מיטוכונדריה: הגדרה, מבנה ופונקציה (עם תרשים)

תוֹכֶן

• מבנה המיטוכונדריה
• מדוע מיטוכונדריה חשובים?
• פונקציות מיטוכונדריות
• הממברנות הפנימיות והחיצוניות
• מה יש במטריקס?

התאים האוקריוטים של אורגניזמים חיים מבצעים ברציפות מספר עצום של תגובות כימיות לחיות, לגדול, להתרבות ולהילחם במחלות.

כל התהליכים הללו דורשים אנרגיה ברמה התאית. כל תא העוסק באחת מפעילויות אלה מקבל את האנרגיה שלו מהמיטוכונדריה, אברונים זעירים המשמשים כמחצני התאים. יחיד המיטוכונדריה הוא מיטוכונדריון.

אצל בני אדם, לתאים כמו גופות דם אדומות אין אברונים זעירים אלה, אך לרוב התאים האחרים יש מספר גדול של מיטוכונדריות. לתאי שריר, למשל, עשויים להיות מאות ואף אלפים שיספקו את דרישות האנרגיה שלהם.

כמעט כל דבר חי שזז, צומח או חושב חושב שיש מיטוכונדריה ברקע, המייצר את האנרגיה הכימית הנחוצה.

מבנה המיטוכונדריה

מיטוכונדריה הם אברונים הקשורים לקרום הסוגרים על ידי קרום כפול.

יש להם קרום חיצוני חלק הסגור את האורגנל וממברנה פנימית מקופלת. קפלי הממברנה הפנימית נקראים cristae, כאשר היחיד ביניהם הוא crista, והקפלים הם המקום בו מתרחשות התגובות היוצרות אנרגיה מיטוכונדרית.

הממברנה הפנימית מכילה נוזל הנקרא מטריקס ואילו החלל הבין ממברני הממוקם בין שני הממברנות מלא גם בנוזל.

בגלל מבנה תאים פשוט יחסית זה, למיטוכונדריה יש רק שני נפחי פעולה נפרדים: המטריצה ​​בתוך הממברנה הפנימית וחלל הבין-ממברנה. הם מסתמכים על העברות בין שני הכרכים לייצור אנרגיה.

כדי להגביר את היעילות ולמקסם את פוטנציאל יצירת האנרגיה, קפלי הממברנה הפנימית חודרים עמוק לתוך המטריצה.

כתוצאה מכך, לקרום הפנימי שטח פנים גדול, ואף חלק מהמטריקס אינו רחוק מקפל ממברנה פנימית. הקפלים ושטח השטח הגדול מסייעים בתפקוד המיטוכונדריאלי, ומגדילים את קצב ההעברה הפוטנציאלי בין המטריצה ​​לחלל הבין ממברני על פני הממברנה הפנימית.

מדוע מיטוכונדריה חשובים?

בעוד שתאים בודדים התפתחו במקור ללא מיטוכונדריה או אברונים קשורים ממברנה אחרים, אורגניזמים רב-תאיים מורכבים ובעלי חיים חמים בדם כמו יונקים משיגים את האנרגיה שלהם מהנשימה התאית על בסיס התפקוד המיטוכונדריאלי.

לתפקודים בעלי אנרגיה גבוהה כמו אלו של שרירי הלב או כנפי הציפורים יש ריכוזים גבוהים של מיטוכונדריה המספקים את האנרגיה הדרושה.

באמצעות פונקציית סינתזת ה- ATP שלהם, המיטוכונדריה בשרירים ותאים אחרים מייצרים את חום הגוף בכדי לשמור על בעלי חיים חמים בדם בטמפרטורה קבועה. יכולת ייצור האנרגיה המרוכזת הזו של המיטוכונדריה היא זו שמאפשרת את פעילויות האנרגיה הגבוהה וייצור החום בבעלי חיים גבוהים יותר.

פונקציות מיטוכונדריות

מחזור ייצור האנרגיה במיטוכונדריה מסתמך על שרשרת הובלת אלקטרונים יחד עם חומצת לימון או מחזור קרבס.
קרא עוד אודות מחזור קרבס.

תהליך פירוק הפחמימות כמו גלוקוז לייצור ATP נקרא קטבוליזם. האלקטרונים מחמצון הגלוקוז מועברים לאורך שרשרת תגובה כימית הכוללת את מחזור חומצות הלימון.

אנרגיה מתגובות הפחתה או חמצון, או redox, משמשת להעברת פרוטונים מהמטריצה ​​בה התגובות מתרחשות. התגובה הסופית בשרשרת התפקוד המיטוכונדריאלי היא כזו בה חמצן מהנשימה התאית עובר הפחתה ליצירת מים. התוצרים הסופיים של התגובות הם מים ו- ATP.

אנזימי המפתח האחראיים לייצור אנרגיה מיטוכונדריאלית הם ניקוטין אמיד אדנין דינוקלוטיד פוספט (NADP), ניקוטין אדנין דינוקלוטיד (NAD), דינופוספט אדנוזין (ADP) ופלאין אדנין דינוקלוטיד (FAD).

הם עובדים יחד כדי להעביר פרוטונים ממולקולות מימן במטריקס על פני הממברנה המיטוכונדריה הפנימית. זה יוצר פוטנציאל כימי וחשמלי על פני הממברנה כאשר הפרוטונים חוזרים למטריצה ​​דרך האנזים ATP synthase, והתוצאה היא זרחן ויצור של אדנוזין טריפוספט (ATP).
קרא על המבנה והתפקוד של ATP.

סינתזת ATP ומולקולות ה- ATP הם נשאי האנרגיה העיקריים בתאים ויכולים לשמש את התאים לייצור הכימיקלים הדרושים לאורגניזמים חיים.

••• מדע

בנוסף להיותם יצרני אנרגיה, מיטוכונדריה יכולות לעזור באיתות תא לתא באמצעות שחרור סידן.

למיטוכונדריה יכולת לאגור סידן במטריקס ויכולים לשחרר אותו כאשר קיימים אנזימים או הורמונים מסוימים. כתוצאה מכך, תאים המייצרים כימיקלים מפעילים כאלה עשויים לראות את האות לעליית הסידן מהשחרור על ידי המיטוכונדריה.

בסך הכל, המיטוכונדריה הן מרכיב חיוני בתאים חיים, מסייעות באינטראקציות תאים, הפצת כימיקלים מורכבים והפקת ה- ATP המהווה את הבסיס האנרגטי לכל החיים.

הממברנות הפנימיות והחיצוניות

לקרום הכפול המיטוכונדריאלי יש פונקציות שונות עבור הממברנה הפנימית והחיצונית ושני הממברנות ומורכב מחומרים שונים.

הממברנה החיצונית של המיטוכונדריה סוגרת את הנוזל של החלל הבין-ממברני, אך עליו לאפשר כימיקלים שהמיטוכונדריה צריכה לעבור דרכו. מולקולות האחסון באנרגיה המיוצרות על ידי המיטוכונדריה צריכות להיות מסוגלות לעזוב את האורגנל ולהעביר אנרגיה לשאר התא.

כדי לאפשר העברות כאלה, הממברנה החיצונית מורכבת מפוספוליפידים ומבני חלבון הנקראים פורנים שמשאירים חורים או נקבוביות זעירות על פני הקרום.

החלל הבין-ממברני מכיל נוזל שיש לו הרכב הדומה לזה של הציטוזול המרכיב את הנוזל של התא שמסביב.

מולקולות קטנות, יונים, חומרים מזינים ומולקולת ה- ATP הנושאת אנרגיה המיוצרת על ידי סינתזת ATP יכולים לחדור לקרום החיצוני ולמעבר בין הנוזל של חלל הבין-ממברנה לציטוזול.

לקרום הפנימי מבנה מורכב עם אנזימים, חלבונים ושומנים המאפשרים רק למים, פחמן דו חמצני וחמצן לעבור דרך הממברנה בחופשיות.

מולקולות אחרות, כולל חלבונים גדולים, יכולות לחדור לקרום אך רק באמצעות חלבוני תובלה מיוחדים המגבילים את מעברם. שטח השטח הגדול של הממברנה הפנימית, הנובע מקפלי הקריסטה, מספק מקום לכל המבנים החלבוניים והכימיים המורכבים הללו.

המספר הגדול שלהם מאפשר לרמה גבוהה של פעילות כימית וייצור אנרגיה יעיל.

התהליך שבאמצעותו מופק אנרגיה באמצעות העברות כימיות על פני הממברנה הפנימית נקרא זרחן חמצוני.

במהלך תהליך זה, חמצון הפחמימות במיטוכונדריה שואב פרוטונים על פני הממברנה הפנימית מהמטריצה ​​לחלל הבינממברני. חוסר האיזון בפרוטונים גורם לפרוטונים להתפזר בחזרה על פני הממברנה הפנימית למטריצה ​​דרך קומפלקס אנזים שהוא סוג מבשר של ATP ונקרא ATP synthase.

זרימת הפרוטונים דרך סינתזת ATP בתורו היא הבסיס לסינתזה של ATP והיא מייצרת מולקולות ATP, המנגנון העיקרי לאחסון אנרגיה בתאים.

מה יש במטריקס?

הנוזל הצמיג בתוך הממברנה הפנימית נקרא המטריצה.

זה אינטראקציה עם הממברנה הפנימית כדי לבצע את הפונקציות העיקריות המייצרות אנרגיה של המיטוכונדריה. הוא מכיל את האנזימים והכימיקלים שלוקחים חלק במחזור הסרטנים לייצור ATP מגלוקוז וחומצות שומן.

המטריצה ​​נמצאת במקום בו נמצא הגנום המיטוכונדריאלי המורכב מ- DNA מעגלי ובמקום בו נמצאים הריבוזומים. נוכחותם של ריבוזומים ו- DNA פירושה שמיטוכונדריה יכולה לייצר חלבונים משלהם ויכולה להתרבות באמצעות DNA משלהם, מבלי להסתמך על חלוקת תאים.

אם נראה כי המיטוכונדריה הן תאים זעירים ושלמים בעצמם, הסיבה לכך היא שהם ככל הנראה היו תאים נפרדים בשלב מסוים כאשר התאים היחידים עדיין התפתחו.

חיידקים דמויי מיטוכונדריון נכנסו לתאים גדולים יותר כטפילים והורשו להישאר מכיוון שהסידור היה מועיל הדדית.

החיידקים הצליחו להתרבות בסביבה בטוחה וסיפקו אנרגיה לתא הגדול יותר. במשך מאות מיליוני שנים, החיידקים השתלבו באורגניזמים רב-תאיים והתפתחו למיטוכונדריה של ימינו.

מכיוון שהם נמצאים בתאים בבעלי חיים כיום, הם מהווים חלק מרכזי בהתפתחות האנושית הקדומה.

מכיוון שמיטוכונדריה מתרבים באופן עצמאי על בסיס הגנום המיטוכונדרי ואינם לוקחים חלק בחלוקת התא, תאים חדשים פשוט יורשים את המיטוכונדריה שבמקרה נמצאים בחלקם של הציטוזול כאשר התא מתחלק.

פונקציה זו חשובה להתרבותם של אורגניזמים גבוהים יותר, כולל בני אדם, מכיוון שעוברים מתפתחים מביצית מופרית.

תא הביצית מהאם גדול ומכיל ציטוזול רב במיטוכונדריה ואילו בתאי הזרע המופרים מהאב כמעט ואין. כתוצאה מכך ילדים יורשים את אמם המיטוכונדריה ואת ה- DNA המיטוכונדריאלי שלהם.

באמצעות סינתזת ה- ATP שלהם במטריקס ובאמצעות הנשימה תאית על פני הממברנה הכפולה, המיטוכונדריה והתפקוד המיטוכונדריאלי הם מרכיב מרכזי בתאי בעלי החיים ועוזרים להפוך את החיים ככל שהם קיימים.

מבנה התאים עם האברונים הקשורים לקרום ממלא תפקיד חשוב בהתפתחות האנושית והמיטוכונדריה תרמו תרומה חיונית.