Мітохондрії (від грец. Mitos – нитка та chondron – зерно) відносяться до енергопродукційної системи клітини та до мембранного типу органел. Виявлено, що ферменти циклу Кребса та дихального ланцюга окисного фосфорилювання локалізуються в мітохондріях. Мітохондрії присутні у всіх еукаріотичних клітинах, за винятком окремих видів амеб та зрілих еритроцитів тварин. Гомологами мітохондрій у прокаріотів є мезосоми (від грец. Mesos - середній і soma - тіло) - складчасті випинання клітинної мембрани. Будова мітохондрій. Розрізняють подовжені (овальні або циліндричні), іноді розгалужені мітохондрії довжиною 3-7 мкм і товщиною 0,2-1 мкм і круглі (кулясті) діаметром 0,2-1 мкм. Електронномікроскопічно виявлено, що мітохондрія зверху оточена гладкою мембраною, під нею знаходиться складчаста, яка утворює крист (гребні), вміст мітохондрії носить назву матриксу (рис. 2.23). На нефіксованих електронно-препаратах з обох боків христ виявлені дрібні грибоподібні тільця, головки яких мають близько 9 нм у діаметрі, а ніжки 3-4 нм завтовшки. Ці тільця названі оксисомами, містять ферменти, що у окислювальному фосфорилировании, тобто. у приєднанні фосфатних залишків до аденозиндифосфату (АДФ) з утворенням АТФ (аденозинтрифосфосфату або аденозинтрифосфорної кислоти). Функції мітохондрій. Мітохондрії беруть участь в енергетичних процесах клітини, вони містять ферменти, пов'язані з утворенням енергії та клітинним диханням.Іншими словами, мітохондрія є своєрідною біохімічною мініфабрикою, яка трансформує (перетворює, а не виробляє) енергію органічних сполук (наприклад, жирних кислот) на прикладну енергію, біологічно вміщену в АТФ ("мініакумулятор"). Мітохондрії постійно рухаються, роблячи обертальні рухи, завдяки яким вони переміщаються, наближаючись до структур, використовують багато енергії. Ця енергія повинна бути біологічно прикладною, тобто такою, яку легко можна використовувати для потреб клітини, найкращою є хімічна енергія акумульована в АТФ. В окремих клітинах рух мітохондрій обмежений лише певним простором, наприклад, у волокнах поперечнопосмугованих м'язів між міофібрилами. У мітохондріях енергетичний процес починається в матриксі, де відбувається розщеплення пірувату у циклі трикарбонових кислот. Під час цього процесу звільняються атоми водню. Транспорт атомів водню здійснюється за ланцюжком НАДН à ФАДН2 à КоQН2, в якому виділяється його кінетична енергія у вигляді теплоти. Далі атом водню дисоціює на протон та електрон), які акцептуються коферментом нікотинамід (НАД). Тому електрони водню передаються ланцюгом дихальних ферментів - флавопротеидов і цитохромів, вивільняють свою кінетичну енергію, а кінці з'єднуються з протонами і утворюють молекули води. Енергія, що при цьому звільняється, використовується в кількох точках дихального ланцюга для здійснення реакції фосфорилювання - синтезу АТФ, тобто приєднання фосфатної групи до АДФ. Це відбувається на внутрішній мембрані мітохондрій. Електрохімічний потенціал, що виникає в результаті роботи ланцюга перенесення електронів, забезпечує транспорт всередину мітохондрії іонів К+, Са2+, Mg2+. Таким чином, реакція окислення (перенесення електронів) пов'язана (тісно пов'язана) з реакціями фосфорилювання, коли 55% енергії йде на синтез АТФ, а 45% розсіюється у вигляді теплової енергії. При інфекційних захворюваннях, дії несприятливих фізико-хімічних факторів (температури, радіації тощо) ці процеси роз'єднуються, більше енергії випромінюється у вигляді теплової, і тому підвищується температура в клітині і в організмі. Крім того, мітохондрії беруть участь у регуляції обміну води, депонуванні іонів кальцію, продукції попередників стероїдних гормонів. Локалізація мітохондрій. Мітохондрії можуть бути розпорошені по всій цитоплазмі або зосереджені в ділянках, де виникає найбільша потреба в АТФ. Часто мітохондрії розміщені рівномірно по цитоплазмі (наприклад, печінкових клітинах). Відзначена особлива локалізація мітохондрій у поперечнопосмугованих м'язах - вздовж міофібрил, у хвості сперматозоїда - біля його основи, у покручених канальцях нирки - у складках плазмолеми на базальному полюсі клітин, у нервовій системі - в області синапсів, у парієтальних клітинах залоз мережі. Кількість мітохондрій у клітинах різних типів буває різною та залежить від енергетичних потреб клітини. Так, у печінкових клітинах налічують до 500 дрібних мітохондрій, тоді як у малих лімфоцитах крові їх лише кілька. Кількість христ у мітохондріях також пов'язана з енергетичними потребами клітини, зокрема у м'язових клітинах мітохондрії містять дуже велику кількість христ. При підвищеній функції клітини мітохондрії набувають більш овальної або подовженої форми і кількість христів у них зростає. Оновлення мітохондрій.Мітохондрії відносяться до самореплікуючих (здатних до розмноження) органел. Оновлення мітохондрій відбувається протягом усього клітинного циклу. Наприклад, у клітинах печінки вони замінюються на нові через близько 10 днів. Найбільш ймовірним шляхом відтворення мітохондрій вважають їх поділ: посередині мітохондрії з'являється перетяжка або виникає перегородка, після чого органели розпадаються на дві нові мітохондрії. Мембранні органели клітини, що відповідають за накопичення енергії та клітинне дихання, називаються мітохондріями. Вони є в еукаріотичних клітинах автотрофів і гетеротрофів. Вперше виявлено 1850 року в м'язових клітинах. Мітохондрії – округлі або витягнуті органоїди, розміри яких коливаються від 0,2 до 2 мкм. Органели складаються із двох мембран. Зовнішня мембрана гладка, внутрішня утворює складки - кристи, які відповідають за дихання клітин. Між мембранами знаходиться простір 6-10 нм. Складки внутрішньої мембрани заповнені рідиною – матриксом, який містить рибосоми, білки, ферменти, ДНК, РНК. Існує гіпотеза, що мітохондрії мають бактеріальне походження. Прокаріоти захоплювали фагоцитозом бактерії, які могли генерувати енергію. Поступово бактерії проникли в структуру клітини і стали її органелою. Свою генетичну систему мітохондрії зберегли навіть у складі клітини. Процес біосинтезу білка у клітинах відбувається у рибосомах, розташованих на ЕПР. Однак мітохондрії мають власну ДНК та рибосоми і здатні самостійно виробляти білок. Процес окиснення, тобто. клітинного дихання, відбувається в матриксі та на внутрішніх мембранах мітохондрії. При метаболізмі складні речовини розщеплюються до мономерів.Крохмаль розпадається до глюкози, яка в безкисневому середовищі цитоплазми розщеплюється до піровиноградної кислоти (ПВК). У цьому утворюється дві молекули АТФ. У присутності кисню ПВК окислюється до вуглекислого газу та води, тобто. здійснюється процес дихання у мітохондріях. які читають разом з цією Окислення відбувається у два етапи: Дихання на кристалах (транспорт електронів) здійснюється за допомогою дихального ланцюга, що є частиною окисного фосфорилювання (утворення АТФ) та що складається з двох компонентів: Усього утворюється 38 молекул АТФ, що використовуються у процесах анаболізму. Ось чому мітохондрії називають енергетичними станціями клітин. Мал. 2. Схема дихання у мітохондріях. Число мітохондрій залежить від типу клітини та виконуваних функцій. Що потреба у енергії, то більше вписувалося мітохондрій перебуває у клітині (до 2500). Додатковими органелами рослинної клітини, схожими за будовою та функціями з мітохондріями, є пластиди. Вони складаються з двох або чотирьох мембран і бувають трьох видів: Лейкопласти – безбарвні органели, які найчастіше перебувають у коренях рослин (не світла). Вони накопичують поживні речовини, наприклад, як крохмалю. На світлі у лейкопластах утворюється хлорофіл – зелений пігмент. Хромопласти містять пігменти різних кольорів (червоний, жовтий, фіолетовий).Вони перебувають у пелюстках квітів і надають забарвлення віночку залучення комах. Хлоропласти містять пігменти (хлорофіл, каротиноїд, ксантофіл), за допомогою яких здійснюється процес фотосинтезу. Усередині міститься драглиста речовина - строма, що відповідає за темну фазу фотосинтезу. У стромі знаходяться ДНК, олії, рибосоми, а також мембранні структури - тілакоїди, які утворюють грани, схожі на стоси монет. Тилакоїди відповідають за світлову фазу фотосинтезу. Хлоропласти можуть перетворюватися на лейкопласти або хромопласти. Мал. 3. Внутрішня будова хлоропласту. Рослинні клітини містять і пластиди, і мітохондрії. З уроку 9 класу дізналися про будову та функції мітохондрії. Це відносно автономні органели із власною ДНК, які здійснюють клітинне дихання (окислення) та накопичують енергію (утворюють АТФ). Крім мітохондрій у рослинних клітинах знаходяться пластиди, які бувають трьох видів. Лейкопласти накопичують енергію у вигляді полісахаридів, хлоропласти здійснюють фотосинтез, хромопласти надають яскравого забарвлення. Мітохондрії – це органели, які є практично у всіх еукаріотичних клітинах. Їхня основна, але не єдина функція — виробництво енергії. Мітохондрії - клітинні органели, розташовані поза ядром, а саме в цитоплазмі. Вони відповідають за вироблення більшої частини енергії, необхідної для запуску біохімічних реакцій у клітині. Енергія, що виробляється мітохондріями, зберігається в невеликій молекулі, яка називається аденозинтрифосфатом (АТФ). Процеси всередині мітохондрій здійснюються точним механізмом, у якому задіяні різні білки, молекули, канали та мембрани. Він настільки розвинений, що навіть висловлювалося припущення, що цей механізм походить від прокаріотичної клітини, що поглинула аеробні бактерії мільйони років тому. Однією з основних характеристик мітохондрій є те, що вони містять власні невеликі хромосоми, тобто містять гени, окремі від тих, що знаходяться в ядрі клітини. Ці гени успадковуються лише від матері, на відміну ядерних генів, які успадковуються від обох батьків. Кількість мітохондрій варіюється в залежності від типу клітини, оскільки деяким органам і тканинам потрібно набагато більше енергії, наприклад, м'язів, мозку або печінки. Отримуйте знання, що базуються на доказовій медицині з перших вуст провідних світових фахівців. В рамках Модульної Школи Anti-Age Expert щомісяця проходять очні дводенні семінари, де розкриваються тонкощі anti-age медицини для лікарів понад 25 спеціальностей Морфологія мітохондрій дуже мінлива і може змінюватись від довгих розгалужених структур до невеликих еліпсоїдів. Можна сказати, що існують окремі мітохондрії та динамічні мітохондріальні мережі. Мережеві або ізольовані мітохондрії складаються із зовнішньої та внутрішньої мембран, міжмембранного та внутрішнього простору, обмеженого внутрішньою мембраною, званого мітохондріальним матриксом. Зовнішня мембрана мітохондрій має високу проникність і містить безліч копій білка поріна, який утворює водні канали через ліпідний бішар.Таким чином, ця мембрана стає свого роду ситом, проникним всім молекул розміром менше 5000 дальтон, включаючи невеликі білки. Внутрішня мембрана утворює матрикс. Це аналог цитоплазми клітини. Енергія надходить із цього регіону у вигляді АТФ. Тут відбуваються обмінні процеси, такі як: Саме тут розташовані інші мікроорганели мітохондрій, такі як рибосоми, ДНК, іони та метаболіти. Внутрішня мембрана складається з ліпідного бислоя, у якому перебувають ферментні комплекси, які з різних білків, необхідні ланцюга переносу електронів. Зовнішня та внутрішня мембрани є частиною мітохондрій, які складаються в кристи у вигляді складок. Вони розташовані переважно по краях мітохондрій, але відмежовані зовні зовнішньою мембраною. Вони розташовані перпендикулярно межі мітохондрій. Кристи утворюють окремий відсік від решти внутрішньої мембрани, оскільки вміст білка в них сильно відрізняється. Вважається, що кількість та форма мітохондріальних христ є відображенням клітинної активності. У кристалах виявлено функціональні дихальні комплекси та АТФ-синтазу, а також білки для складання залізо-сірчаних груп. Гребені дозволяють значно збільшити площу поверхні для розміщення білків дихального ланцюга та АТФ. У клітині печінки внутрішня мітохондріальна мембрана може становити 1/3 загальної клітинної мембрани. У мембранах христ відбуваються найважливіші функції мітохондрій: Між внутрішньою та зовнішньою мембраною є простір, званий мітохондріальним міжмембранним простором, який має життєво важливе значення для клітинної активності. У ньому - високий вміст ферментів, необхідні дихання. Його основна функція – прийом протонів від перекачування ферментних комплексів. Тут присутні ферменти та білки, які допомагають у клітинних процесах. Тут також відбувається транслокація – процес, при якому білки мітохондріального матриксу транспортуються ззовні мітохондрій. Зрештою, вони транспортують жирні кислоти. Мітохондрії також мають рибосоми, які називаються міторбосомами або мітохондріальними рибосомами. Їхня функція - синтез білків за допомогою трансляції генів. Вони отримують інформацію у вигляді РНК, щоб перевести її до ДНК. У мітохондріальному матриксі також є ДНК та ферменти, що здійснюють метаболічні процеси. Мітохондріальна ДНК знаходиться в місцях, званих нуклеоїдами, і кожен нуклеоїд може містити більше однієї молекули ДНК. Нуклеоїди пов'язані із внутрішньою мембраною мітохондрій за допомогою білкового комплексу MitOS. Також у нуклеоїді є білки для реплікації та відновлення мітохондріальної ДНК. Зазвичай він містить близько 16500 пар основ і близько 37 генів, які у людини кодують 13 білків. Усередині клітини можуть бути сотні копій мітохондріальної ДНК. Реплікація мітохондріальної ДНК не пов'язана з клітинним циклом, і будь-якої миті життя клітини може відбутися реплікація цієї ДНК. Мітохондрії, або частини мітохондріальної мережі, переміщаються з однієї частини клітини до іншої і зазвичай розташовуються там, де існує найбільша потреба в енергії або кальції. Основна функція мітохондрій – виробництво АТФ, який є паливом для більшості клітинних процесів. Але вони також здійснюють частину метаболізму жирних кислот за допомогою процесу, званого β-окисленням, і діють як депо кальцію, утворення гемових груп, синтез амінокислот та біогенез залізосульфідних груп. Більшість АТФ у нефотосинтезирующих еукаріотичних клітинах виробляється у мітохондріях. Вони метаболізують ацетил-коензим А за допомогою ферментативного циклу лимонної кислоти, даючи як продукти CO2 і НАДН. Саме НАДН віддає електрони ланцюжку переносників електронів, що знаходяться в мембранах кріст мітохондрій. Ці електрони переходять від одного носія до іншого, досягаючи на останньому етапі O2, у результаті утворюється H2O. Цей транспорт електронів пов'язаний з транспортуванням протонів із матриці у внутрішній простір гребеня. Саме цей протонний градієнт дозволяє синтезувати АТФ завдяки АТФ-синтазі. Цей процес, в якому фосфат зв'язується з АДФ і кисень використовується як кінцевий акцептор електронів, який називається окислювальним фосфорилюванням. Білки, що здійснюють транспорт електронів та АТФ-синтазу, знаходяться в кристалах мітохондрій і можуть досягати до 80% маси мітохондріальної мембрани. Ланцюг перенесення електронів відомий як дихальний ланцюг. Вона містить близько 40 білків, з яких 15 безпосередньо беруть участь у транспорті електронів. Всі ці білки об'єднані в три комплекси, кожен із яких містить кілька білків.Вони називаються: комплекс НАДН-дегідрогенази, комплекс цитохрому b-c1 та комплекс цитохромоксидази. Кожен з них має хімічні групи, які дозволяють проходити через них протонам, що переміщуються за рахунок транспорту електронів. Виробництво енергії в мітохондріях є двоетапним процесом: створення протонного градієнта між обома сторонами мембрани мітохондріального гребеня, створюваного ланцюгом перенесення електронів, і синтез АТФ АТФ-синтазою, яка використовує цю перевагу. Обидва процеси пов'язані з мітохондріальними христами. В результаті в матриксі створюється градієнт протонів у 10 разів менший, ніж у міжмембранному просторі. Крім того, у матриці створюється більш негативно заряджений простір внаслідок чистого догляду позитивних зарядів по відношенню до міжмембранного простору, який стає більш позитивним. Створюється електрохімічний градієнт, який змушує протони прагнути повернутися до матриці. Синтез АТФ — це не єдиний процес, у якому використовується протонний градієнт. Інші заряджені молекули, такі як піруват, АДФ і неорганічний фосфор, перекачуються в матрикс із цитозолю, тоді як інші, такі як АТФ, що синтезується в матриксі, повинні транспортуватися в цитозоль. Неорганічний фосфор та піруват транспортуються шляхом з'єднання з вхідним потоком протонів у рамках супутнього котранспорту. З іншого боку, АДФ пов'язаний з котранспортом антипортового типу з АТФ. Значний синтез клітинних ліпідів відбувається у мітохондріях. Виробляється лізофосфатидна кислота, з якої синтезуються тріацілгліцерини. У мітохондріях також синтезуються фосфатидна кислота та фосфатидилгліцерин, останній необхідний для продукції кардіоліпіну та фосфатидилетаноламіну. Існують органели, що виникли з мітохондрій в ході еволюції і набули інших функцій. Наприклад, гідрогеносоми пов'язані з метаболізмом водню, а мітосоми – з метаболізмом сірки. У цих органелах відсутня ДНК. З іншого боку, останнім часом мітохондрії разом з ендоплазматичним ретикулумом беруть участь у генерації пероксисом за допомогою емісії везикул. У ситуаціях стресу мітохондрії здатні викликати реакцію, спрямовану захист від зазначеного стресу. Однак, якщо стресова ситуація затягується і завданий нею збиток не може бути усунений, запускається процес регульованої загибелі клітин, званий апоптозом. Внутрішньоклітинний шлях активації апоптозу потребує участі мітохондрій. Апоптоз також задіяний у морфогенетичних та фізіологічних процесах. Мітохондрії мають здатність відносно легко ділитися і зливатися, і ці дві дії постійно відбуваються в клітинах. Це включає змішування і розподіл мітохондріальної ДНК кожної з цих одиниць органел. В еукаріотичних клітинах немає окремих мітохондрій, а є мережа, пов'язана із змінною кількістю мітохондріальної ДНК. Однією з можливих функцій цього явища є ділитися продуктами, що синтезуються різними частинами мережі, виправляти локальні дефекти або просто ділитися своєю ДНК. Якщо дві клітини з різними мітохондріями зливаються, мережа мітохондрій, що виникла в результаті об'єднання, стане однорідною вже через 8 годин. Розподіл мітохондрій опосередкований білками, дуже схожими на динаміни, які беруть участь в утворенні везикул. Точка, в якій ці органели починають ділитися, багато в чому залежить від їхньої взаємодії з ендоплазматичною мережею.Мембрани ретикулума оточують мітохондрії, стискаючи їх і зрештою поділяючи на дві частини. Мітохондрії управляють правильним функціонуванням клітин, забезпечуючи їх паливом (АТФ). Вони також регулюють апоптоз – «самовбивство» клітини, коли вона надто пошкоджується чи старіє. Таким чином, наші “енергетичні станції” запобігають накопиченню клітин, що старіють, у наших тканинах, що є однією з основних причин старіння. Існують дослідження, які показали, що вікові захворювання пов'язані із зниженням здатності клітин виробляти енергію. Мітохондріальне виснаження призводить до погіршення імунного захисту, порушень продукції гормонів, погіршення травлення, недостатньої детоксикації печінки, м'язової слабкості тощо. Падіння вироблення гормону прегненолона може бути ознакою низької активності мітохондрій, що виробляють його з холестерину. Прегненолон є попередником ДГЕА. Крім того, багато вчених вважають, що тривалість життя людини пов'язана з кількістю у нього мітохондрій. Можна сказати, що наша життєздатність багато в чому залежить від стану наших мітохондрій. У міру старіння, особливо у разі надмірно інтенсивних явищ окислення, мітохондріальна ДНК легше ушкоджується та мутує. Пошкоджені мітохондрії виробляють менше енергії, але більше вільних радикалів, ніж зазвичай, та сприяють запаленню, хворобам та старінню. Таким чином, погане функціонування мітохондрій може призвести до раку, прискореного старіння, дегенеративних захворювань, хронічного запалення та накопичення внутрішньоклітинних токсинів. Крім того, у боротьбі зі старінням особливо важливо забезпечити функціональність та здоров'я мітохондрій. ВАЖЛИВО:
епігенетика і, отже, наш спосіб життя впливають на мітохондріальну ДНК і в той же час на поділ наших клітин та підтримку їхнього здоров'я.
Мітохондріальна дисфункція є найчастішою причиною захворювань та дегенеративних розладів у нашому суспільстві, пов'язаних із способом життя. Розрізняють первинні або вроджені мітохондріальні порушення, спричинені мутаціями, та вторинні або набуті, зумовлені дефіцитом вироблення енергії або АТФ. Чинники, що призводять до пошкодження мітохондрій: Мітохондрії мають здатність саморегулюватися в клітині, щоб поліпшити вироблення енергії в кінцевому підсумку збільшити відсоток здорових і продуктивних мітохондрій. Декілька мітохондрій можуть поєднуватися з утворенням більш ефективних мітохондрій (цьому сприяє зниження споживання поживних речовин, голодування і т. д.), а також мітохондрія може ділитися на кілька дрібніших, менш ефективних. Це відбувається у випадку, коли споживання поживних речовин надто велике. До цих регуляторних процесів додається функція, подібна до аутофагії, що дозволяє відновлювати або усувати надто пошкоджені мітохондрії, що активується обмеженням (рестрикцією) калорій. У кінцевому підсумку виробництво енергії ефективніше при обмеженні поживних речовин , ніж із надлишку (принаймні, певною мірою). Нам також слід уникати подачі занадто великої кількості поживних речовин у мітохондрії, інакше ми ризикуємо викликати непотрібне окиснення в наших клітинах. Фактично, турбота про мітохондрії зараз стає одним із пріоритетів у боротьбі з наслідками старіння. Існує кілька способів активувати мітохондрії: Спалювання поживних речовин у мітохондріях відбувається за участю кисню. Будь-яка фізична активність, рух, техніка дихання можуть допомогти оптимізувати подачу кисню. Також важливо підтримувати добрий кровообіг. У виробництві мітохондріальної енергії беруть участь різні поживні речовини. Тому необхідно уникати їхнього дефіциту. Яких саме вітамінів та мікроелементів не вистачає організму, може з високою точністю визначити лікар антивікової медицини, який при необхідності призначить добавки. Вивчайте тонкощі антивікової медицини з будь-якої точки світу. Для зручності лікарів ми створили навчальну онлайн-платформу Anti-Age Expert: Тут послідовно викладаються лекції наших освітніх програм, до яких відкрито доступ 24/7.Лікарі можуть вивчати матеріали необхідну кількість разів, ставити запитання та обговорювати цікаві клінічні випадки з колегами у спеціальних чатах.Світ науки
Реферати та конспекти лекцій з географії, фізики, хімії, історії, біології. Універсальна підготовка до ЄДІ, ДПА, ЗНО та ДПА!
Мітохондрії
Будова
Дихання
Пластиди
Що ми дізналися?
Мітохондрії: секрети енергетичних станцій
Що таке мітохондрії
Будова
Функції
Синтез та поділ
Мітохондрії та старіння
Чинники, що ушкоджують мітохондрії
Як покращити роботу мітохондрій
Короткі висновки
Список використаної літератури