Indhold
- Struktur af Mitochondria
- Hvorfor er mitokondrier vigtige?
- Mitokondriske funktioner
- De indre og ydre mitokondrielle membraner
- Hvad er der i matrixen?
De eukaryote celler i levende organismer udfører kontinuerligt et stort antal kemiske reaktioner for at leve, vokse, reproducere og bekæmpe sygdomme.
Alle disse processer kræver energi på celleniveau. Hver celle, der deltager i nogen af disse aktiviteter, får sin energi fra mitokondrierne, små organeller, der fungerer som cellernes kraftcentre. Enkeltformen af mitokondrier er mitokondrion.
Hos mennesker har celler som røde blodlegemer ikke disse små organeller, men de fleste andre celler har et stort antal mitokondrier. Muskelceller kan for eksempel have hundreder eller endda tusinder for at tilfredsstille deres energibehov.
Næsten enhver levende ting, der bevæger sig, vokser eller tænker, har mitokondrier i baggrunden, hvilket producerer den nødvendige kemiske energi.
Struktur af Mitochondria
Mitochondria er membranbundne organeller omgivet af en dobbelt membran.
De har en glat ydre membran, der omslutter organellen og en foldet indre membran. Foldene i den indre membran kaldes cristae, hvis ental er crista, og foldene er, hvor reaktionerne, der skaber mitokondrisk energi, finder sted.
Den indre membran indeholder en væske, der kaldes matrixen, mens intermembranrummet, der er placeret mellem de to membraner, også er fyldt med væske.
På grund af denne relativt enkle cellestruktur har mitokondrier kun to separate driftsvolumener: matrixen inde i den indre membran og intermembranrummet. De er afhængige af overførsler mellem de to bind til energiproduktion.
For at øge effektiviteten og maksimere energidannelsespotentialet trænger den indre membranfoldning dybt ind i matrixen.
Som et resultat har den indre membran et stort overfladeareal, og ingen del af matrixen er langt fra en indre membranfold. Foldene og det store overfladeareal hjælper med mitokondrielfunktionen, hvilket øger den potentielle overførselshastighed mellem matrixen og intermembranrummet over den indre membran.
Hvorfor er mitokondrier vigtige?
Mens enkeltceller oprindeligt udviklede sig uden mitokondrier eller andre membranbundne organeller, får komplekse flercellede organismer og varmblodede dyr, såsom pattedyr, deres energi fra cellulær respiration baseret på mitokondriefunktionen.
Funktioner med høj energi såsom hjertemusklerne eller fuglevingene har høje koncentrationer af mitokondrier, der leverer den nødvendige energi.
Gennem deres ATP-syntese-funktion producerer mitokondrier i muskler og andre celler kropsvarmen for at holde varmblodede dyr ved en jævn temperatur. Det er denne koncentrerede energiproduktionsevne i mitokondrier, der gør aktiviteterne med høj energi og produktion af varme i højere dyr mulige.
Mitokondriske funktioner
Energiproduktionscyklussen i mitokondrier er afhængig af en elektrontransportkæde sammen med citronsyre- eller Krebs-cyklussen.
Læs mere om Krebs Cycle.
Processen med at nedbryde kulhydrater såsom glukose for at fremstille ATP kaldes katabolisme. Elektronerne fra glukoseoxidation ledes langs en kemisk reaktionskæde, der inkluderer citronsyrecyklus.
Energi fra reduktionsoxidation eller redox-reaktioner bruges til at overføre protoner ud af matrixen, hvor reaktionerne finder sted. Den endelige reaktion i den mitokondriske funktionskæde er en, hvor ilt fra cellulær respiration gennemgår reduktion til dannelse af vand. Slutprodukterne af reaktionerne er vand og ATP.
De vigtigste enzymer, der er ansvarlige for produktion af mitokondriell energi, er nicotinamidadenindinucleotidphosphat (NADP), nicotinamidadeninuduotototid (NAD), adenosindiphosphat (ADP) og flavinadenindinucleotid (FAD).
De arbejder sammen for at hjælpe med at overføre protoner fra brintmolekyler i matrixen over den indre mitokondrielle membran. Dette skaber et kemisk og elektrisk potentiale over membranen, idet protonerne vender tilbage til matrixen gennem enzymet ATP-syntase, hvilket resulterer i fosforylering og produktion af adenosintriphosphat (ATP).
Læs om ATP's struktur og funktion.
ATP-syntese og ATP-molekyler er de primære bærere af energi i celler og kan bruges af cellerne til produktion af de kemikalier, der er nødvendige for levende organismer.
••• SciencingUd over at være energiproducenter kan mitokondrier hjælpe med signal-til-celle-signalering gennem frigivelse af calcium.
Mitochondria har evnen til at opbevare calcium i matrixen og kan frigive det, når visse enzymer eller hormoner er til stede. Som et resultat kan celler, der producerer sådanne udløsende kemikalier, se signalet om stigende calcium fra frigivelse af mitokondrierne.
Samlet set er mitokondrier en vigtig komponent i levende celler og hjælper med celleinteraktioner, distribuerer komplekse kemikalier og producerer ATP, der danner energibasis for alt liv.
De indre og ydre mitokondrielle membraner
Den mitokondriske dobbeltmembran har forskellige funktioner for den indre og ydre membran og de to membraner og består af forskellige stoffer.
Den ydre mitokondrielle membran omslutter væsken i intermembranrummet, men den skal tillade kemikalier, som mitokondrierne har brug for at passere gennem det. Energilagringsmolekyler produceret af mitokondrierne skal være i stand til at forlade organellen og levere energi til resten af cellen.
For at muliggøre sådanne overførsler består den ydre membran af opkaldte phospholipider og proteinstrukturer poriner der efterlader små huller eller porer i membranens overflade.
Intermembranrummet indeholder væske, der har en sammensætning, der svarer til cytosolens sammensætning, der udgør væsken i den omgivende celle.
Små molekyler, ioner, næringsstoffer og det energibærende ATP-molekyle produceret ved ATP-syntese kan trænge ind i den ydre membran og overgangen mellem væsken i intermembranrummet og cytosol ..
Den indre membran har en kompleks struktur med enzymer, proteiner og fedt, der kun tillader vand, kuldioxid og ilt at passere frit gennem membranen.
Andre molekyler, herunder store proteiner, kan trænge igennem membranen, men kun gennem specielle transportproteiner, der begrænser deres passage. Det store overfladeareal af den indre membran, der stammer fra cristae-foldene, giver plads til alle disse komplekse protein- og kemiske strukturer.
Deres store antal tillader et højt niveau af kemisk aktivitet og en effektiv produktion af energi.
Den proces, hvormed energi produceres gennem kemiske overførsler over den indre membran, kaldes oxidativ phosphorylering.
Under denne proces pumpes oxidationen af kulhydrater i mitokondrierne protoner over den indre membran fra matrixen ind i intermembranrummet. Ubalancen i protoner får protonerne til at diffundere tilbage over den indre membran ind i matrixen gennem et enzymkompleks, der er en forløber i form af ATP og kaldes ATP-syntase.
Strømmen af protoner gennem ATP-syntase er igen grundlaget for ATP-syntese, og den producerer ATP-molekyler, den vigtigste energilagringsmekanisme i celler.
Hvad er der i matrixen?
Den viskose væske inde i den indre membran kaldes matrixen.
Det interagerer med den indre membran for at udføre de vigtigste energiproducerende funktioner i mitokondrier. Det indeholder enzymer og kemikalier, der deltager i krebscyklussen for at fremstille ATP fra glukose og fedtsyrer.
Matrixen er det sted, hvor mitokondrielt genom, der består af cirkulært DNA, findes, og hvor ribosomerne er placeret. Tilstedeværelsen af ribosomer og DNA betyder, at mitokondrierne kan producere deres egne proteiner og kan reproducere ved hjælp af deres eget DNA uden at stole på celledeling.
Hvis mitokondrier ser ud til at være små, komplette celler på egen hånd, skyldes det, at de sandsynligvis var separate celler på et tidspunkt, hvor enkeltceller stadig udviklede sig.
Mitochondrion-lignende bakterier kom ind i større celler som parasitter og fik lov til at forblive, fordi arrangementet var gensidigt fordelagtigt.
Bakterierne var i stand til at reproducere sig i et sikkert miljø og forsynede energi til den større celle. I løbet af hundreder af millioner af år blev bakterierne integreret i flercellede organismer og udviklet sig til dagens mitokondrier.
Fordi de findes i dyreceller i dag, udgør de en vigtig del af den tidlige menneskelige udvikling.
Da mitokondrier formerer sig uafhængigt baseret på mitokondrielt genom og ikke deltager i celledeling, arver nye celler simpelthen de mitokondrier, der tilfældigvis er i deres del af cytosolen, når cellen deler sig.
Denne funktion er vigtig for reproduktionen af højere organismer, inklusive mennesker, fordi embryoner udvikler sig fra et befrugtet æg.
Æggecellen fra moderen er stor og indeholder en masse mitokondrier i dens cytosol, mens den befrugtende sædcelle fra faren næppe har nogen. Som et resultat arver børn deres mitokondrier og deres mitokondrielle DNA fra deres mor.
Gennem deres ATP-syntese-funktion i matrixen og gennem cellulær åndedræt over dobbeltmembranen er mitokondrier og mitokondrielfunktionen en nøglekomponent i dyerceller og hjælper med at gøre livet, som det findes muligt.
Cellestruktur med membranbundne organeller har spillet en vigtig rolle i menneskets evolution, og mitokondrier har ydet et væsentligt bidrag.