Какова масса митохондриальных рибосом

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
  9. Функции митохондрий
  10. Строение митохондрий
  11. Процессы, происходящие в митохондриях
  12. Наружная мембрана митохондрий
  13. Внутренняя мембрана митохондрий
  14. Межмембранное пространство митохондрий
  15. Матрикс митохондрий
  16. Рибосомы митохондрий
  17. Митохондрия
  18. Строение и функции митохондрии
  19. Ферменты митохондрий
  20. Рибосомы. Хлоропласты. Митохондрии
  21. Пластиды: хлоропласты
  22. Митохондрии – энергетические центры клетки
  23. Митохондрия – государство в государстве клетки?
  24. 1. Граница
  25. 2. Собственные органы власти
  26. 3. Собственная логистика и инфраструктура
  27. Что такое митохондрии и их роль
  28. Происхождение митохондрии
  29. Строение митохондрии
  30. Функции митохондрии
  31. Митохондрии, видео

Митохондрии — нечто большее, чем «фабрики энергии»

Какова масса митохондриальных рибосом

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.

[attention type=yellow]

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

[/attention]

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).

[attention type=red]

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

[/attention]

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

Какова масса митохондриальных рибосом

Движение является важным составляющим фактором человеческой жизни. Однако, движение происходит благодаря энергии, которая в свою очередь поступает через еду, воду, кислород.

Для преобразования вышеуказанных элементов в энергию, которая так необходима человеку для жизненных потребностей, в человеческом организме находятся одни из самых важных и трудолюбивых звеньев живой клетки — митохондрии. Отсутствие митохондрий делает невозможным функционирование клетки.

Количество митохондрий в живой клетке зависит от ее активности и составляет в среднем от двухсот до
нескольких тысяч. В молодых растущих и активно функционирующих клетках организма митохондрий гораздо больше, чем в старых. Объем митохондрии составляет около двадцати пяти процентов от объема живой клетки.

Считается, что митохондрии произошли из древнего симбиоза, возникшего в период поглощения ядросодержащей клеткой аэробный прокариот. Захваченная клетка начала полагаться на защитную среду хозяйской клетки, которая, в свою очередь, полагалась на поглощенный прокариот для производства энергии.

По прошествии времени потомки поглощенного прокариота превратились в митохондрии. Их работа с использованием кислорода для создании энергии стала критически важной для эволюции эукариота.

Современные митохондрии имеют огромное сходство с некоторыми современными прокариотами несмотря на прошедший многовековой период со времен древнего симбиотического события.

[attention type=green]

Митохондрии представляют собой маленькие энергетические станции клеток, которые вырабатывают необходимую энергию для живых клеток. Расположена митохондрия в цитоплазме клетки и способна занимать до двадцати процентов ее объема.

[/attention]

Митохондрий в организме огромное количество, они используют углеводы и кислород для производства энергии. Формы и размеры митохондрий бывают разнообразные, по большей части они вытянутые округлой формы, способные достигать длины до десяти микрометров. Митохондрии могут быть неподвижными, а также передвигаться по живой клетке.

Они всегда продвигаются в пространство, в котором больше всего необходима выработать энергию.

Митохондрия достаточно самостоятельная органелла, имеющая свою собственную систему по синтезу белка — рибосомы, РНК, ДНК. Собственная генетическая система митохондрии отделена от генома клетки. Определенное количество белков митохондрии способны синтезировать самостоятельно, а часть получать из цитоплазмы.

Митохондрии считаются полуавтономными, так как частично зависят от клетки для репликации и роста. Как и бактерии, митохондрии имеют кольцевую ДНК, реплицируются репродуктивным процессом, который называется бинарным делением. Таким образом, митохондрии способные к размножению органеллы. Их обновление происходит в течении всего клеточного цикла.

Воспроизведение митохондрий происходит путем их деления, то есть распадения органеллы на новые две митохондрии благодаря возникшей в середине митохондрии перегородке. Процесс их деления независим от деления клетки. Кроме того, до репликации эти органеллы способны сливаться воедино одна с другой. Длительность жизни митохондрий составляет несколько дней.

  

Функции митохондрий

Митохондрии представляют собой своеобразные станции по выработке энергии живых клеток. За счет окисления различных органических соединений митохондрии высвобождают энергию путем её распада. Данный процесс является сложным и происходит в несколько этапов.

Кроме энергетической функции митохондрии берут участие в регулировании обмена веществ и воды, синтезе гормонов и прочих структур организма, а также хранят генетическую информацию. Митохондрии участвуют в контроле роста, деления и гибели клеток, регулируют содержание ионов кальция в клетках.

Кальций жизненно важен для ряда клеточных процессов, поэтому митохондрия способна поглощать и удерживать ионы кальция до того времени, когда они понадобятся клеткам.  

[attention type=yellow]

Митохондрии существуют в живых клетках не только человека, но и в клетках животных и растений, кроме примитивных бактерий. Правильное функционирование митохондрий способно влиять на продолжительность жизни.

[/attention]

Регулярные физические нагрузки и здоровое питание оказывают положительное влияние на поддержание функций этих маленьких микроорганизмов. Митохондрии вырабатывают энергию в мышцах, лечат их, удаляют ненужные частицы травмированных волокон мышцы.

Продолжительные тренировки способствуют большому количеству образования митохондрий.

Строение митохондрий

Митохондрии были обнаружены в середине девятнадцатого века. Понимание строения и функциональности митохондрий произошло в конце 40-х годов двадцатого века. Внешняя форма митохондрий бывает разнообразной, так как они способны изменять свою форму, в основном они бывают вытянутыми, палочкообразными, округлыми.

Структура митохондрии сложная и имеет важное значение для функционирования органеллы. Она включает такие компоненты: внешняя и внутренняя мембраны, межмембранное пространство, матрикс, кристы.

Внешняя мембрана состоит из липидов, а также имеет большое содержание транспортных белков. Через поры внешней мембраны в митохондрию проходят молекулы веществ. Внешняя мембрана выполняет защитную функцию митохондрии и оказывает содействие в транспорте веществ.

Внутренняя мембрана имеет складки — кристы в виде пластинок или трубочек. Кристы включают в себя фосфолипиды и белки, которые выполняют катализирующую, ферментативную и транспортную функции.

Между внутренней и наружной мембранами находится межмембранное пространство, которое заполняют ферменты. Однако, в отдельных местах мембраны могут соприкасаться.

Собственная ДНК митохондрий расположена в матриксе, который состоит из белков, множества ферментов, РНК, жирных кислот, рибосом, гранул веществ. Матрикс заполняет полость митохондрии и ограничен внутренней мембраной.

Процессы, происходящие в митохондриях

Основным процессом, происходящем в митохондриях является процесс энергообразования, который проходит в несколько стадий. Данный процесс достаточно сложный и начинается в матриксе, а затем продолжается в кристах органеллы.

В результате энергетического процесса в митохондриях происходит окисление и распад органических веществ, а также синтез энергии.

В процессе окисления происходит перенос энергии, для чего митохондрия потребляет около восьмидесяти процентов вдыхаемого живым организмом кислорода. 

[attention type=red]

Митохондрии подвержены процессу старения, особенно от воздействия солнечного излучения на кожу. Поврежденная ДНК способна породить большое количество митохондрий с повреждениями.

[/attention]

Ослабление митохондрий приводит к энергетическому  голоданию клетки и нарушению клеточного метаболизма.

Оптимальный водно-электролитный баланс, регулярное получение питательных веществ обеспечивает митохондрии необходимыми для их динамичности и размножения.

Наружная мембрана митохондрий

Митохондрии обладают размерами бактерии, однако их строение намного сложнее, кроме того они имеют свой генетический аппарат, свою ДНК и рибосомы. Оболочка каждой митохондрии состоит из двух мембран — внутренней и наружной.

Наружная мембрана представляет собой замкнутую гладкую поверхность, которая окружает митохондрию и осуществляет защитную функцию. Кроме того, предназначением наружной мембраны является изолирование митохондрии от цитоплазмы.

Наружная мембрана осуществляет важную функцию по транспортировке липидов и ионов кальция. Наружная мембрана имеет поры, через которые проникают вещества с небольшой молекулярной массой.

Через данную оболочку способны проникать мелкие молекулы и небольшие белки, более крупные молекулы могут проникать через наружную мембрану только через транспортные белки митохондриальных мембран посредством активного транспорта.

Внешняя мембрана состоит из ферментов, преобразующих липиды и жирные кислоты в промежуточные продукты, которые используются в метаболических процессах в матриксе. Толщина наружной мембраны составляет семь нанометров.

Внутренняя мембрана митохондрий

Как уже было указана выше, каждая митохондрия состоит из двух мембран — внешней и внутренней. Внутренняя мембрана имеет намного большую площадь, чем наружная мембрана, за счет многочисленных складок под названием кристы. Количество крист зависит от потребности клетки в энергии, при увеличенной функции клетки количество крист в митохондрии увеличивается.

По своему составу внутренняя мембрана имеет достаточно большое содержание белков — более семидесяти процентов, среди них транспортные белки, катализирующие белки, ферменты.

[attention type=green]

Внутренняя мембрана является непроницаемой для значительного количества молекул, ионов и других ионизованных растворенных веществ.

[/attention]

Через нее способны проникать такие вещества, как аммиак, кислород, вода, углекислый газ и прочие монокарбоновые кислоты. 

Межмембранное пространство митохондрий

Наружная и внутренняя мембраны митохондрии отделяются узким межмембранным пространством, имеющим толщину от десяти до двадцати нанометров. Межмембранное пространство заполняют ферменты, которые осуществляют процесс фосфорилирования.

Кроме того, данное пространство содержит состав схожий с цитоплазмой за счет того, что наружная мембрана является проницаемой для разнообразных маленьких ионов и молекул, ферментативных белков содержится небольшое количество.

В отдельных местах обе мембраны митохондрии соприкасаются.  

Матрикс митохондрий

Внутреннее содержимое митохондрии называется матрикс (или митоплазма), в котором расположены ДНК и РНК митохондрии, рибосомы, гранулы веществ, углеводы, множество ферментов и белков.

Именно в матриксе митохондрии начинается энергетический процесс.

Матрикс ограничен внутренней мембраной и в него из цитозоля способны проникать кислород, жирные кислоты, аминокислоты, вода и прочие вещества.

Строение матрикса является тонкозернистым, а структура плотной. В матриксе присутствуют тонкие нити, собранные в клубок, которые являются молекулами ДНК. Кроме того, в матриксе митохондрий выявляются еще и небольшие гранулы, представляющие собой рибосомы. Крупные гранулы, встречающиеся в матриксе, являются местами отложения солей кальция и магния.

В матриксе митохондрии содержится множество различных ферментов, в том числе и таких, которые обеспечивают кислородную стадию клеточного дыхания.

ДНК митохондрии, расположенная в матриксе, является замкнутой кольцевой двуспиральной молекулой и включает более тридцати генов. Митохондриальная ДНК наследуется исключительно по материнской линии. Повреждение данной ДНК способно привести к мутациям и патологиям. Митохондрии обладают своим генетическим аппаратом и системой синтеза белка.

Рибосомы митохондрий

Рибосомы представляют собой немембранные мелкие органеллы, благодаря которым происходит синтез белков в клетке. Эти органеллы имеют сферическую структуру и могут достигать диаметра до двадцати нанометров. Их строение достаточно сложное и каждая входящая в состав рибосомы молекула является неповторимой. Главной функцией рибосом является синтез белков.

Рибосомы бывают двух видов: свободные и связанные, которые являются рибосомами цитоплазмы. Однако, существуют и собственные рибосомы митохондрий. 

Внутри митохондрии, а именно в матриксе, расположена собственная рибосома, которая обеспечивает трансляцию мРНК и автономный биосинтез белков. Рибосома митохондрии отличается от рибосом других клеток размерами и прочими функциональными свойствами.

Их работа при синтезе белков отличается и от работы рибосомы цитоплазмы. Рибосомы митохондрий состоят на восемьдесят процентов из белков в отличие от рибосом других клеток, которые состоят наполовину из белков.

Кроме того, митохондриальные рибосомы характеризуются бактериальным типом строения.

Митохондриальные рибосомы имеют свою специфичность и образуются  исключительно в митохондриях.

Источник: https://karatu.ru/mitoxondrii/

Митохондрия

Какова масса митохондриальных рибосом

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.

[attention type=yellow]

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

[/attention]

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

Рибосомы. Хлоропласты. Митохондрии

Какова масса митохондриальных рибосом

Определение 1

Это небольшие гранулообразные сферические тельца, имеющие маленькие размеры – от 15 до 35 нм. В период функционирования состоят из двух субъединиц. Рибосомы расположены в цитоплазме или связаны с мембранами эндоплазматической сети.

Замечание 1

Основной функцией рибосом является синтез белка.

Субъединицы рибосом образуются в ядрышке и потом сквозь ядерные поры отдельно друг от друга поступают в цитоплазму.

Их количество в цитоплазме зависит от синтетической активности клетки и может составлять от сотни до тысяч на одну клетку. Наибольшее количество рибосом может быть в клетках, которые синтезируют протеины. Есть они также в митохондриальном матриксе и хлоропластах.

Рибосомы различных организмов – от бактерий до млекопитающих – характеризуются подобной структурой и составом, хотя клетки прокариот имеют рибосомы меньшего размера и в большем количестве.

Каждая субъединица состоит из нескольких разновидностей молекул рРНК и десятков разновидностей белков приблизительно в одинаковой пропорции.

  • Курсовая работа 420 руб.
  • Реферат 230 руб.
  • Контрольная работа 240 руб.

Маленькая и большая субъединицы находятся в цитоплазме одиночно до тех пор, пока не будут задействованы в процессе биосинтеза белка. Они объединяются друг с другом и молекулой иРНК в случае необходимости синтеза и снова распадаются, когда процесс окончен.

Молекулы иРНК, которые были синтезированы в ядре, попадают в цитоплазму к рибосомам. Из цитозоля молекулы тРНК поставляют аминокислоты к рибосомам, где с участием ферментов и АТФ синтезируются белки.

Если с молекулой иРНК соединяются несколько рибосом, то образуются полисомы, которые содержат от 5 до 70 рибосом.

Пластиды: хлоропласты

Пластиды – характерные только для растительных клеток органоиды, отсутствующие в клетках животных, грибов, бактерий и цианобактерий.

Клетки высших растений содержат 10-200 пластид. Их размер от 3 до 10 мкм. Большинство из них имеют форму двояковыпуклой линзы, но иногда могут быть в форме пластинок, палочек, зёрен и чешуек.

В зависимости от присутствующего в пластиде пигмента пигмента эти органоиды делят на группы:

  • хлоропласты (гр. сhloros – зелёный) – зелёного цвета,
  • хромопласты – жёлтого, оранжевого и красноватого цвета,
  • лейкопласты – бесцветные пластиды.

Замечание 2

По мере развития растения пластиды одного типа способны преобразоваться в пластиды другого типа. Такое явление широко распространено в природе: изменение окраски листьев, меняется окраска плодов в процессе созревания.

Большинство водорослей вместо пластид имеют хроматофоры (обычно в клетке он один, имеет значительные размеры, имеет форму спиральной ленты, чаши, сетки или звёздчатой пластинки).

Пластиды имеют достаточно сложное внутреннее строение.

Хлоропласты имеют свои ДНК, РНК, рибосомы, включения: зёрна крахмала, капли жира.Снаружи хлоропласты ограничены двойной мембраной, внутреннее пространство заполнено стромой – полужидким веществом), которое содержит граны – особенные, свойственные лишь хлоропластам структуры.

[attention type=red]

Граны представлены пакетами плоских круглых мешочков (тилакоидов), которые сложены как столбик монет перпендикулярно широкой поверхности хлоропласта. Тилакоиды соседних гран между собой соединяются в единую взаимосвязанную систему мембранными каналами (межмембранными ламелами).

[/attention]

В толще и на поверхности гран в определённом порядке расположен хлорофилл.

Хлоропласты имеют разное количество гран.

Пример 1

В хлоропластах клеток шпината содержится по 40-60 гран.

Хлоропласты не прикреплены в определённых местах цитоплазмы, а могут изменять своё положение или пассивно, или активно перемещаются ориентировано к свету (фототаксис).

Особенно чётко активное движение хлоропластов наблюдается при значительном повышении одностороннего освещения. В таком случае хлоропласты скопляются у боковых стенок клетки, а к источнику света ориентируются ребром.

При слабом освещении хлоропласты ориентируются к свету более широкой стороной и располагаются вдоль стенки клетки, обращённой к свету. При средней силе освещения хлоропласты занимают срединное положение.

Таким образом достигаются наиболее благоприятные условия для процесса фотосинтеза.

Благодаря сложной внутренней пространственной организации структурных элементов хлоропласты способны эффективно поглощать и использовать лучистую энергию, а также происходит разграничение во времени и пространстве многочисленных и разнообразных реакций, составляющих процесс фотосинтеза. Реакции этого процесса, зависимые от света, происходят лишь в тилакоидах, а биохимические (темновые) реакции – в строме хлоропласта.

Замечание 3

Молекула хлорофилла очень подобна молекуле гемоглобина и отличается в основном тем, что в центре молекулы гемоглобина расположен атом железа, а не атом магния, как у хлорофилла.

В природе существует четыре типа хлорофилла: a, b, c, d.

Хлорофиллы a и b содержатся в хлоропластах высших растений и зелёных водорослей, диатомовые водоросли содержат хлорофиллы a и c, красные – a и d. Хлорофиллы a и b изучены лучше других (впервые их выделил в начале ХХ столетия российский учёный М.С. Цвет).

Кроме них существует четыре вида бактериохлорофиллов – зелёных пигментов зелёных и пурпурных бактерий: a, b, c, d.

[attention type=green]

Большинство бактерий, способных к фотосинтезу, содержат бактериохлорофилл а, некоторые – бактериохлорофилл b, зелёные бактерии – c и d.

[/attention]

Хлорофилл достаточно эффективно поглощает лучистую энергию и передаёт её другим молекулам. Благодаря этому хлорофилл – единственное вещество на Земле, способное обеспечивать процесс фотосинтеза.

Пластидам, как и митохондриям, свойственна в определённой степени автономность внутри клетки. Они способны размножаться в основном путём деления.

Наряду с фотосинтезом в хлоропластах происходит синтез других веществ, таких как белки, липиды, некоторые витамины.

Благодаря наличию в пластидах ДНК, они играют определённую роль в передаче признаков по наследству (цитоплазматическая наследственность).

Митохондрии – энергетические центры клетки

В цитоплазме большинства животных и растительных клеток содержатся достаточно большие овальные органеллы (0,2 – 7 мкм), покрытые двумя мембранами.

Митохондрии называют силовыми станциями клеток, потому что их основная функция – синтез АТФ.

Митохондрии превращают энергию химических связей органических веществ на энергию фосфатных связей молекулы АТФ, которая является универсальным источником энергии осуществления для всех процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.

АТФ, синтезированная в митохондриях, свободно выходит в цитоплазму и дальше идёт к ядру и органеллам клетки, где используется её химическая энергия.

Митохондрии содержатся почти во всех эукариотических клетках, за исключением анаэробных простейших и эритроцитов. Они расположены в цитоплазме хаотично, но чаще их можно определить возле ядра или в местах с высокой потребностью в энергии.

Пример 2

В мышечных волокнах митохондрии расположены между миофибриллами.

[attention type=yellow]

Эти органеллы могут изменять свою структуру и форму, а также двигаться внутри клетки.

[/attention]

Количество органелл может изменяться от десятков до нескольких тысяч в зависимости от активности клетки.

Пример 3

В одной клетке печени млекопитающих содержится более 1000 митохондрий.

Структура митохондрий в некоторой мере отличается у различных типов клеток и тканей, но все митохондрии имеют принципиально одинаковое строение.

Образуются митохондрии путём деления. Во время деления клетки они более-менее равномерно распределяются между дочерними клетками.

Внешняя мембрана гладкая, не образует никаких складок и выростов, легко проницаема для многих органических молекул. Содержит ферменты, которые превращают вещества на реакционно способные субстраты. Участвует в образовании межмембранного пространства.

Внутренняя мембрана плохо проницаема для большинства веществ. Образует много выпячиваний внутрь матрикса – крист. Количество крист в митохондриях разных клеток неодинакова. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причём особенно много их в митохондриях клеток, которые активно функционируют (мышечные). Содержит белки, которые участвуют в трёх важнейших процессах:

  • ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции дыхательной цепи и транспорта электронов;
  • специфические транспортные белки, участвующие в образовании катионов водорода в межмембранном пространстве;
  • ферментативный комплекс АТФ-синтетазы, который синтезирует АТФ.

Матрикс – внутреннее пространство митохондрии, ограниченное внутренней мембраной. Он содержит сотни различных ферментов, которые участвуют в разрушении органических веществ вплоть до углекислого газа и воды.

При этом освобождается энергия химических связей между атомами молекул, которая в дальнейшем превращается на энергию макроэргических связей в молекуле АТФ.

В матриксе также есть рибосомы и молекулы митохондриальной ДНК.

Замечание 4

Благодаря ДНК и рибосомам самих митохондрий обеспечивается синтез белков, необходимых самой органелле, и которые в цитоплазме не образуются.

Источник: https://spravochnick.ru/biologiya/citologiya_-_nauka_o_stroenii_i_funkcii_kletok/ribosomy_hloroplasty_mitohondrii/

Митохондрия – государство в государстве клетки?

Какова масса митохондриальных рибосом

Именно такая аналогия приходит, когда познакомишься с этим органоидом. Он явно на особом положении в клетке. Почему? Будем разбираться.

Итак, чем митохондрии отличаются от прочих органоидов?

1. Граница

Граница-мембрана есть у многих органоидов клетки, но у митохондрий она ещё и двойная, состоящая изнаружнойивнутренней мембран. Усиленный белково-фосфолипидный слой вокруг этой структуры уже сам по себе кое на что намекает.

Намекает как минимум на повышенное “стремление” к независимости и обособленности.

Внутренняя мембрана митохондрии имеет особые впячиваяния – кристы, по которым этот органоид легко опознаётся, в том числе и школьниками на государственных итоговых экзаменах по биологии ;-)

Микрофотография митохондрии, на которой хорошо видны впячивания внутренней мембраны – кристы. Источник фото: Свенсон К., Уэбстер П. Клетка. – М.: Мир, 1980.

2. Собственные органы власти

Как известно, главной молекулой клетки, которая руководит всеми процессами, является ДНК, расположенная в ядре. Как она приобрела могущество и власть? Да точно так же, как приобретают власть в принципе – с помощью информации. “Кто владеет информацией, тот владеет миром” (не мной сказано).

Так вот, именно в ДНК записана информация о каждом белке клетки и даже всего организма. А белки – это: а) основа для построения любой биоконструкции, от органоида до Биосферы; б) активные вещества (ферменты и гормоны), регулирующие функционирование этих биологических конструкций.

Таким образом, кто владеет информацией о белках клетки, тот владеет клеткой. Клеткой, да не всей…

Митохондрии дела нет до указаний ядерной ДНК. Она их попросту игнорирует. Может себе это позволить, потому как имеет собственную молекулу ДНК – митохондриальную ДНК, содержащую информацию обо всех белках, создающих данный органоид

Внутреннее строение митохондрии

3. Собственная логистика и инфраструктура

Усиленная граница есть, руководящий центр есть.

Разве этого не достаточно для независимости? Судите сами – всё это есть и у клеточного ядра, но почему-то оно не может похвастаться автономностью и без органоидов цитоплазмы обречено на гибель, так как самостоятельно не получает энергию, не растёт и не размножается.

А митохондрия вполне самодостаточна – в ней в полной мере протекают и пластический, и энергетический обмен, она способна к автономному росту и даже делению (именно так в клетке появляются новые митохондрии).

Как ей это удаётся? Да просто митохондрия имеет всё, что необходимо для существования даже и отдельной клетки, а не то, что её части.

[attention type=red]

У неё есть свои собственные митохондриальные рибосомы, в которых производится собственный митохондриальный белок, а белок – это основа пластического обмена, ведь он – главный строительный материал. Вторая сторона обмена веществ – энергетический обмен – так же без проблем осуществляется в митохондрии.

[/attention]

Ещё бы! Ведь она же и отвечает за него в клетке. Извлечение энергии из органических веществ и её запас в виде АТФ – функция митохондрии, и , как видим, сапожник без сапог не остаётся, не забывает и себя обеспечивать той же энергией!

Митохондрии абсолютно независимо от остальной клетки появляются на свет (путём деления материнской митохондрии), строят себя и растут, получают и пользуются энергией. Одним словом – живут и дают жизнь новым митохондриям. Очень похоже на государство в государстве, на организм в организме. И не просто похоже, это именно так и есть.

Ведь по мнению учёных митохондрии когда-то действительно были самостоятельными одноклеточными организмами. Судя по форме ДНК (кольцевая) и наличию крист-впячиваний внутренней мембраны, они были прокариотами, то есть доядерными организмами, по сути – бактериями. На схеме ниже – строение бактерии и митохондрии.

Сравните сами и, что называется, попробуйте найти отличия:

Чем не обыкновенная бактерия? Да, бактерия, только вот совсем не обыкновенная, а способная благодаря ей одной известному ноу-хау производить энергии в 19 раз больше (!), чем все прочие пионеры жизни, бултыхающиеся рядом в первичном бульоне.

Но эта энергичная умница не избежала-таки участи быть поглощённой-съеденной более крупным существом – одноклеточным эукариотом (ядерным организмом). Бактерию-митохондрию ожидала печально-банальная участь быть расщеплённой на отдельные молекулы ферментами лизосомы(пищеварительной вакуоли) эукариота.

Но эукариот оказался сообразителен эволюционно продвинут, а может быть не обошлось и без штучек самой митохондрии, которая продолжала что есть мочи синтезировать АТФ, да ещё и поделилась этим источником энергии с эукариотом.

Так или иначе, но хозяин оценил преимущества от приобретения в штат своих органоидов высоко энергоэффективной структуры в обмен на однократный пропуск очередного приёма пищи, а митохондрия получила “крышу” и относительную гарантию спокойствия и стабильности. Удалось ей так же, как видим, сохранить и часть своей независимости. В общем, не прогадала!

Если вас заинтересовал этот органоид клетки, то заглядывайте на мой канал. В планах рассказ о том, от кого мы получаем свою митохондриальную ДНК, чем митохондриальная ДНК интересна генетикам, антропологам, эволюционистам, систематикам и кто такая митохондриальная Ева.

Использованные в тексте биологические термины:

Мембрана – оболочка на границе органоида или клетки

Кристы – впячивания мембраны

Митохондриальная ДНК – ДНК, содержащаяся в митохондрии, содержащая отличный от ядерной ДНК набор генов

Рибосома – органоид клетки, функция которого – синтез белков

Пластический обмен – одна из сторон обмена веществ, цель которой построение биологических систем

Энергетический обмен одна из сторон обмена веществ, цель которой получение энергии

Прокариоты = доядерные – самые первые на Земле организмы, у которых не было ядра, их ДНК свободно плавала в цитоплазме

Эукариоты = ядерные – организмы, эволюционно образовавшиеся из прокариотов, имеющие оформленное ядро, защищающее ДНК

Лизосома – органоид клетки, функции которого пищеварение или уничтожение клеточного мусора

Источник: https://zen.yandex.ru/media/gendlyavseh/mitohondriia-gosudarstvo-v-gosudarstve-kletki-5ef1d119d767747c0232b3db

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/

Медик
Добавить комментарий

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