Какие особенности строения и функций митохондрий

Содержание
  1. Митохондрии — нечто большее, чем «фабрики энергии»
  2. Не все клетки одинаковые
  3. «Митос» и «хондрос»
  4. Строение митохондрий
  5. Различия в генах митохондрий
  6. Мутации митохондрий
  7. Происхождение митохондрий: теория эндосимбионтов
  8. Митохондрии – особенности строения, функции и роль в клетке
  9. Устройство органоида
  10. Наружная оболочка
  11. Внутренняя мембрана
  12. Периплазматическое пространство
  13. Матрикс
  14. Генерация энергии
  15. Наследственность
  16. Число митохондрий в клетке
  17. Открытие важного клеточного органоида
  18. Митохондрия
  19. Строение и функции митохондрии
  20. Ферменты митохондрий
  21. Митохондрии строение и функции
  22. Что такое митохондрии
  23. Особенности строения
  24. Функции митохондрий
  25. От чего зависит число митохондрий в клетке
  26. Кто открыл митохондрии
  27. Заключение
  28. Строение и функции митохондрий. Сходства и различия с хлоропластом
  29. Расположение в клетке и деление
  30. Функции в клетке
  31. Сходство митохондрий и хлоропластов
  32. Митохондрии
  33. Что такое митохондрии и их роль
  34. Происхождение митохондрии
  35. Строение митохондрии
  36. Функции митохондрии
  37. Митохондрии, видео
  38. Зачем же нужны митохондрии в клетке. Строение и функции
  39. Где же живут митохондрии?
  40. Основное строение митохондрий
  41. Зачем же нужны митохондрии?
  42. Можно ли повысить количество митохондрий самостоятельно?
  43. Строение и функции митохондрии видео

Митохондрии — нечто большее, чем «фабрики энергии»

Какие особенности строения и функций митохондрий

Митохондрии — это универсальные клеточные органеллы, обнаруживаемые почти у всех эукариот (живые организмы, клетки которых содержат ядро). Они критически важны, потому что производят энергию в форме АТФ, питая различные функции клеток (и организм в целом). По этой причине их часто называют «энергетическими станциями» или «фабриками энергии».

↪ ↩

Тем не менее, митохондрии — это нечто большее, чем просто «энергетические станции». Ведь именно их появлению внутри клеток мы обязаны такому огромному биоразнообразию животных и растений, которое мы сейчас наблюдаем. Дело в том, что хотя митохондрии и являются неотъемлемой частью клетки, теория симбиогенеза предполагает, что они произошли от бактерий.

Захват примитивными клетками (прокариотами) бактерий мог позволить им использовать кислород для генерации энергии, так необходимой для поддержания большого генетического аппарата (для эволюции).

Однако несмотря на миллиарды лет совместной эволюции, митохондрии сохранили многие черты самостоятельных организмов: собственная ДНК, и даже свои рибосомы, в которых тоже происходит синтез белка.

Количество митохондрий в клетке широко варьируется в зависимости от вида организма и типа ткани. Отдельная клетка может иметь от одной до нескольких миллионов митохондрий. Например, митохондрии составляют 10% массы человека, однако для некоторых энергоемких тканей и органов эта цифра может достигать 40 процентов.

Не все клетки одинаковые

Клетка может представлять из себя как «кирпичик» многоклеточного организма, так и целый организм.

За небольшим исключением, почти все клетки содержат генетический материал (ДНК и РНК), который регулирует метаболизм и синтез белков. Однако не у всех живых организмов клетки организованы одинаково.

Поэтому на основании различий в клеточной организации выделяют две группы: эукариоты и прокариоты.

Растения, животные и грибы являются эукариотами и имеют высокоупорядоченные клетки. Их генетический материал упакован в центральное ядро, которое окружено специализированными клеточными компонентами, называемыми органеллами.

Органеллы, такие как митохондрии, шероховатый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, работают как хорошо отлаженный конвейер. Одни производят энергию, другие синтезируют и упаковывают белки, третьи транспортируют их в различные части клетки и за ее пределы.

Ядро, как и большинство эукариотических органелл, связано мембранами, которые регулируют вход и выход белков, ферментов и другого клеточного материала в органеллу и из нее.

Прокариоты, с другой стороны, являются одноклеточными организмами, такими как бактерии и археи. Прокариотические клетки менее структурированы, чем эукариотические. У них нет ядра. Вместо этого их генетический материал свободно плавает в клетке. У них нет многих мембраносвязанных органелл, обнаруженных в эукариотических клетках, в том числе нет митохондрий.

«Митос» и «хондрос»

В обзоре истории митохондрий за 1981 год, опубликованном в журнале «Cell Biology», авторы Ларс Эрнстер и Готфрид Шатц отмечают, что первое истинное наблюдение за митохондриями было проведено Ричардом Альтманом в 1890 году. Хотя Альтман назвал их «биобластами», их нынешнее название было дано Карлом Бенда в 1898 году.

Оно происходит от двух греческих слов: «митос» и «хондрос», означающих нить и гранула. Дело в том, что митохондрии подстраиваются под количество поступаемой и расходуемой энергии. Добиваются они этого слиянием (образуя цепочки) и делением. При нехватке поступающей энергии они сливаются, а при избытке — делятся и утилизируют ее.

Длительная фрагментация, как и длительное слияние, влияют на качество митохондрий в клетках их функциональность.

Динамика митохондрий

Здоровые циклы деления и слияния («динамика митохондрий») – залог метаболического здоровья клетки.

Строение митохондрий

Отдельные митохондрии имеют форму капсул с наружной и волнообразной внутренней мембраной, напоминающей выступающие пальцы.

Их внутренние мембранные складки называются кристами и служат для увеличения общей площади поверхности. Они окружают матрикс, содержащий ферменты и ДНК.

На внутренней мембране также находится система окислительного фосфорилирования, работа которой обеспечивает окисление энергетических субстратов с образованием АТФ.

Митохондрии отличаются от большинства органелл (за исключением хлоропластов растений) тем, что у них есть собственный набор ДНК и генов, которые кодируют белки. По сравнению с кристой внешняя мембрана является более пористой и менее избирательной в отношении того, какие вещества она впускает.

Строение митохондрий

Основная функция митохондрий заключается в том, чтобы метаболизировать и расщеплять углеводы и жирные кислоты для выработки энергии. Эукариотические клетки используют энергию в форме химической молекулы, называемой АТФ (аденозинтрифосфат).

Генерация АТФ происходит в митохондриальном матриксе, но начальные этапы углеводного (глюкозного) метаболизма происходят вне органелл. Согласно второму изданию Джеффри Купера «The Cell: A Molecular Approach», глюкоза сначала превращается в пируват, а затем транспортируется в матрикс. С другой стороны, жирные кислоты попадают в митохондрии как есть.

Если упростить, то можно описать синтез АТФ в три связанных этапа:

  1. Используя ферменты, присутствующие в матриксе, пируват и жирные кислоты превращаются в молекулу, известную как ацетил-КоА;
  2. Ацетил-КоА становится исходным материалом для второй химической реакции, известной как цикл лимонной кислоты или цикл Кребса. Этот шаг производит много углекислого газа и две дополнительные молекулы, НАДН и ФАД, которые богаты электронами;
  3. НАДН и ФАД движутся к внутренней митохондриальной мембране и начинают третий этап: окислительное фосфорилирование. В этой последней химической реакции НАДН и ФАД отдают свои электроны кислороду, что приводит к условиям, подходящим для образования АТФ.

Однако роль «электростанции» — не единственная функция митохондрий. Кроме этого они выполняют:

  • Сигнальные функции. Ацетилирование, ретроградный сигналинг, дифферецировка клеток;
  • Функции синтеза. Синтез стероидов, гема и пуринов;
  • Функции апоптоза и метаболизма кальция. Метаболизм кальция важен для передачи нервных импульсов и т.д.

Различия в генах митохондрий

В ходе эволюции большая часть генома митохондрий была перенесена в ядро клетки, однако часть мтДНК была сохранена и все еще функциональна. Здесь и обнаруживается основное отличие митохондрии растений и животных, ведь ни смотря на то, что они не различаются по своей базовой структуре, их «остаточные» геномы совершенно разные.

Митохондриальные ДНК растений могут значительно отличаться и достигать 25 миллионов пар оснований, в то время как мтДНК млекопитающих имеют размер приблизительно от 15 000 до 16 000 п. о. (16568 у человека).

Один из наиболее маленьких митохондриальных геномов имеет малярийный плазмодий (около 6.000 п.о., содержит два гена рРНК и три гена, кодирующих белки).

Митохондриальный геном растения, хоть и изображен в виде кольца, может принимать альтернативные формы.

Карта митохондриального генома человека

У большинства многоклеточных организмов митохондриальная ДНК наследуется по материнской линии. Яйцеклетка содержит на несколько порядков больше копий митохондриальной ДНК, чем сперматозоид.

Мутации митохондрий

Как мы уже выяснили, митохондрии имеют свой генетический материал в виде кольцевой ДНК (может быть одна или несколько). С возрастом в митохондриальной ДНК накапливаются различные повреждения. Могут быть как точечные мутации, так и крупные повреждения (например, «частая» делеция 4977bp). Когда доля мутантных митохондрий в клетке достигает определенного порога возникает их дисфункция.

Есть несколько теорий почему возникают повреждения в мтДНК.

  • Повреждение свободными радикалами;
  • Ошибки репликации, клональная экспансия. Еще на этапе оплодотворения яйцеклетки могут передаваться мутантные митохондрии, количество которых увеличивается с возрастом;
  • «Войны» митохондрий между собой и иммунитетом. Эгоистичная мтДНК. Если митохондриальная ДНК выходит из митохондрии, то она является триггером иммунного воздействия.

Мы не сдаем анализы на «здоровость» своих митохондрий, но это не отменяет того факта, что нарушение их работы ведет к различным проблемам со здоровьем. К ним относятся неврологические проблемы, проблемы с сердцем, диабет, ожирение и, банально, ускоренное старение.

Происхождение митохондрий: теория эндосимбионтов

В своей статье 1967 года «О происхождении митозирующих клеток», опубликованной в «Журнале теоретической биологии», ученая Линн Маргулис предложила теорию, объясняющую, как образовались эукариотические клетки вместе с их органеллами. Она предположила, что митохондрии и хлоропласты растений когда-то были свободноживущими прокариотическими клетками, которые были поглощены примитивной эукариотической клеткой-хозяином.

Пути эволюции древнейших эукариот, согласно взглядам Линн Маргулис. Иллюстрация с сайта earthstep.wordpress.com, с изменениями

Гипотеза Маргулиса теперь известна как «теория эндосимбионтов». Деннис Сирси, почетный профессор Массачусетского университета в Амхерсте, объяснил это следующим образом:

«Две клетки начали жить вместе, обмениваясь каким-либо субстратом или метаболитом (продуктом метаболизма, таким как АТФ). Объединение стало обязательным, так что теперь клетка-хозяин не может жить отдельно».

Согласно статье Майкла Грея о эволюции митохондрий, опубликованной в 2012 году в журнале Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, Маргулис основывала свою гипотезу на двух ключевых фактах.

Во-первых, митохондрии имеют свою собственную ДНК.

Во-вторых, органеллы способны транслировать сообщения, закодированные в их генах, в белки без использования каких-либо ресурсов эукариотической клетки.

Секвенирование генома и анализ митохондриальной ДНК установили, что Маргулис была права относительно происхождения митохондрий. Происхождение органеллы было прослежено до примитивного бактериального предка, известного как альфа-протеобактерии.

Несмотря на подтверждение бактериального наследия митохондрий, теория эндосимбионтов продолжает изучаться. «Один из самых больших вопросов сейчас — «Кто является клеткой-хозяином?».

Как отмечает Грей в своей статье, остаются вопросы о том, возникли ли митохондрии после возникновения эукариотической клетки (как это было предположено в теории эндосимбионтов) или же возникли митохондрии и клетки-хозяева одновременно.

Источник: https://sci-news.ru/2019/mitohondrii/

Митохондрии – особенности строения, функции и роль в клетке

Какие особенности строения и функций митохондрий

Важнейшими характеристиками органеллы являются окисление органических веществ и синтез АТФ. Следует подробнее рассмотреть особенности строения митохондрии и её функции в таблице.

Устройство органоида

Главными компонентами митохондрии являются внутренняя и внешняя мембрана, межмембранное пространство и матрикс. Диаметр, как правило, около одного микрометра.

Наружная оболочка

Толщина наружной мембраны порядка 7 нанометров. На ней нет рубцов и неровностей, она замыкается на себя. Площадь внешней оболочки составляет почти 7% от общей площади мембран всех органоидов клетки. Её главное назначение — создание границы между цитоплазмой и митохондрией. В состав верхней оболочки входят липиды с белковыми включениями в пропорции 2 к 1.

Отдельную функцию выполняет белковое соединение порин, образующий каналы. Он создаёт в мембране сквозные проходы диаметром от 2 до 3 нанометров. Сквозь них могут свободно проходить ионы и маленькие молекулы массой не более 5 кДа .

Большие молекулы проходят через внешнюю стенку только с помощью активной транспортировки посредством транспортных веществ оболочек органеллы.

Для внешней мембраны типично наличие ферментов:

  • ацил-СоА-синтетазы,
  • монооксигеназы,
  • фосфолипазы А 2.

Она способна к взаимодействию с диафрагмой ретикулума эндоплазмы, что играет немаловажную роль в перемещении ионов кальция и липидов.

Внутренняя мембрана

В состав внутренней оболочки входят комплексы белков в пропорции белок/липид 3 к 1. Она создаёт своеобразный рисунок в виде множественных складок (Кристы), значительно увеличивающих площадь поверхности.

В клетках печёнки она занимает почти 1/3 от всей поверхности клеточных мембран.

Состав перегородки характеризуется присутствием кардиолипина — специального фосфолипида, который содержит 4 жирные кислоты и делает стенки совершенно непроходимыми для протонов.

Ещё одной отличительной чертой внутренней мембраны органоида является наличие белков, достигающее 70% от массы. Это транспортные соединения, ферменты дыхательной цепочки и большие АТФ-синтетазные комплексы.

В сравнении с наружной, скрытая мембрана не имеет характерных отверстий для перемещения ионов и мельчайших молекул. На обращённой к матриксу поверхности расположены специфические молекулы АТФ-синтазы, которые состоят из основы, стойки и головки. При проходе сквозь них протонов образуется АТФ. В основе частиц находятся составляющие дыхательной цепочки и заполняют всю толщу мембраны.

У обеих перегородок есть точки соприкосновения, в них находится особый рецепторный белок, помогающий передвижению белков митохондрии, получивших кодировку в ядре, к матриксу.

Периплазматическое пространство

Это пространство располагается между внутренней и внешней мембранами. Его размер колеблется от 10 до 20 нанометров.

Количество ионов и малых молекул в межмембранном промежутке небольшое и отличается от концентрации в цитоплазме, так как внешняя оболочка органеллы для них проницаема.

Но более массивным белкам для транспортировки из цитоплазмы в периплазматическую область важно обладать специальными сигнальными пептидами.

По этой причине белковые составляющие цитоплазмы и межмембранной зоны различаются. Одним из белков, содержащийся не только в этой области, но и во внутренней оболочке, является цитохром С.

Матрикс

Эта область ограничена внутренней оболочкой. В светло-красной субстанции или матриксе располагаются аппараты ферментного окисления жирных кислот пирувата, а также ферменты оборота трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Помимо этого, в матриксе присутствуют ДНК и РНК органеллы, а также механизм митохондрии для образования белков.

Генерация энергии

функция митохондрии — синтез АТФ. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный вид химической энергии во всякой живой клетке. Наравне с прокариотом, молекула АТФ зарождается двумя способами:

  • при субстратном фосфорилировании в жидкостной стадии (гликолизе);
  • мембранным фосфорилированием, которое относится к применению энергии трансмембранного электрохимического градиента протонов (ион водорода).

Органелла пользуется обоими методами: первый подходит для стартовых процессов окисления субстрата в матриксе, а с помощью второго заканчиваются процессы образования энергии и относится он к Кристам органеллы.

Особенность митохондрии, как энергообразующего органоида эукариотов, определяет второй метод образования АТФ, который в биологии называется «хемиосмотическое сопряжение».

Смысл состоит в постепенном преобразовании химической энергии возрождающих эквивалентов НАДН (Никотинамидадениндинуклеоти́д) в электрохимический протонный градиент ΔμН+ с обеих сторон внутренней диафрагмы митохондрии, что активизирует мембранно-связанную АТФ-синтазу и заканчивается появлением макроэргической связи в молекуле АТФ.

Кратко всю схему генерирования энергии в органеллах можно разделить на 4 базовых этапа, первые 2 проходят в матриксе, а остальные 2— на Кристах органеллы:

  1. Преобразование попавших из цитоплазмы в органеллу пирувата и жирных кислот в ацетил-СоА.
  2. Оксидирование ацетил-СоА в цикле Кребса, приводящее к формированию НАДН и двух молекул СО 2.
  3. Перевод электронов с НАДН на кислород по цепочке дыхания с формированием Н2О.
  4. Формирование АТФ по итогам работы мембранного АТФ-синтетазного комплекса.

Наследственность

Дезоксирибонуклеиновая кислота митохондрии почти всегда переходит по линии матери.

Каждая органелла имеет несколько участков нуклеотидов в ДНК, которые имеют абсолютное сходство во всех митохондриях (в клетке множество таких клонов), что очень важно для этих энергетических станций, у которых отсутствует способность восстанавливать молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты от повреждений (замечается большая частота мутаций) .

Весь комплекс наследственных заболеваний человека связан с мутациями в ДНК органеллы.

Число митохондрий в клетке

Основное количество органелл накапливается около тех участков клетки, где появляется потребность в запасах энергии. Например, много органоидов скапливается в месте позиционирования миофибрилл, представляющих собой порцию клеток мускулатуры, заставляющих мышцы сокращаться.

В мужских половых клетках митохондрии размещаются возле оси жгута — существуют догадки, что потребность в АТФ объясняется непрерывным вилянием хвостика гаметы. Таким же образом располагаются митохондрии и у простейших организмов, использующих для движения особо приспособленные реснички.

Энергетические станции локализуются под оболочкой прямо рядом с их основанием. В нервных клетках основная часть митохондрий располагается рядом синапсами, посредством которых происходит передача сигналов нервной системы.

В клетках, образующих белки, органеллы наблюдаются в местах эргастоплазмы — они передают энергию, обеспечивающую этот процесс.

Открытие важного клеточного органоида

Митохондрию открыл немецкий учёный Рихард Альтман в 90—94 гг. XIX в., вместе с этим гистолог и анатом из Германии развёрнуто описал органеллу. Своё название митохондрия получила в 1897—1898 гг. благодаря К. Бренду.

Причастность органелл к процессам дыхания клетки смог подтвердить Отто Вагбург в 1920 г. К концу XX в. стало ясно, что, выпуская сигнализирующие молекулы, митохондрии запускают смерть клетки.

Значение митохондрии для любой живой клетки очень важно. Эта структура выполняет роль силовой станции, которая генерирует молекулы АТФ, позволяя происходить процессам жизнедеятельности.

В основе деятельности митохондрий лежит окислении органических соединений, результатом чего генерируется энергетический потенциал.

Источник: https://nauka.club/anatomiya/mitokhondrii.html

Митохондрия

Какие особенности строения и функций митохондрий

Митохондрия – это двумембранный органоид эукариотической клетки, основная функция которого синтез АТФ – источника энергии для жизнедеятельности клетки.

Количество митохондрий в клетках не постоянно, в среднем от нескольких единиц до нескольких тысяч. Там, где процессы синтеза идут интенсивно, их больше.

Также варьирует размер митохондрий и их форма (округлые, вытянутые, спиральные, чашевидные и др.). Чаще имеют округлую вытянутую форму, диаметром до 1 микрометра и длиной до 10 мкм.

Могут перемещаться в клетке с током цитоплазмы или оставаться в одном положении. Перемещаются к местам, где больше всего требуется выработка энергии.

Согласно гипотезе симбиогенеза митохондрии произошли от аэробных бактерий, внедрившихся в другую прокариотическую клетку. Эти бактерии начали снабжать клетку дополнительным количеством молекул АТФ, а получать от нее питательные вещества. В процессе эволюции они потеряли автономность, передав часть своих генов в ядро и став таким образом клеточной органеллой.

В клетках новые митохондрии появляются в основном путем деления ранее существующих, т. е. они не синтезируются заново, что напоминает процесс размножения и говорит в пользу симбиогенеза.

Строение и функции митохондрии

Митохондрия состоит из

  • двух мембран — внешней и внутренней,
  • межмембранного пространства,
  • внутреннего содержимого — матрикса,
  • крист, представляющих собой выросты в матрикс внутренней мембраны,
  • собственной белок-синтезирующей системы: ДНК, рибосом, РНК,
  • белков и их комплексов, в том числе большого количества ферментов и коферментов,
  • других молекул и гранул различных веществ, находящихся в матриксе.

Внешняя и внутренняя мембраны выполняют разные функции, поэтому различается их химический состав. Расстояние между мембранами составляет до 10 нм.

Внешняя мембрана митохондрий по строению схожа с плазмалеммой, окружающей клетку, и выполняет в основном барьерную функцию, отграничивая содержимое органоида от цитоплазмы. Через нее проникают мелкие молекулы, транспорт крупных избирателен.

В некоторых местах внешняя мембрана соединена с ЭПС, каналы которой открываются в митохондрию.

На внутренней мембране, в основном ее выростах — кристах, располагаются ферменты, образуя мультиферментативные системы. Поэтому по химическому составу здесь преобладают белки, а не липиды. Количество крист варьирует в зависимости от интенсивности процессов. Так в митохондриях мышц их очень много.

В некоторых местах внешняя и внутренняя мембрана соединяются между собой.

У митохондрий, также как у хлоропластов, есть своя белоксинтезирующая система — ДНК, РНК и рибосомы. Генетический аппарат представляет собой кольцевую молекулу – нуклеоид, как у бактерий.

Рибосомы митохондрий растений схожи с бактериальными, у животных митохондриальные рибосомы мельче не только цитоплазматических, но и бактериальных.

Часть необходимых белков митохондрии синтезируют сами, другую часть получают из цитоплазмы, так как эти белки кодируются ядерными генами.

функция митохондрий — снабжать клетку энергией, которая путем многочисленных ферментативных реакций извлекается из органических соединений и запасается в АТФ. Часть реакций идет с участием кислорода, в других выделяется углекислый газ. Реакции идут как в матриксе (цикл Кребса), так и на кристах (окислительное фосфорилирование).

Следует иметь в виду, что в клетках АТФ синтезируется не только в митохондриях, но и в цитоплазме в процессе гликолиза. Однако эффективность этих реакций невысока. Особенность функции митохондрий в том, что в них протекают реакции не только бескислородного окисления, но и кислородный этап энергетического обмена.

Другими словами, функция митохондрий – активное участие в клеточном дыхании, к которому относят множество реакций окисления органических веществ, переноса протонов водорода и электронов, идущих с выделением энергии, которая аккумулируется в АТФ.

Ферменты митохондрий

Ферменты транслоказы внутренней мембраны митохондрий осуществляют активный транспорт АДФ и АТФ.

В структуре крист выделяют элементарные частицы, состоящие из головки, ножки и основания. На головках, состоящих из фермента АТФазы, происходит синтез АТФ. АТФаза обеспечивает сопряжение фосфорилирования АДФ с реакциями дыхательной цепи.

Компоненты дыхательной цепи находятся в основании элементарных частиц в толще мембраны.

В матриксе находится большая часть ферментов цикла Кребса и окисления жирных кислот.

В результате активности электротранспортной дыхательной цепи ионы водорода поступают в нее из матрикса, а высвобождаются на наружной стороне внутренней мембраны. Это осуществляют определенные мембранные ферменты. Разница в концентрации ионов водорода по разные стороны мембраны приводит к возникновению градиента pH.

Энергию для поддержания градиента поставляет перенос электронов по дыхательной цепи. Иначе ионы водорода диффундировали бы обратно.

Энергия градиента pH используется для синтеза АТФ из АДФ:

АДФ + Ф = АТФ + H2O (реакция обратима)

Образующаяся вода ферментативно удаляется. Это, наряду с другими факторами, облегчает протекание реакции слева направо.

plustilino © 2019. All Rights Reserved

Источник: https://biology.su/cytology/mitochondrion

Митохондрии строение и функции

Какие особенности строения и функций митохондрий

Строение и функции митохондрий представляют собой довольно сложный вопрос. Наличие органеллы характерно почти для всех ядерных организмов – как для автотрофов (растений, способных к фотосинтезу), так и для гетеротрофов, которыми являются почти все животные, некоторые растения и грибы.

Главное предназначение митохондрий – окисление органических веществ и последующее использование освободившейся в результате этого процесса энергии. По этой причине органеллы имеют также и второе (неофициальное) название – энергетические станции клетки. Иногда их называют «пластидами катаболизма».

Что такое митохондрии

Термин имеет греческое происхождение. В переводе это слово означает «нить» (mitos), «зернышко» (chondrion). Митохондрии являются постоянными органоидами, которые имеют огромное значение для нормального функционирования клеток и делают возможным существование всего организма в целом.

«Станции» имеют специфическую внутреннюю структуру, которая изменяется в зависимости от функционального состояния митохондрии. Их форма может быть двух видов – овальная или продолговатая. Последняя нередко имеет ветвящийся вид. Число органоидов в одной клетке колеблется от 150 до 1500.

Особый случай – половые клетки. В сперматозоидах присутствует всего лишь одна спиральная органелла, в то время как женских гаметах содержится в сотни тысяч больше митохондрий.

В клетке органоиды не зафиксированы в одном месте, а могут передвигаться по цитоплазме, совмещаться друг с другом.

Их размер составляет 0,5 мкм, длина может достигать 60 мкм, в то время как минимальный показатель – 7 мкм.

Определить размер одной «энергетической станции» – непростая задача. Дело в том, что при рассмотрении в электронный микроскоп на срез попадает только часть органеллы. Случается так, что спиральная митохондрия имеет несколько сечений, которые можно принять за отдельные, самостоятельные структуры.

Только объемное изображение позволит выяснить точное клеточное строение и понять, идет речь о 2-5 отдельных органоидах или же об одной, имеющей сложную форму митохондрии.

Особенности строения

Оболочка митохондрии состоит из двух слоев: наружного и внутреннего. Последний включает в себя различные выросты и складки, которые имеют листовидную и трубчатую форму.

Каждая мембрана имеет особенный химический состав, определенное количество тех или иных ферментов и конкретное предназначение. Наружную оболочку от внутренней отделяет межмембранное пространство толщиной 10-20 нм.

Весьма наглядно выглядит строение органеллы на рисунке с подписями.

Схема строения митохондрии

Посмотрев на схему строения, можно сделать следующее описание. Вязкое пространство внутри митохондрии называется матриксом. Его состав создает благоприятную среду для протекания в ней необходимых химических процессов. В его составе присутствуют микроскопические гранулы, которые содействуют реакциям и биохимическим процессам (например, накапливают ионы гликогена и других веществ).

В матриксе находятся ДНК, коферменты, рибосомы, т-РНК, неорганические ионы. На поверхности внутреннего слоя оболочки располагаются АТФ-синтаза и цитохромы. Ферменты способствуют таким процессам, как цикл Кребса (ЦТК), окислительное фосфорилирование и т. д.

Таким образом, главная задача органоида выполняется как матриксом, так и внутренней стороной оболочки.

Функции митохондрий

Предназначение «энергетических станций» можно охарактеризовать двумя основными задачами:

  • выработка энергии: в них осуществляются окислительные процессы с последующим выделением молекул АТФ,
  • хранение генетической информации,
  • участие в синтезе гормонов, аминокислот и других структур.

Процесс окисления и выработки энергии проходят в несколько стадий:

  1. На первом этапе (подготовительном) сложные органические соединения разделяются на простые. Кратко это можно изобразить на схеме расщепления органических веществ.
  2. Вторая стадия, где отсутствует кислород, заключается в окислении углеводов без участия такового (анаэробное окисление, гликолиз). Главным субстратом на данном этапе служит глюкоза. В результате гликолиза происходит неполное ее окисление, что дает всего две молекулы АТФ.
  3. Следующий этап – кислородный, осуществляется в самих митохондриях: в процессе расщепления молочной кислоты и потребления кислорода выделяется углекислый газ, и синтезируется большое количество энергии.

Схематичный рисунок синтеза АТФ

Стоит отметить: в результате цикла Кребса (цикл лимонной кислоты) не образуются молекулы АТФ, происходит окисление молекул и выделение углекислого газа. Это промежуточный этап между гликолизом и электронтранспортной цепью.

От чего зависит число митохондрий в клетке

Превалирующее число органоидов скапливается рядом с теми участками клетки, где возникает необходимость в энергетических ресурсах. В частности, большое количество органелл собирается в зоне нахождения миофибрилл, которые являются частью мышечных клеток, обеспечивающих их сокращение.

В мужских половых клетках структуры локализуются вокруг оси жгутика – предполагается, что потребность в АТФ обусловлена постоянным движением хвоста гаметы. Точно так же выглядит расположение митохондрий у простейших, которые для передвижения используют специальные реснички – органеллы скапливаются под мембраной у их основания.

Что касается нервных клеток, то локализация митохондрий наблюдается вблизи синапсов, через которые передаются сигналы нервной системы. В клетках, синтезирующих белки, органеллы скапливаются в зонах эргастоплазмы – они поставляют энергию, которая обеспечивает данный процесс.

Кто открыл митохондрии

Автором данного события стал ученый из Германии Рихард Альтман. Произошло это в 1890-1894 годах, в это же время немецкий анатом и гистолог составил подробное описание органоида.

https://www.youtube.com/watch?v=iCSU-NPX7z4

Свое название клеточная структура обрела в 1897-1898 годах благодаря К. Бренду. Связь процессов клеточного дыхания с митохондриями сумел доказать Отто Вагбург в 1920 году.

Заключение

Митохондрии являются важнейшей составляющей живой клетки, выступая в роли энергетической станции, которая производит молекулы АТФ, обеспечивая тем самым процессы клеточной жизнедеятельности.

Работа митохондрий основана на окислении органических соединений, в результате чего происходит генерация энергетического потенциала.

Источник: https://tvercult.ru/nauka/mitohondrii-stroenie-i-funktsii

Строение и функции митохондрий. Сходства и различия с хлоропластом

Какие особенности строения и функций митохондрий

Митохондрии — это микроскопические мембранные органоиды, которые обеспечивают клетку энергией. Поэтому их называют энергетическими станциями (аккумулятором) клеток.

Митохондрии отсутствуют в клетках простейших организмов, бактерий, энтамеб, которые живут без использования кислорода. Некоторые зеленые водоросли, трипаносомы содержат одну большую митохондрию, а клетки сердечной мышцы, мозга имеют от 100 до 1000 данных органелл.

Расположение в клетке и деление

Хондриом – это группа митохондрий, которые сосредоточены в одной клетке. Они по-разному располагаются в цитоплазме, что зависит от специализации клеток.

Размещение в цитоплазме также зависит от окружающих ее органелл и включений.  В клетках растений они занимают периферию, так как к оболочке митохондрии отодвигаются центральной вакуолью.

В клетках почечного эпителия мембрана образует выпячивания, между которыми находятся митохондрии.

В стволовых клетках, где энергия используется равномерно всеми органоидами, митохондрии размещены хаотично. В специализированных клетках они, в основном, сосредоточены в местах наибольшего потребления энергии.

К примеру, в поперечно-полосатой мускулатуре они расположены возле миофибрилл. В сперматозоидах они спирально охватывают ось жгутика, так как для приведения его в движение и перемещения сперматозоида нужно много энергии.

Простейшие, которые передвигаются при помощи ресничек, также содержат большое количество митохондрий у их основания.

Деление. Митохондрии способны к самостоятельному размножению, имея собственный геном. Органеллы делятся с помощью перетяжки или перегородок. Формирование новых митохондрий в разных клетках отличается периодичностью, например, в печеночной ткани они сменяются каждые 10 дней.

Функции в клетке

  1. Основная функция митохондрий – образование молекул АТФ.
  2. Депонирование ионов Кальция.
  3. Участие в обмене воды.
  4. Синтез предшественников стероидных гормонов.

Молекулярная биология – это наука, изучающая роль митохондрий в метаболизме. В них также идет превращение пирувата в ацетил-коэнзим А, бета-окисление жирных кислот.

Таблица: строение и функции митохондрий (кратко)
Структурные элементыСтроениеФункции
Наружная мембранаГладкая оболочка, построена из липидов и белковОтграничивает внутреннее содержимое от цитоплазмы
Межмембранное пространствоНаходятся ионы водорода, белки, микромолекулыСоздает протонный градиент
Внутренняя мембранаОбразует выпячивания – кристы, содержит белковые транспортные системыПеренос макромолекул, поддержание протонного градиента
МатриксМесто расположения ферментов цикла Кребса, ДНК, РНК, рибосомАэробное окисление с высвобождением энергии, превращение пирувата в ацетил-коэнзим А.
РибосомыОбъединённые две субъединицыСинтез белка

Сходство митохондрий и хлоропластов

Общие свойства для митохондрий и хлоропластов обусловлены, прежде всего, наличием двойной мембраны.

Признаки сходства также заключаются в способности самостоятельно синтезировать белок. Эти органеллы имеют свое ДНК, РНК, рибосомы.

И митохондрии и хлоропласты могут делиться с помощью перетяжки.

Объединяет их также возможность продуцировать энергию, митохондрии более специализированы в этой функции, но хлоропласты во время фотосинтезирующих процессов тоже образуют молекулы АТФ. Так, растительные клетки имеют меньше митохондрий, чем животные, потому что частично функции за них выполняют хлоропласты.

Опишем кратко сходства и различия:

  • Являются двомембранными органеллами;
  • внутренняя мембрана образует выпячивания: для митохондрий характерны кристы, для хлоропластов – тиллакоиды;
  • обладают собственным геномом;
  • способны синтезировать белки и энергию.

Различаются данные органоиды своими функциями: митохондрии предназначены для синтеза энергии, здесь осуществляется клеточное дыхание, хлоропласты нужны растительным клеткам для фотосинтеза.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (17 4,24 из 5)
Загрузка…

Источник: https://animals-world.ru/mitoxondrii-stroenie-i-funkcii/

Митохондрии

Какие особенности строения и функций митохондрий

  • Что такое митохондрии и их роль
  • Происхождение митохондрии
  • Строение митохондрии
  • Функции митохондрии
  • Ферменты митохондрий
  • Митохондрии, видео
  • Еще в далеком XIX веке с интересом изучая посредством первых не совершенных еще тогда микроскопов, строение живой клетки, биологи заметили в ней некие продолговатые зигзагоподобные объекты, которые получили название «митохондрии». Сам термин «митохондрия» составлен из двух греческих слов: «митос» – нитка и «хондрос» – зернышко, крупинка.

    Что такое митохондрии и их роль

    Митохондрии представляют собой двумембранный органоид эукариотической клетки, основное задание которого – окисление органических соединений, синтез молекул АТФ, с последующим применением энергии, образованной после их распада. То есть по сути митохондрии это энергетическая база клеток, говоря образным языком, именно митохондрии являются своего рода станциями, которые вырабатывают необходимую для клеток энергию.

    Количество митохондрий в клетках может меняться от нескольких штук, до тысяч единиц. И больше их естественно именно в тех клетках, где интенсивно идут процессы синтеза молекул АТФ.

    Сами митохондрии также имеют разную форму и размеры, среди них встречаются округлые, вытянутые, спиральные и чашевидные представители. Чаще всего их форма округлая и вытянутая, с диаметром от одного микрометра и до 10 микрометров длинны.

    Примерно так выглядит митохондрия.

    Также митохондрии могут, как перемещаться по клетке (делают они это благодаря току цитоплазмы), так и неподвижно оставаться на месте. Перемещаются они всегда в те места, где наиболее требуется выработка энергии.

    Происхождение митохондрии

    Еще в начале прошлого ХХ века была сформирована так званая гипотеза симбиогенеза, согласно которой митохондрии произошли от аэробных бактерий, внедренных в другую прокариотическую клетку.

    Бактерии эти стали снабжать клетку молекулами АТФ взамен получая необходимые им питательные вещества.

    И в процессе эволюции они постепенно потеряли свою автономность, передав часть своей генетической информации в ядро клетки, превратившись в клеточную органеллу.

    Строение митохондрии

    Митохондрии состоят из:

    • двух мембран, одна из них внутренняя, другая внешняя,
    • межмембранного пространства,
    • матрикса – внутреннего содержимого митохондрии,
    • криста – это часть мембраны, которая выросла в матриксе,
    • белок синтезирующей системы: ДНК, рибосом, РНК,
    • других белков и их комплексов, среди которых большое число всевозможных ферментов,
    • других молекул

    Так выглядит строение митохондрии.

    Внешняя и внутренняя мембраны митохондрии имеют разные функции, и по этой причине различается их состав. Внешняя мембрана своим строением схожа с мембраной плазменной, которая окружает саму клетку и выполняет в основном защитную барьерную роль. Тем не менее, мелкие молекулы могут проникать через нее, а вот проникновение молекул покрупнее уже избирательно.

    На внутренней мембране митохондрии, в том числе на ее выростах – кристах, располагаются ферменты, образуя мультиферментативные системы. По химическому составу тут преобладают белки. Количество крист зависит от интенсивности синтезирующих процессов, к примеру, в митохондриях клеток мышц их очень много.

    У митохондрий, как впрочем, и у хлоропластов, имеется своя белоксинтезирующая система – ДНК, РНК и рибосомы. Генетический аппарат имеет вид кольцевой молекулы – нуклеотида, точь в точь как у бактерий. Часть необходимых белков митохондрии синтезируют сами, а часть получают извне, из цитоплазмы, поскольку эти белки кодируются ядерными генами.

    Функции митохондрии

    Как мы уже написали выше, основная функция митохондрий – снабжение клетки энергией, которая путем многочисленных ферментативных реакций извлекается из органических соединений. Некоторые подобные реакции идут с участием кислорода, а после других выделяется углекислый газ. И реакции эти происходят, как внутри самой митохондрии, то есть в ее матриксе, так и на кристах.

    Если сказать иначе, то роль митохондрии в клетке заключается в активном участии в «клеточном дыхании», к которому относится множество химических реакций окисления органических веществ, переносов протонов водорода с последующим выделением энергии и т. д.

    Митохондрии, видео

    И в завершение интересное образовательное видео о митохондриях.

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

    Эта статья доступна на английском языке – Mitochondria: Structure, Function and Role in the Cell.

    Источник: https://www.poznavayka.org/biologiya/mitohondrii/

    Зачем же нужны митохондрии в клетке. Строение и функции

    Какие особенности строения и функций митохондрий

    Митохондрии, что же это такое и какую они выполняют функцию. Кончено не каждый человек понимает, зачем ему нужна эта информация. Но, если вы внимательно прочтете эту статью, то ваше мнение поменяется.

    Внутреннюю организацию клеток, как животных, так и растений, можно сравнить с коммуной. Как это понимать?

    Это означает, что все клетки равны, и они в свою очередь выполняют одну специфическую роль. Основная роль клеток заключается в создании сбалансированного ансамбля.

    Что касается митохондрий, то это отдельная структура. Включает в себя множество внутриклеточных функций.

    статьи:1. Общая информация

       1.1. Где же живут митохондрии?
    2. Основное строение митохондрий
    3. Функции митохондрий
       3.1. Зачем же нужны митохондрии?
    4. Можно ли повысить количество митохондрий самостоятельно?
    5. Строение и функции митохондрии видео

    Структуру открыли еще в середине XIX века. Стоит отметить, что в течение целых 150 лет, все ученые считали, что митохондрии способны выполнять только единственную функцию, а именно быть энергетической машиной клетки.

    Для того чтобы было немного понятно: организм получает питательные компоненты, после чего происходит процесс деградации, который доходит до митохондрии. Затем наблюдается окислительная деградация всех питательных компонентов, которые поступили в организм.

    Где же живут митохондрии?

    Митохондрии находятся в цитоплазме, а именно в тех районах, где появляется необходимость в АТФ.

    Если более внимательно посмотреть с точки зрения биологии, то митохондрий много в мышечной ткани сердца. В сперматозоидах также расположены митохондрии, а их основная цель это создать защитную маскировку. В сперматозоидах митохондрии вырабатывают значительно меньше энергии, чем в мышечной ткани сердца.

    Дофамин. Как повысить уровень в организме. Продукты. Препараты

    Основное строение митохондрий

    Митохондрий имеет достаточно сложную структуру. Состоит из двух мембран, а именно из внешней и внутренней. Помимо этого имеется межмембранное пространство.

    Внутри самого митохондрия располагается матрикса, иными словами это внутреннее содержимое. Под микроскопом на матриксе можно заметить небольшие выросты, это крист.

    Синтез собственного белка происходит за счет ДНК, РНК и конечно же рибосом.

    Что касается внешней и внутренней мембраны, то они выполняют разнообразные функции. Именно по этой причины ученые разделили функциональные способности на химический состав.

    Мембрана не превышает более чем 10 нм. Внешняя мембрана немного похожа на плазмалемму, поэтому она выполняет барьерную функцию.

    Внутренняя мембрана митохондрий состоит из крист, за счет этого она образует мультиферментативную систему.

    Зачем же нужны митохондрии?

    Теперь вы знаете, что митохондрии это клеточные органеллы, которые являются основным источником энергии. Для производства энергии, органеллам нужен не только кислород, но и глюкоза.

    С глюкозой все более просто, пополнить ее запасы можно с пищей, но, а как же быть с кислородом?

    Каждый человек воспринимает за дыхание вдох и выдох, это естественное внешнее дыхание. Процесс самого дыхания необходимо рассмотреть с иной точки зрения.

    Итак, когда человек вдыхание, кислород начинает поступать в альвеолы, после чего проникает в кровь, затем разноситься дальше по клеткам и тканям организма.

    Кислород состоит из клеток, которые в свою очередь могут окислять питательные компоненты и тем самым выделятся энергия. Зафиксируем ваше внимание: конечный результат процесса – и есть выработка в митохондриях энергии. В медицинской практике данный процесс называют клеточным дыханием.

    Теперь можно сделать небольшой вывод: чем больше будет митохондрий, тем больше наш организм получит питательных веществ.

    Можно ли повысить количество митохондрий самостоятельно?

    Да, повысить количество органелл в организме можно, главное знать как. Самый простой способ это заняться аэробным бегом. В момент аэробного бега, человек дышит свободно, тем самым поступает достаточно большое количество кислорода.

    Теперь рассмотрим, как же повысить проникновение кислорода в клетку.

    Итак, для того чтобы увеличить парциальное давление, непосредственно углекислого газа, необходимо ежедневно делать упражнения на носовое дыхание. Например: вдох и выдох через нос.

    Выдыхать носом очень тяжело для человека, но при этом есть возможность накопить много углекислого газа. Второй способ – проводить дыхательную гимнастику по методу Бутейко.

    Самый простой вариант, это конечно же, использовать специальные маски или аппараты.

    Помимо упражнений и аппаратов, необходимо придерживаться правильного питания. В рацион включить как можно больше продуктов, которые богаты на полезные витамины и макро и микроэлементы.

    Например:

    1. Мясо.
    2. Рыбу.
    3. Фрукты и овощи.

    Категорически запрещается кушать кондитерские выпечки, пить газированные напитки.

    Для того чтобы повысить уровень глюкозы в организме, которая также активно участвует синтезе АТФ, включить в рацион питания сухофрукты, мед (при условии, что нет аллергической реакции на продукт).

    Как повысить уровень серотонина в организме. 6 способов

    Некоторые врачи советуют использовать витамины и добавки в драже или капсулах. Купить витаминный комплекс в состав которого входит магний, витамины из группы В и С, D-рибоза.

    Строение и функции митохондрии видео

    Вам также может понравиться

    Источник: https://domovouyasha.ru/mitohondrii-funktsii-i-stroenie/

    Ваш лекарь
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: