Innehåll
- Mitokondriernas struktur
- Varför är Mitokondrier viktiga?
- Mitokondriella funktioner
- De inre och yttre mitokondriella membranen
- Vad finns i matrisen?
De eukaryota cellerna i levande organismer utför kontinuerligt ett stort antal kemiska reaktioner för att leva, växa, reproducera och bekämpa sjukdomar.
Alla dessa processer kräver energi på cellnivå. Varje cell som deltar i någon av dessa aktiviteter får sin energi från mitokondrierna, små organeller som fungerar som cellernas kraftverk. Enkeltformen för mitokondrier är mitokondrion.
Hos människor har celler som röda blodkroppar inte dessa små organeller, men de flesta andra celler har stort antal mitokondrier. Muskelceller kan till exempel ha hundratals eller till och med tusentals för att tillfredsställa sina energibehov.
Nästan alla levande saker som rör sig, växer eller tänker har mitokondrier i bakgrunden och producerar den nödvändiga kemiska energin.
Mitokondriernas struktur
Mitokondrier är membranbundna organeller inneslutna av ett dubbelt membran.
De har ett jämnt yttre membran som omsluter organellen och ett vikt inre membran. Vikarna i det inre membranet kallas cristae, vars singular är crista, och vikarna är där reaktionerna som skapar mitokondriell energi äger rum.
Det inre membranet innehåller en vätska som kallas matrisen medan intermembranutrymmet mellan de två membranen också fylls med vätska.
På grund av denna relativt enkla cellstruktur har mitokondrier bara två separata driftsvolymer: matrisen inuti det inre membranet och intermembranutrymmet. De förlitar sig på överföringar mellan de två volymerna för energiproduktion.
För att öka effektiviteten och maximera energiproduktionspotentialen tränger de inre membranveckna djupt in i matrisen.
Som ett resultat har det inre membranet en stor ytarea, och ingen del av matrisen är långt ifrån ett inre membranveck. Vikarna och det stora ytområdet hjälper till med mitokondriell funktion, vilket ökar överföringshastigheten mellan matrisen och intermembranutrymmet över det inre membranet.
Varför är Mitokondrier viktiga?
Medan enstaka celler ursprungligen utvecklades utan mitokondrier eller andra membranbundna organeller, får komplexa flercelliga organismer och varmblodiga djur, såsom däggdjur, sin energi från cellens andning baserat på mitokondriell funktion.
Högenergifunktioner som hjärtmusklerna eller fågelvingarna har höga koncentrationer av mitokondrier som ger den energi som behövs.
Genom deras ATP-syntesfunktion producerar mitokondrier i muskler och andra celler kroppsvärmen för att hålla varmblodiga djur vid en stadig temperatur. Det är denna koncentrerade energiproduktionsförmåga hos mitokondrier som möjliggör högenergiaktiviteter och produktion av värme hos högre djur.
Mitokondriella funktioner
Energiproduktionscykeln i mitokondrier förlitar sig på en elektrontransportkedja tillsammans med citronsyra- eller Krebs-cykeln.
Läs mer om Krebs Cycle.
Processen att bryta ner kolhydrater som glukos för att göra ATP kallas katabolism. Elektronerna från glukosoxidation passeras längs en kemisk reaktionskedja som inkluderar citronsyrecykeln.
Energi från reduktionsoxidationen, eller redox, reaktioner används för att överföra protoner från matrisen där reaktionerna äger rum. Den slutliga reaktionen i mitokondriell funktionskedja är en i vilken syre från cellulär andning genomgår reduktion för att bilda vatten. Slutprodukterna av reaktionerna är vatten och ATP.
De viktigaste enzymerna som är ansvariga för produktion av mitokondriell energi är nikotinamidadenindukleotidfosfat (NADP), nikotinamidadenindinukleotid (NAD), adenosindifosfat (ADP) och flavinadenindinukleotid (FAD).
De arbetar tillsammans för att överföra protoner från vätemolekyler i matrisen över det inre mitokondriella membranet. Detta skapar en kemisk och elektrisk potential över membranet genom att protonerna återgår till matrisen genom enzymet ATP-syntas, vilket resulterar i fosforylering och produktion av adenosintrifosfat (ATP).
Läs om ATP: s struktur och funktion.
ATP-syntes och ATP-molekylerna är de främsta energibärarna i cellerna och kan användas av cellerna för produktion av kemikalier som är nödvändiga för levande organismer.
••• SciencingFörutom att vara energiproducenter kan mitokondrier hjälpa till signal-till-cell-signalering genom frisättning av kalcium.
Mitokondrier har förmågan att lagra kalcium i matrisen och kan frisätta det när vissa enzymer eller hormoner finns. Som ett resultat kan celler som producerar sådana triggande kemikalier se signalen om stigande kalcium från mitokondriernas frisättning.
Sammantaget är mitokondrier en viktig del av levande celler och hjälper till med cellinteraktioner, distribuerar komplexa kemikalier och producerar ATP som utgör energibasen för allt liv.
De inre och yttre mitokondriella membranen
Det mitokondriella dubbla membranet har olika funktioner för det inre och yttre membranet och de två membranen och består av olika ämnen.
Det yttre mitokondriella membranet innesluter vätskan i intermembranutrymmet, men det måste tillåta kemikalier som mitokondrierna behöver passera genom det. Energilagringsmolekyler som produceras av mitokondrierna måste kunna lämna organellen och leverera energi till resten av cellen.
För att möjliggöra sådana överföringar består det yttre membranet av fosfolipider och proteinkonstruktioner poriner som lämnar små hål eller porer i membranets yta.
Intermembranutrymmet innehåller vätska som har en komposition liknande den för cytosolen som utgör vätskan i den omgivande cellen.
Små molekyler, joner, näringsämnen och den energibärande ATP-molekylen som produceras genom ATP-syntes kan penetrera det yttre membranet och övergången mellan vätskan i intermembranutrymmet och cytosol ..
Det inre membranet har en komplex struktur med enzymer, proteiner och fetter som endast tillåter vatten, koldioxid och syre att passera genom membranet fritt.
Andra molekyler, inklusive stora proteiner, kan tränga igenom membranet men endast genom speciella transportproteiner som begränsar deras passage. Det stora ytarean på det inre membranet, som härrör från cristae-veck, ger plats för alla dessa komplexa protein- och kemiska strukturer.
Deras stora antal tillåter en hög kemisk aktivitet och en effektiv energiproduktion.
Den process som energi produceras genom kemiska överföringar över det inre membranet kallas oxidativ fosforylering.
Under denna process pumpar oxidationen av kolhydrater i mitokondrierna protoner över det inre membranet från matrisen in i intermembranutrymmet. Obalansen i protoner gör att protonerna diffunderar tillbaka över det inre membranet i matrisen genom ett enzymkomplex som är en föregångare av ATP och kallas ATP-syntas.
Protonflödet genom ATP-syntas är i sin tur basen för ATP-syntes och det producerar ATP-molekyler, den viktigaste energilagringsmekanismen i celler.
Vad finns i matrisen?
Den viskösa vätskan inuti det inre membranet kallas matrisen.
Det samverkar med det inre membranet för att utföra de huvudsakliga energiproducerande funktionerna i mitokondrierna. Den innehåller enzymer och kemikalier som deltar i krebscykeln för att producera ATP från glukos och fettsyror.
Matrisen är där mitokondriellt genom som består av cirkulärt DNA finns och där ribosomerna är belägna. Närvaron av ribosomer och DNA innebär att mitokondrierna kan producera sina egna proteiner och kan reproducera med sitt eget DNA utan att förlita sig på celldelning.
Om mitokondrier verkar vara små, kompletta celler på egen hand beror det på att de antagligen var separata celler vid en punkt när enstaka celler fortfarande utvecklades.
Mitochondrion-liknande bakterier kom in i större celler som parasiter och fick stanna kvar eftersom arrangemanget var ömsesidigt fördelaktigt.
Bakterierna kunde reproducera sig i en säker miljö och levererade energi till den större cellen. Över hundratals miljoner år integrerades bakterierna i flercelliga organismer och utvecklades till dagens mitokondrier.
Eftersom de finns i djurceller idag, utgör de en viktig del av den tidiga mänskliga utvecklingen.
Eftersom mitokondrier multiplicerar oberoende baserat på mitokondriellt genom och inte deltar i celldelning, ärver nya celler helt enkelt de mitokondrier som råkar vara i deras del av cytosolen när cellen delar sig.
Denna funktion är viktig för reproduktion av högre organismer, inklusive människor, eftersom embryon utvecklas från ett befruktat ägg.
Äggcellen från modern är stor och innehåller mycket mitokondrier i sin cytosol medan den befruktande spermiercellen från fadern knappt har någon. Som ett resultat ärver barn sina mitokondrier och deras mitokondriella DNA från sin mor.
Genom deras ATP-syntesfunktion i matrisen och genom cellulär andning över det dubbla membranet är mitokondrier och mitokondriell funktion en nyckelkomponent i djurceller och hjälper till att göra livet som det finns möjligt.
Cellstruktur med membranbundna organeller har spelat en viktig roll i människans utveckling och mitokondrier har gett ett väsentligt bidrag.