Що це - мітохондрії? Їх будова і функції
Мітохондрії - одні з найважливіших складових будь-якої клітини. Їх ще називають хондріосомами. Це гранулоподібні або нітевидні органели, які є складовою частиною цитоплазми рослин і тварин. Саме вони є виробниками молекул АТФ, які так необхідні для багатьох процесів у клітці.
Що таке мітохондрії?
Мітохондрії - це енергетична база клітин, їх діяльність заснована на окисленні органічних сполук і застосуванні енергії, що звільнилася при розпаді молекул АТФ. Біологи простою мовою його називають станцією вироблення енергії для клітин. У 1850 р. мітохондрії виявили у вигляді гранул у м'язах. Їх число змінювалося в залежності від умов зростання: вони накопичуються більше в тих клітинах, де великий дефіцит кисню. Це відбувається найчастіше при фізичних навантаженнях. У таких тканинах з'являється гостра нестача енергії, яку заповнюють мітохондрії.
Поява терміну і місце в теорії симбіогенезу
У 1897 р. Бенд вперше ввів поняття «мітохондрія», щоб позначити зернисту і нитчасту структуру в цитоплазмі клітин. За формою і величиною вони різноманітні: товщина становить 0,6 мкм, довжина - від 1 до 11 мкм. У рідкісних ситуаціях мітохондрії можуть бути великого розміру і розгалуженим вузлом.
У теорії симбіогенезу дається чітке уявлення про те, що таке мітохондрії і як вони з'явилися в клітинах. У ній сказано, що хондріосома виникла в процесі ураження клітинами бактерій, прокаріотами. Оскільки вони не могли автономно застосовувати кисень для вироблення енергії, це перешкоджало повному їх розвитку, а прогеноти могли розвиватися безперешкодно. Протягом еволюції зв'язок між ними дав можливість прогенотам передати свої гени тепер вже еукаріотам. Завдяки такому прогресу мітохондрії тепер не є незалежними організмами. Їх генофонд не може бути реалізований повною мірою, так як відбувається його часткове блокування ферментами, які є в будь-якій клітці.
Де вони живуть?
Мітохондрії зосереджуються в тих районах цитоплазми, де з'являється необхідність в АТФ. Наприклад, у м'язовій тканині серця вони розташовуються неподалік від міофібрил, а в сперматозоїдах формують захисне маскування навколо осі джгуту. Там вони виробляють дуже багато енергії для того, щоб "хвіст" "крутився. Саме таким чином сперматозоїд рухається до яйцеклітини.
У клітинах нові мітохондрії утворюються за допомогою простого ділення попередніх органелл. Під час нього зберігається вся спадкова інформація.
Мітохондрії: як вони виглядають
За формою мітохондрії нагадує циліндр. Вони часто зустрічаються в еукаріотах, займаючи від 10 до 21% обсягу клітини. Їх розміри і форми багато в чому різняться і здатні змінюватися залежно від умов, але ширина постійна: 0,5-1 мкм. Переміщення хондріосом залежать від того, в яких місцях клітини здійснюється швидка трата енергії. Пересуваються по цитоплазмі, застосовуючи для пересування структури цитоскелета. Заміною різних за габаритами мітохондрій, що працюють окремо один від одного і постачають енергією деякі зони цитоплазми, є довгі і розгалужені мітохондрії. Вони здатні забезпечити енергією ділянки клітин, що знаходяться далеко один від одного. Подібна спільна робота хондріосом спостерігається не тільки в одноклітинних організмів, а й у багатоклітинних. Найскладніша будова хондріосом зустрічається в м'язах скелета ссавців, де найбільші розгалужені хондріосоми стикуються один з одним, використовуючи міжмітохондріальні контакти (ММК).
Вони являють собою вузькі просвіти між прилеглими один до одного мітохондріальними мембранами. Цей простір має високу електронну щільність. ММК більше зустрічаються в клітинах серцевого м'яза, де зв'язуються разом з працюючими хондріосомами.
Щоб краще розібратися в питанні, потрібно коротко розписати значимість мітохондрії, будову і функції цих дивовижних органелл.
Як вони влаштовані?
Для розуміння, що таке мітохондрії, необхідно дізнатися їх будову. Це незвичайне джерело енергії має форму кулі, але частіше витягнуть. Дві мембрани розташовуються близько один до одного:
- зовнішня (гладка);
- внутрішня, яка утворює вирости листоподібної (крісти) і трубчастої (тубули) форми.
Якщо не брати до уваги розмір і форму мітохондрії, будова і функції у них однакові. Хондріосома розмежована двома мембранами, розміром 6 нм. Зовнішня мембрана мітохондрії нагадує ємність, яка захищає їх від гіалоплазми. Внутрішню мембрану від зовнішньої від'єднує ділянка шириною 11-19 нм. Різною рисою внутрішньої мембрани вважається її здатність випинатися всередину мітохондрії, приймаючи форму сплющених гребенів.
Внутрішню порожнину мітохондрії заповнює матрикс, який має дрібнозернисту структуру, де іноді виявляють нитки і гранули (15-20 нм). Нитки матриксу створюють молекули ДНК органели, а гранули невеликих розмірів - рибосоми мітохондрії.
Синтез АТФ на першій стадії проходить у гіалоплазмі. На даному ступені йде початкове окислення субстратів або глюкози до пировиноградної кислоти. Ці процедури проходять без кисню - анаеробне окислення. Наступна стадія утворення енергії полягає в аеробному окисленні і розпаду АТФ, даний процес відбувається в мітохондріях клітин.
Що роблять мітохондрії?
Основними функціями цієї органели є:
- вироблення енергії для клітин;
- зберігання спадкової інформації у вигляді власної ДНК.
Наявність у мітохондріях своєї дезоксирибонуклеїнової кислоти ще раз підтверджує симбіотичну теорію появи цих органелл. Крім основної роботи, вони беруть участь у синтезі гормонів і амінокислот.
Мітохондріальна патологія
Мутації, що відбуваються в геномі мітохондрії, призводять до гнітючих наслідків. Носієм спадкової інформації людини є ДНК, яка передається нащадкам від батьків, а мітохондріальний геном передається тільки від матері. Пояснюється цей факт дуже просто: цитоплазму з ув'язненими в ній хондріосомами діти отримують разом з жіночою яйцеклітиною, в сперматозоїдах вони відсутні. Жінки з цим відхиленням можуть передати потомству мітохондріальне захворювання, хворий чоловік - ні.
У звичайних умовах хондріосоми мають однакову копію ДНК - гомоплазмію. У геномі мітохондрії можуть відбуватися мутації, внаслідок спільного існування здорових і мутованих клітин виникає гетероплазмія.
Завдяки сучасній медицині на сьогоднішній день виявлено понад 200 захворювань, приводом виникнення чого послужила мутація мітохондрії ДНК. Не в усіх випадках, але терапевтичній підтримці та лікуванню мітохондріальні хвороби піддаються добре.
Ось ми і розібралися з питанням про те, що таке мітохондрії. Як і всі інші органели, вони дуже важливі для клітини. Вони побічно беруть участь у всіх процесах, для яких потрібна енергія.