Мембраны митохондрий образованы молекулами белков и липидов

Строение и функции митохондрий. Сходства и различия с хлоропластом

Мембраны митохондрий образованы молекулами белков и липидов

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.

Особенности строения

Митохондрии относятся к двухмембранным органеллам, имеют внешнюю и внутреннюю оболочки, межмембранное пространство между ними и матрикс.

Внешняя мембрана. Она гладкая, не имеет складок, отграничивает внутреннее содержимое от цитоплазмы. Ширина ее равна 7нм, в составе находятся липиды и белки. Важную роль выполняет порин — белок, образующий каналы во внешней мембране. Они обеспечивают ионный и молекулярный обмен.

Межмембранное пространство. Величина межмембранного пространства около 20нм. Вещество, заполняющее его по составу сходно с цитоплазмой, за исключением крупных молекул, которые могут сюда проникнуть только путем активного транспорта.

Внутренняя мембрана. Построена в основном из белка, только треть отводится на липидные вещества. Большое количество белков являются транспортными, так как внутренняя мембрана лишена свободно проходимых пор.

Она формирует много выростов – крист, которые выглядят, как приплюснутые гребни. Окисление органических соединений до CO2 в митохондриях происходит на мембранах крист. Этот процесс кислородзависимый и осуществляется под действием АТФ-синтетазы.

Высвобожденная энергия сохраняется в виде молекул АТФ и используется по мере необходимости.

Матрикс – внутренняя среда митохондрий, имеет зернистую однородную структуру. В электронном микроскопе можно увидеть гранулы и нити в клубках, которые свободно лежат между кристами.

[attention type=yellow]

В матриксе находится полуавтономная система синтеза белка – здесь расположены ДНК, все виды РНК, рибосомы.

[/attention]

Но все же большая часть белков поставляется с ядра, поэтому митохондрии называют полуавтономными органеллами.

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/

1.3. Состав и строение мембран

Мембраны митохондрий образованы молекулами белков и липидов

1.3.1.Всемембраны по своей организации и составуобнаруживают ряд общих свойств. Они:

  • состоят из липидов, белков и углеводов;

  • являются плоскими замкнутыми структурами;

  • имеют внутреннюю и внешнюю поверхности (асимметричны);

  • избирательно проницаемы.

1.3.2.Схемастроения биологической мембраны,представлена на рисунке 1.3.

Основумембраны составляет липидныйбислой– двойной слой молекул липидов, которыеобладают свойством амфифильности(содержат как гидрофильные, так игидрофобные функциональные группы).

Влипидном бислое гидрофобные участкимолекул взаимодействуют между собой,а гидрофильные участки обращены вокружающую водную среду.

Рисунок1.3. Схемастроения биологической мембраны (поСингеру и Николсону).

Мембранныелипиды выполняют роль растворителямембранныхбелков,создавая жидкую среду, в которой онимогут функционировать. По степенивлияния на структуру бислоя и по силевзаимодействия с ним мембранные белкиделят на интегральныеи периферические.Важнейшие особенности интегральных ипериферических белков представлены втаблице 1.

Таблица1.1

Характеристика мембранных белков

Интегральные белки

Периферические белки

Глубоко внедрены в мембранную структуру и не могут быть удалены из мембраны без её разрушения.

Локализованы на поверхности бислоя и экстрагируются растворами солей или просто водой.

Амфифильные глобулярные структуры, центральная погружённая часть – гидрофобна, концевые участки – гидрофильны.

Глобулярные гидрофильные структуры.

[attention type=red]

Удерживаются в липидном бислое за счёт гидрофобных взаимодействий с углеводородными цепочками жирных кислот.

[/attention]

Удерживаются на поверхности бислоя за счёт ионных взаимодействий с полярными участками фосфолипидов и интегральных белков.

Повыполняемым функциям белки в составемембран делятся на 

  1. структурные;

  2. каталитические;

  3. рецепторные;

  4. транспортные.

Количествобелков в мембранах могут существенноотличаться. Например, в миелиновоймембране, предназначенной для изоляциинервных волокон, белки составляют только25% массы мембраны, а в мембранахмитохондрий, связанных с процессамиокислительного фосфорилирования, надолю белков приходится около 75% массы.В плазматической мембране доля белкови липидов примерно одинаковы.

Углеводыв составе мембран не представленысамостоятельными соединениями, аобнаруживаются только в соединении сбелками (гликопротеины) или липидами(гликолипиды). Длина углеводных цепейколеблется от двух до восемнадцатиостатков моносахаридов.

Большая частьуглеводов расположена на наружнойповерхности плазматической мембраны.Функции углеводов в биомембранах –контроль за межклеточными взаимодействиями,поддержание иммунного статуса, рецепция,обеспечение стабильности белковыхмолекул в мембране.

1.4. Липидный состав мембран

1.4.1.Какуже упоминалось (1.1), компонентами липидовявляются остатки жирных кислот и одно-или многоатомных спиртов. Примеры жирныхкислот, встречающихся в составе липидовмембран, представлены на рисунке 1.4.Выучите эти формулы.

Рисунок1.4.Наиболее часто встречающиеся природныежирные кислоты.

Основныеособенности строения жирных кислот,входящих в состав природных жиров:

  • они содержат чётное число атомов углерода (С16 – С20);

  • двойная связь в ненасыщенных жирных кислотах располагается между 9 и 10 атомами углерода;

  • в полиненасыщенных жирных кислотах двойные связи разделены метиленовыми группами (СН=CH-CH2-CH=CH), то есть являются несопряжёнными;

  • двойные связи находятся в цис-конформации, что приводит к изгибу углеводородной цепи.

1.4.2.Большинство липидов в мембранахмлекопитающих представлены фосфолипидами,гликосфинголипидами и холестеролом.

Фосфолипидыв составе мембран подразделяются надве группы: глицерофосфолипидыи сфингомиелины.

Глицерофосфолипиды– представляют собой сложные эфирытрёхатомного спирта глицерола, двухостатков жирных кислот и фосфорилированногоаминоспирта. Общая формула глицерофосфолипидапредставлена на рисунке 1.5.

Наиболеераспространённым глицерофосфолипидоммембран является фосфатидилхолин:

Вглицерофосфолипидах у второго углеродногоатома глицерола обязательно находитсяостаток ненасыщенной жирной кислоты(в данном случае линолевой).

Рисунок1.5.Общая формула глицерофосфолипидов.

Сфингофосфолипиды(сфингомиелины) являются производнымиаминоспирта сфингозина (рисунок 1.6).Соединение сфингозина и жирной кислотыполучило название церамид.

Рисунок1.6. Структурные формулы сфингозина иего производных.

Всфингомиелинах водород гидроксильнойгруппы у первого углеродного атома вцерамиде замещён на фосфохолин. Примерсфингомиелина, содержащего остатоколеиновой кислоты:

Гликолипидытакже являются производными церамида,содержащими один или несколько остатковмоносахаридов. Например, цереброзидысодержат в первом положении остатокглюкозы или галактозы:

аганглиозиды содержат цепочку изнескольких остатков сахаров, одним изкоторых обязательно является сиаловаякислота.

Холестерол(рисунок 1.7) – одноатомный циклическийспирт. Это один из главных компонентовплазматической мембраны клетокмлекопитающих, в меньшем количествеможет присутствовать также в митохондриях,мембранах комплекса Гольджи, ядерныхмембранах. Особенно много его в нервнойткани.

Рисунок1.7. Структурныеформулы холестерола и его эфира.

1.4.3.Какуже было сказано, характерной особенностьюмембранных липидов является ихамфифильность– наличие в молекуле одновременногидрофобных и гидрофильных участков.Гидрофобная часть молекулы представленаостатками жирных кислот и боковой цепьюсфингозина.

Гидрофильныеучастки представлены в фосфолипидахфосфорилированным спиртом, а в гликолипидах– остатками сахаров. Амфифильностьхолестерола выражена слабо – циклическаяструктура и боковой радикал гидрофобны,и только гидроксильная группа гидрофильна.

Амфифильностьмембранных липидов определяет характерих поведения в водной среде. Слипаниегидрофобных участков молекул приводитк образованию упорядоченных замкнутыхструктур – мицелл,в которых гидрофобные области защищеныот воды, а гидрофильные обращены в воднуюсреду.

Молекулыхолестерола встраиваются между радикаламижирных кислот гидрофобной части бислоя,а его гидроксильная группа примыкаетк гидрофильным головкам фосфолипидов.Такая структура, стабилизированнаянековалентными гидрофобнымивзаимодействиями, термодинамическиочень устойчива и лежит в основеформирования биологических мембран.

1.4.4.Замкнутыйлипидный бислой определяет основныесвойства мембран:

[attention type=green]

1)текучесть– зависит от соотношения насыщенных иненасыщенных жирных кислот в составемембранных липидов. Гидрофобные цепочкинасыщенных жирных кислот ориентированыпараллельно друг другу и образуютжёсткую кристаллическую структуру(рисунок 1.

[/attention]

8, а). Ненасыщенные жирныекислоты, имеющие изогнутую углеводороднуюцепь, нарушают компактность упаковкии придают мембране бóльшую жидкостность(рисунок 1.8, б). Холестерол, встраиваясьмежду жирными кислотами, уплотняет ихи повышает жёсткость мембран.

Рисунок1.8.Влияние жирнокислотного составафосфолипидов на текучесть липидногобислоя.

2)латеральнаядиффузия– свободное перемещение молекулотносительно друг друга в плоскостимембран (рисунок 1.9,а).

Рисунок1.9. Видыперемещений фосфолипидных молекул влипидном бислое.

3)ограниченнаяспособность к поперечной диффузии(переходу молекул из наружного слоя вовнутренний и наоборот, см. рисунок 1.9,б), что способствует сохранению асимметрии– структурно-функциональных различийнаружного и внутреннего слоёв мембраны.

4)непроницаемостьзамкнутого бислоя для большинстваводорастворимых молекул.

Источник: https://studfile.net/preview/6202677/page:2/

Медик
Добавить комментарий

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