrzebują energii, aby móc realizować funkcje życiowe. Zgodnie z zasadą zachowania energii jest ona wartością stałą, co oznacza, że nie może zostać wytworzona ani zniszczona. Energia może jedynie ulegać przemianom – wówczas jedna jej forma przechodzi w inną. Mitochondria to organelle komórkowe wyspecjalizowane w przeprowadzaniu procesów metabolicznych, w których przemianom energii towarzyszy jej kumulowanie w wysokoenergetycznych wiązaniach uniwersalnego nośnika energii – ATPATP.
ATP to niewielki związek organiczny zbudowany z zasady azotowej – adeniny, cukru pięciowęglowego – rybozy i trzech reszt fosforanowych (V). Pomiędzy resztami fosforanowymi znajdują się dwa wysokoenergetyczne wiązania bezwodnikowe, w których kumulowana jest energia. Rozkład cząsteczki ATP przy udziale wody powoduje zerwanie wiązania wysokoenergetycznego (najczęściej jednego), czemu towarzyszy wydzielenie energii. Wydzielona energia może zostać wykorzystana np. do transportu aktywnego jonów przez błonę komórkową, przewodzenia impulsów nerwowych, ruchu wici czy skurczu mięśni.
Synteza ATP w mitochondriach zachodzi podczas oddychania wewnątrzkomórkowegooddychania wewnątrzkomórkowego – jednego z najważniejszych procesów metabolicznych. Oddychanie wewnątrzkomórkowe przebiega w kilku etapach, z których każdy składa się z reakcji chemicznych katalizowanych przez enzymyenzymy tworzące szlaki lub cykle metaboliczne.
Oddychanie wewnątrzkomórkowe polega na całkowitym utlenieniu związków organicznych do COIndeks dolny 22 i HIndeks dolny 22O w obecności tlenu. Podstawowym substratem oddechowym dla większości komórek jest glukoza.
Ogólny przebieg tego procesu przedstawia równanie:
CIndeks dolny 66HIndeks dolny 1212OIndeks dolny 66 + 6OIndeks dolny 22 → 6COIndeks dolny 22 + 6HIndeks dolny 22O + energia
Substratami oddychania wewnątrzkomórkowego oprócz węglowodanów mogą być także inne związki organiczne, np. kwasy tłuszczowe i aminokwasy. Związki te u autotrofówautotrofów są syntetyzowane w komórkach organizmu, a w przypadku heterotrofówheterotrofów są dostarczane do organizmu wraz z pobieranym pokarmem. W czasie wieloetapowego rozkładu związków pokarmowych dochodzi do uwalniania energii. Blisko 60% uwolnionej energii rozprasza się w postaci ciepła i przyczynia się do utrzymywania temperatury ciała, a ok. 40% wykorzystywane jest do syntezy ATP.
Uwalnianie energii chemicznej obecnej w wiązaniach chemicznych rozkładanych związków organicznych zachodzi stopniowo, dzięki czemu możliwe jest lepsze wykorzystanie energii i skumulowanie jej w wysokoenergetycznych wiązaniach ATP. Procesy metaboliczne zachodzące w mitochondriach są dla komórek głównym źródłem energii użytecznej biologicznie: z tego właśnie powodu mitochondria są nazywane centrami energetycznymi komórki.
Słownik
adenozyno‑5`-trifosforan – nukleotyd adeninowy, zawierający grupę trifosforanową połączoną wiązaniem estrowym z grupą 5'-OH adenozyny. Jest głównym nośnikiem energii w komórce ze względu na wysoką energię wiązań pomiędzy grupami fosforanowymi
organizmy samożywne przeprowadzające syntezę złożonych związków organicznych z prostych związków nieorganicznych przy udziale energii świetlnej (fotosynteza) lub energii chemicznej (chemosynteza)
biokatalizator (zazwyczaj białko, rzadziej cząsteczka RNA) zdolny do obniżenia energii aktywacji, co powoduje przyspieszenie przebiegu reakcji chemicznej
organizmy cudzożywne pobierające związki organiczne ze środowiska zewnętrznego
typ komórki, której informacja genetyczna leży bezpośrednio w obrębie cytoplazmy i nie jest od niej oddzielona; komórki tego typu nie mają systemu błon wewnątrzkomórkowych i cytoszkieletu
typ komórki, której informacja genetyczna jest oddzielona od reszty cytoplazmy za pomocą otoczki jądrowej; wewnątrz komórki obecny jest system błon wewnątrzkomórkowych (siateczka śródplazmatyczna szorstka i gładka, aparaty Golgiego, lizosomy, mikrociałka), organelle półautonomiczne (mitochondria, chloroplasty) i cytoszkielet
zespół związków chemicznych wbudowanych w błonę wewnętrzną mitochondrium, które przenoszą elektrony i protony od donora do akceptora; energia przemieszczających się elektronów jest wykorzystywana do transportu aktywnego jonów HIndeks górny ++ z matriks do przestrzeni międzybłonowej mitochondrium
całość przemian materii i energii zachodzących w żywych komórkach
inaczej oddychanie komórkowe lub utlenianie biologiczne; wieloetapowy proces rozkładu substratu oddechowego, prowadzący do wydzielenia energii wykorzystywanej do syntezy ATP; zachodzi w warunkach tlenowych (oddychanie tlenowe) lub w warunkach beztlenowych (oddychanie beztlenowe i fermentacja)
teoria wyjaśniająca powstanie komórek eukariotycznych, według której część organelli komórkowych pochodzi od wolno żyjących organizmów prokariotycznych: miały one wniknąć do prakomórki i funkcjonować w niej na zasadzie endosymbiozy; zgodnie z teorią endosymbiozy mitochondria pochodzą od heterotroficznych bakterii oddychających tlenowo, a chloroplasty – od autotroficznych sinic