Митохондрии

Что такое митохондрии

 

 

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.

 

      

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. 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.  

 

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. 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. 

    

Митохондрии подвержены процессу старения, особенно от воздействия солнечного излучения на кожу. Поврежденная ДНК способна породить большое количество митохондрий с повреждениями. 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. Внутренняя мембрана является непроницаемой для значительного количества молекул, ионов и других ионизованных растворенных веществ. 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.