Строение, функция. ВИЗУАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ. Ян Кольман, Клаус-Генрих Рем; Юрген Вирт

Митохондрии — это микроскопические мембранные органоиды, которые обеспечивают клетку энергией. Поэтому их называют энергетическими станциями (аккумулятором) клеток.

Митохондрии отсутствуют в клетках простейших организмов, бактерий, энтамеб, которые живут без использования кислорода. Некоторые зеленые водоросли, трипаносомы содержат одну большую митохондрию, а клетки сердечной мышцы, мозга имеют от 100 до 1000 данных органелл.

Существует два основных типа клеток: прокариотические и эукариотические клетки. Митохондрии являются «электростанциями» эукариот, производящие энергию для деятельности клеток. Эти органеллы генерируют энергию путем ее преобразования в формы, которые могут быть использованы клеткой. Находящиеся в цитоплазме, митохондрии служат “базой” для клеточного дыхания. Клеточное дыхание – процесс, генерирующий энергию для деятельности клетки. Митохондрии также участвуют в других клеточных процессах, таких как деление, рост и гибель клеток.

Их
основная функция
связана с окислением
органических соединений
и использованием
освобождающейся при распаде этих
соединений энергии
для синтеза молекул АТФ. Исходя из этого,
митохондрии часто называют энергетическими
станциями клетки, или органеллами
клеточного дыхания.

Форма
митохондрий может быть овальной,
округлой, вытянутой и даже разветвленной,
но преобладает овально-вытянутая. Стенка
митохондрий образована двумя билипидными
мембранами,
разделенные пространством в 10-20 нм. При
этом внешняя мембрана охватывает по
периферии в виде мешка всю
митохондрию и отграничивает ее от
гиалоплазмы.
Внутренняя мембрана отграничивает
внутреннюю
среду митохондрии,
при этом она образует внутрь митохондрии
складки – кристы.
В некоторых клетках (клетки коркового
вещества надпочечника)
внутренняя мембрана образует не складки,
а везикулы или трубочки
– трубчато-везикулярные кристы. Внутренняя
среда митохондрии (митохондральный
матрикс) имеет тонкозернистое строение
и содержит гранулы (митохондриальные
ДНК и рибосомы).

Функции
митохондрий – образование
энергии в виде АТФ.
Источником образования энергии в
митохондрии (ее “топливом”) является
пировиноградная
кислота (пируват),
которая образуется из
углеводов, белков и липидов
в гиалоплазме. Окисление
пирувата
происходит в митохондриальном матриксе
в цикле
трикарбоновых кислот,
а на кристах
митохондрий
осуществляется перенос
электронов, фосфорилирование
АДФ и образование АТФ.
Образующаяся в митохондриях и, частично,
в гиалоплазме АТФ является единственной
формой энергии,
используемой клеткой для выполнения
различных процессов.

Митохондрии: структура и функции

А. Структура митохондрий

Митохондрии – это органеллы размером с
бактерию (около 1 х 2 мкм). Они найдены в большом количестве почти во всех
эукариотических клетках. Обычно в клетке содержится около 2000 митохондрий,
общий объем которых составляет до 25% от общего объема клетки. Митохондрия
ограничена двумя мембранами – гладкой внешней и складчатой
внутренней, имеющей очень большую поверхность. Складки внутренней мембраны
глубоко входят в матрикс митохондрий, образуя поперечный перегородки –
кристы. Пространство между внешней и внутренней мембранами обычно
называют межмембранным пространством.

Различный типы клеток отличаются друг от
друга как по количеству и форме митохондрий, так и по количеству крист. Особенно
много крист имеют митохондрии в тканях с активными окислительными процессами,
например в сердечной мышце. Вариации митохондрий по форме, что зависит от их
функционального состояния, могут наблюдаться и в тканях одного типа. Митохондрии
— изменчивые и пластичные органеллы.

Мембраны митохондрий содержат
интегральные мембранные белки. Во внешнюю мембрану входят порины, которые
образуют поры и делают мембраны проницаемыми для веществ с молекулярной массой
до 10 кДа (см. рис. 223). Внутренняя же мембрана митохондрий непроницаема для
большинства молекул; исключение составляют О2, СО2,
Н20. Внутренняя мембрана митохондрий характеризуется необычно высоким
содержанием белков (75%). В их число входят транспортные
белки-переносчики (см. рис. 215), ферменты, компоненты дыхательной цепи
и АТФ-синтаза. Кроме того, в ней содержится необычный фосфолипид
кардиолипин (см. с. 56). Матрикс также обогащен белками, особенно
ферментами цитратного цикла.

Б. Метаболические
функции

Митохондрии являются «силовой
станцией» клетки, поскольку за счет окислительной деградации питательных
веществ в них синтезируется большая часть необходимого клетке АТФ (АТР). В
митохондриях локализованы следующие метаболические процессы: превращение
пирувата в ацетил-КоА, катализируемое пируватдегидрогеназным комплексом:
цитратный цикл; дыхательная цепь, сопряженная с синтезом АТФ
(сочетание этих процессов носит название «окислительное
фосфорилирование»); расщепление жирных кислот путем β-окисления и
частично цикл мочевины. Митохондрии также поставляют клетке продукты
промежуточного метаболизма и действуют наряду с ЭР как депо ионов
кальция, которое с помощью ионных насосов поддерживает концентрацию
Са2+ в цитоплазме на постоянном низком уровне (ниже 1
мкмоль/л).

Главной функцией митохондрий является
захват богатых энергией субстратов (жирные кислоты, пируват, углеродный
скелет аминокислот) из цитоплазмы и их окислительное расщепление с образованием
СО2 и Н2О, сопряженное с синтезом АТФ.

Реакции цитратного цикла приводят
к полному окислению углеродсодержащих соединений (СО2) и образованию
восстановительных эквивалентов, главным образом в виде восстановленных
коферментов. Большинство этих процессов протекают в матриксе. Ферменты
дыхательной цепи, которые реокисляют восстановленные коферменты,
локализованы во внутренней мембране митохондрий. В качестве доноров электронов
для восстановления кислорода и образования воды используются НАДН и связанный с
ферментом ФАДН2. Эта высоко экзергоническая реакция является
многоступенчатой и сопряжена с переносом протонов (Н+) через
внутреннюю мембрану из матрикса в межмембранное пространство (см. рис. 143). В
результате на внутренней мембране создается электрохимический градиент
(см. рис. 129). В митохондриях электрохимический градиент используется для синтеза
АТФ из АДФ (ADP) и неорганического фосфата (Рi) при катализе
АТФ-синтазой. Электрохимический градиент является также движущей силой
ряда транспортных систем (см. рис. 215).

Митохондрии представляют собой специализированные структуры в каждой клетке человеческого организма, кроме эритроцитов. Митохондрии содержат собственную ДНК. По сути, это небольшие, но мощные силовые клетки человека, которые служат батареями для питания различных функций вашего тела. Они отвечают за 90% клеточной энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ) и за поддержку метаболических функций. Митохондрии находятся в разных тканях по всему телу и, таким образом, по-разному служат разным целям этих конкретных тканей. Например, митохондрии в печени помогают превращать аммиак в менее токсичные отходы.

Основные функции митохондрий

Двумя основными функциями митохондрий являются клеточное дыхание и производство энергии. Эти две особенности являются основной причиной, почему вам нужно дышать и есть. Вашим митохондриям требуется как кислород из воздуха, так и глюкоза и жир из пищи для выработки энергии в форме АТФ.

Помимо производства энергии и клеточного дыхания, митохондрии играют роль в других функциях, включая гомеостаз кальция, рост клеток, деление клеток и гибель клеток. Они участвуют в поддержании функции нервной системы, в выработке тепла, являются основным клеточным органом для метаболических функций в цикле Кребса и других дыхательных циклах. Они находятся в синтезе биомолекул.

Проблемы, связанные с митохондриальной дисфункцией, могут возникнуть при рождении, но могут развиться в любом возрасте. Митохондриальные заболевания могут поражать любую клетку и любую часть тела, включая клетки сердца, почек, печени, поджелудочной железы, мышц, головного мозга, нервов, глаз или ушей. Различные состояния, включая болезнь Альцгеймера, диабет, мышечную дистрофию, могут привести к вторичному нарушению функций митохондрий.

Факторы, приводящие к повреждению митохондрий

Важно указать на спираль факторов, которые приводят к повреждению митохондрий. Начнем с неправильного питания, продолжаем хроническими стрессами, ослабляющими иммунную систему, а это приводит к повторным инфекциям разного рода с необходимостью давать антибиотики, что еще больше ослабляет иммунную систему. Токсины, которые воздействуют на вас как снаружи, так и изнутри. Недостаток качественного сна, здесь уместно было бы добавить восклицательный знак. Наконец, процессы, связанные со старением, и упор на так называемое преждевременное старение.

Эта спираль факторов приводит к сокращению производства энергии, а также к увеличению образования отходов. Эту ситуацию можно сравнить с некачественным топливом, которым вы топите печку дома. Окислительный стресс и горе увеличиваются, производство антиоксидантов снижается. Результатом описанных процессов является неэффективное производство энергии, плохой метаболизм жирных кислот, замедление метаболических реакций, повреждение белковых цепей и вновь усиление окислительного стресса.

И со временем эта спираль приводит к развитию хронического заболевания, как бы болезнь ни называлась. К ним относятся мигрени, сердечно-сосудистые заболевания, синдром хронической усталости, фибромиалгия, метаболический синдром, болезни Альцгеймера и Паркинсона, аутоиммунные заболевания, аутизм. Какова стратегия исправления? Всем ясно, что это не является приоритетом в приеме каких-либо лекарств. Символично, что стратегия должна начать переворачивать спираль вверх дном.

Каждый должен составить план питания, богатый питательными веществами, регулярно заниматься спортом, программировать снижение стресса, создавать условия для улучшения сна, включать голодание и использовать основные питательные вещества, которые, как мы знаем, поддерживают функцию митохондрий: альфа-липоевая кислота, омега-3 ЭПК, глюкозамин, креатин, кверцетин, зеленый чай (эпикатехин), L-карнитин и, наконец, коэнзим Q10.

Митохондрии – это электростанции, производящие необходимую для организма энергию, при этом для работы электростанции требуется качественное топливо. Его нельзя обмануть.

Митохондрия

Митохондрия – это двумембранный органоид эукариотической клетки, основная функция которого синтез АТФ – источника энергии для жизнедеятельности клетки.

Количество митохондрий в клетках не постоянно, в среднем от нескольких единиц до нескольких тысяч. Там, где процессы синтеза идут интенсивно, их больше. Также варьирует размер митохондрий и их форма (округлые, вытянутые, спиральные, чашевидные и др.). Чаще имеют округлую вытянутую форму, диаметром до 1 микрометра и длиной до 10 мкм. Могут перемещаться в клетке с током цитоплазмы или оставаться в одном положении. Перемещаются к местам, где больше всего требуется выработка энергии.

Согласно гипотезе симбиогенеза митохондрии произошли от аэробных бактерий, внедрившихся в другую прокариотическую клетку. Эти бактерии начали снабжать клетку дополнительным количеством молекул АТФ, а получать от нее питательные вещества. В процессе эволюции они потеряли автономность, передав часть своих генов в ядро и став таким образом клеточной органеллой.

В клетках новые митохондрии появляются в основном путем деления ранее существующих, т. е. они не синтезируются заново, что напоминает процесс размножения и говорит в пользу симбиогенеза.

Строение и функции митохондрии

Митохондрия состоит из

• двух мембран — внешней и внутренней,
• внутреннего содержимого — матрикса,
• крист, представляющих собой выросты в матрикс внутренней мембраны,
• собственной белок-синтезирующей системы: ДНК, рибосом, РНК,
• белков и их комплексов, в том числе большого количества ферментов и коферментов,
• других молекул и гранул различных веществ, находящихся в матриксе.

Внешняя и внутренняя мембраны выполняют разные функции, поэтому различается их химический состав. Расстояние между мембранами составляет до 10 нм. Внешняя мембрана митохондрий по строению схожа с плазмалеммой, окружающей клетку, и выполняет в основном барьерную функцию, отграничивая содержимое органоида от цитоплазмы. Через нее проникают мелкие молекулы, транспорт крупных избирателен. В некоторых местах внешняя мембрана соединена с ЭПС, каналы которой открываются в митохондрию.

На внутренней мембране, в основном ее выростах — кристах, располагаются ферменты, образуя мультиферментативные системы. Поэтому по химическому составу здесь преобладают белки, а не липиды. Количество крист варьирует в зависимости от интенсивности процессов. Так в митохондриях мышц их очень много.

В некоторых местах внешняя и внутренняя мембрана соединяются между собой.

У митохондрий, также как у хлоропластов, есть своя белоксинтезирующая система — ДНК, РНК и рибосомы. Генетический аппарат представляет собой кольцевую молекулу – нуклеоид, как у бактерий. Рибосомы митохондрий растений схожи с бактериальными, у животных митохондриальные рибосомы мельче не только цитоплазматических, но и бактериальных. Часть необходимых белков митохондрии синтезируют сами, другую часть получают из цитоплазмы, так как эти белки кодируются ядерными генами.

Главная функция митохондрий — снабжать клетку энергией, которая путем многочисленных ферментативных реакций извлекается из органических соединений и запасается в АТФ. Часть реакций идет с участием кислорода, в других выделяется углекислый газ. Реакции идут как в матриксе (цикл Кребса), так и на кристах (окислительное фосфорилирование).

Следует иметь в виду, что в клетках АТФ синтезируется не только в митохондриях, но и в цитоплазме в процессе гликолиза. Однако эффективность этих реакций невысока. Особенность функции митохондрий в том, что в них протекают реакции не только бескислородного окисления, но и кислородный этап энергетического обмена.

Другими словами, функция митохондрий – активное участие в клеточном дыхании, к которому относят множество реакций окисления органических веществ, переноса протонов водорода и электронов, идущих с выделением энергии, которая аккумулируется в АТФ.

Ферменты митохондрий

Ферменты транслоказы внутренней мембраны митохондрий осуществляют активный транспорт АДФ и АТФ.

В структуре крист выделяют элементарные частицы, состоящие из головки, ножки и основания. На головках, состоящих из фермента АТФазы, происходит синтез АТФ. АТФаза обеспечивает сопряжение фосфорилирования АДФ с реакциями дыхательной цепи.

Компоненты дыхательной цепи находятся в основании элементарных частиц в толще мембраны.

В матриксе находится большая часть ферментов цикла Кребса и окисления жирных кислот.

В результате активности электротранспортной дыхательной цепи ионы водорода поступают в нее из матрикса, а высвобождаются на наружной стороне внутренней мембраны. Это осуществляют определенные мембранные ферменты. Разница в концентрации ионов водорода по разные стороны мембраны приводит к возникновению градиента pH.

Энергию для поддержания градиента поставляет перенос электронов по дыхательной цепи. Иначе ионы водорода диффундировали бы обратно.

Энергия градиента pH используется для синтеза АТФ из АДФ:

АДФ + Ф = АТФ + H2O (реакция обратима)

Образующаяся вода ферментативно удаляется. Это, наряду с другими факторами, облегчает протекание реакции слева направо.

На Земле обитает огромное количество видов живых организмов, отличающихся по внешним признакам и по особенностям жизнедеятельности.

О единстве всех видов свидетельствует сходство строения и функционирования их клеток: все клетки похожи по химическому составу; имеется наследственный материал, цитоплазма с органоидами и плазматическая мембрана; во всех клетках сходные механизмы обмена веществ, размножения и т. д. Но есть и отличия, связанные с особенностями жизнедеятельности организмов разных царств.

В растительных клетках:

• имеются пластиды;
• оболочка состоит из плазматической мембраны и клеточной стенки;
• содержатся крупные вакуоли, заполненные клеточным соком;
• запасное вещество — крахмал.

Рис. (1). Строение растительной клетки

— одномембранный органоид, выполняющий различные функции (секреция, экскреция и хранение запасных веществ, аутофагия, автолиз и др.). Оболочка этой вакуоли называется , а её содержимое — .

Рис. (2). Вакуоль

имеют некоторое сходство с митохондриями: они двумембранные, содержат кольцевые молекулы ДНК и рибосомы, способны самостоятельно делиться

Существует три группы пластид: лейкопласты (бесцветные), хлоропласты (зелёные)и хромопласты (оранжевые, красные, жёлтые).

располагаются в тех частях растения, которые не освещаются солнечным светом, и выполняют запасающую роль. В них накапливаются питательные вещества. Под действием света в лейкопластах может образуется хлорофилл и они превращаются в хлоропласты. Это можно наблюдать в клубнях картофеля, если подержать их некоторое время в освещённом месте. Клубни начинают зеленеть.

— зелёные пластиды, которые встречаются в клетках фотосинтезирующих эукариот (растений). В одной зелёной клетке находится несколько десятков хлоропластов. Хлоропласты содержат хлорофилл, и в них происходит процесс фотосинтеза, сущность которого заключается в превращении солнечной энергии во внутреннюю энергию химических связей органических веществ.

Под наружной гладкой мембраной хлоропласта находится складчатая внутренняя мембрана. Складки внутренней мембраны образуют стопки () плоских мембранных мешочков (). В мембранах тилакоидов находится зелёный пигмент  — вещество особого строения, позволяющего его молекулам улавливать кванты света. За счёт световой энергии на мембранах тилакоидов синтезируется АТФ. Образовавшиеся молекулы АТФ расходуются на синтез углеводов, который происходит в строме хлоропласта.

Рис. (3). Хлоропласт

— это жёлтые, красные или оранжевые пластиды, придающие окраску пожелтевшим листьям, лепесткам цветков, оболочкам плодов. Яркий цвет лепестков привлекает насекомых-опылителей, а окраска плодов — животных, распространяющих семена.

Хромопласты образуются из хлоропластов, когда происходит разрушение хлорофилла.

В животных клетках:

• отсутствует клеточная стенка;
• имеется клеточный центр, образованный двумя центриолями;
• есть лизосомы;
• запасное вещество — гликоген;
• могут быть органоиды движения.

Рис. (5). Животная клетка

Животные клетки окружены только плазматической мембраной, плотная клеточная стенка отсутствует. Снаружи их плазматической мембраны расположен гликокаликс.

— надмембранный комплекс, принимающий участие в образовании контактов между клетками.

Рис. (4). Мембрана животной клетки

Также в клетках животных нет крупных вакуолей, но в них есть центриоли (в клеточном центре) и лизосомы.

— немембранный органоид, состоящий из двух центриолей. Каждая представляет собой полую цилиндрическую систему, образованную (9) триплетами микротрубочек.

Клеточный центр принимает участие в делении клетки. В начале процесса центриоли передвигаются к полюсам клетки и между ними формируются нити веретена деления. Клеточный центр участвует также в образовании цитоскелета, придающего клетке форму и направляющего движение органоидов по цитоплазме.

— это одномембранные органоиды, заполненные гидролитическими ферментами. Функция лизосом — переваривание поступивших в клетку пищевых частиц, расщепление сложных органических соединений до простых. Лизосомы уничтожают также не нужные клетке органоиды и вещества. В некоторых случаях под действием лизосом происходит разрушение и самой клетки, в которой они содержатся.

так происходит постепенное разрушение всех клеток, образующих хвост головастика, когда он становится взрослой лягушкой. При этом питательные вещества не тратятся попусту, а используются на формирование новых органов животного.

Многие животные клетки способны к движению, например инфузория туфелька, эвглена зелёная, сперматозоиды многоклеточных животных. Для передвижения существуют особые органоиды —  и , состоящие из таких же микротрубочек, что и центриоли. Основания органоидов движения закреплены в цитоплазме базальными тельцами. Движение жгутиков и ресничек обусловлено скольжением микротрубочек друг относительно друга. Работа жгутиков и ресничек требует затрат АТФ.

В грибных клетках:

• имеется клеточная стенка, состоящая в основном из хитина;
• запасным веществом является гликоген.

Рис. (6). Грибная клетка

Пластид и хлорофилла клетки грибов не содержат, а крупные вакуоли в них формируются в процессе старения клеток.

Рис. 1. Строение растительной клетки https://image.shutterstock.com/image-vector/vector-plant-cell-anatomy-diagram-600w-543156751.jpg

Рис. 3. Хлоропласт https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/structure-typical-higherplant-chloroplast-diagram-749518939

Рис. 4. Мембрана животной клетки https://shutterstock.puzzlepix.hu/kep/376416385

Рис. 6. Грибная клетка https://image.shutterstock.com/image-vector/cross-section-fungal-hyphae-cells-600w-1220244697.jpg

Изучением строения клеток и процессов жизнедеятельности, протекающих в них, занимается наука цитология.

является наименьшей структурной единицей живого организма, имеющей все признаки жизни: обмен веществ и энергии, саморегуляцию, раздражимость, самовоспроизведение и т. д.

Клетки разных организмов и даже разных тканей одного организма отличаются формой, размерами, функциями и строением. Но при всём разнообразии в них есть много общего. В любой клетке можно выделить три основные части: поверхностный аппарат, цитоплазму с органеллами и ядерный аппарат.

Рассмотрим устройство клеток эукариот.

Оформленное ядро имеется только в клетках эукариот. Обычно клетки одноядерные, но существуют и многоядерные (поперечно-полосатые мышечные волокна, клетки некоторых грибов, инфузории и другие). Некоторые специализированные клетки в ходе развития утрачивают ядро, а вместе с ним — способность к размножению (ситовидные трубки растений, эритроциты млекопитающих).

В большинстве клеток ядро имеет округлую форму. Снаружи оно покрыто двумембранной оболочкой (кариолеммой). На наружной мембране могут находиться рибосомы; местами она переходит в эндоплазматическую сеть. В оболочке есть многочисленные поры, через которые в ядро из цитоплазмы поступают ионы, нуклеотиды, белки, АТФ, а из ядра выходят в цитоплазму частицы рибосом и молекулы РНК.

Ядро заполнено гелеобразным содержимым, которое называют ядерным соком или кариоплазмой. В кариоплазме находятся хроматин и ядрышки.

Хроматин образован молекулами ДНК, соединёнными с особыми белками. При делении клетки нити хроматина скручиваются в виде спирали и образуют хромосомы.

Ядрышки — плотные, шарообразные, не ограниченные мембраной тельца внутри ядра. В ядре клетки может быть одно ядрышко или несколько. Здесь синтезируются  РНК и образуются рибосомы. Ядрышки можно увидеть в микроскоп между делениями клетки, а в начале деления они разрушаются.

Рис. (1). Ядро

Функции ядра: хранение, воспроизведение и передача генетической(наследственной) информации; управление

Цитоплазма и органоиды

Основу клетки составляет цитоплазма.

— это внутренняя среда клетки, в которой находятся все внутриклеточные структуры и протекают процессы обмена веществ.

Цитоплазма эукариотических клеток пронизана трехмерной сетью из белковых нитей, называемых цитоскелетом. Его составляют микротрубочки, промежуточные филаменты и микрофиламенты.

Цитоскелет служит механическим каркасом клетки для поддержания её формы. Компоненты цитоскелета определяют перемещение органелл внутри клетки и движение цитоплазмы, координируют деление клетки.

Во всех клетках имеются рибосомы — немембранные органоиды, участвующие в биосинтезе белка. Каждая рибосома состоит из большой и малой субъединицы, которые образованы молекулами рРНК и белков. Субъединицы рибосом объединяются вместе только для сборки белковой молекулы. Рибосомы могут свободно располагаться в цитоплазме или прикрепляться к мембранам эндоплазматической сети и к наружной ядерной мембране.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система мембранных полостей и каналов, пронизывающих всю цитоплазму. Есть гладкая ЭПС и гранулярная, или шереховатая. На поверхности шероховатой ЭПС прикрепляются рибосомы.

Функции ЭПС: разделяет цитоплазму на отсеки; обеспечивает синтез белков, углеводов и липидов; транспортирует вещества внутри клетки.

Рис. (2). Эндоплазматическая сеть

Синтезированные в клетке вещества по каналам ЭПС транспортируются в комплекс Гольджи.

Аппарат (комплекс) Гольджи образован мембранными цистернами и пузырьками и  располагается около ядра.

Функции комплекса Гольджи: накопление веществ и упаковка их в мембранные пузырьки; сборка сложных органических соединений (гликолипидов, липопротеинов и т. д.); образование лизосом.

Лизосомы — это одномембранные пузырьки, заполненные пищеварительными ферментами.

Функции лизосом: расщепление белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот; расщепление ненужных органоидов (автофагия); самоуничтожение клетки (автолиз).

Рис. (3). Комплекс Гольджи

Митохондрии — двумембранные органоиды, участвующие в клеточном дыхании и обеспечивающие клетку энергией, запасённой в аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ). АТФ служит основным источником энергии для всех процессов, которые происходят в клетке.

Количество митохондрий в клетках может быть разное: от одной до нескольких тысяч. Особенно много их в тех клетках, функционирование которых связано с большими затратами энергии (например, в мышечных волокнах).

Наружная мембрана митохондрий гладкая, проницаемая для разных веществ. Внутренняя мембрана менее проницаема, она образует кристы (складки). Между двумя мембранами имеется межмембранное пространство.

Рис. (4). Митохондрия

На внутренней мембране располагаются ферменты, с участием которых происходит окисление питательных веществ и синтез АТФ за счёт их энергии.

Внутри митохондрия заполнена полужидким матриксом. В нём находятся рибосомы, кольцевые молекулы ДНК, все виды РНК, а также белки, аминокислоты и другие вещества. Наличие собственной ДНК обеспечивает митохондриям возможность самостоятельного размножения.

Существует гипотеза о симбиотическом происхождении митохондрий. Некоторые учёные предполагают, что митохондрии — это бактерии, когда-то паразитирующие в эукариотических клетках, превратившиеся затем в важнейшие органоиды.

Функция митохондрий: осуществление кислородного этапа клеточного дыхания; обеспечение клетки энергией в виде АТФ.

В состав поверхностного аппарата любой клетки обязательно входит плазматическая мембрана, отделяющая клетку от внешней среды и обеспечивающая избирательный транспорт веществ.

В клетках всех живых организмов мембрана образована двойным слоем фосфолипидов, в котором располагаются белковые молекулы: периферические белки — на поверхности, а интегральные — пронизывают оба липидных слоя.

Рис. (5). Плазматическая мембрана

Молекулы некоторых белков образуют каналы, через которые в клетку или из неё транспортируются небольшие частицы, например ионы калия, натрия, кальция.

Поступление в клетку крупных частицы осуществляется путём фагоцитоза или пиноцитоза.

Фагоцитоз — это поглощение клеткой твёрдых частиц. Мембрана клетки окружает пищевую частицу и частица оказывается внутри клетки. Этот процесс невозможен у растений, так как их клетки имеют плотную клеточную стенку из целлюлозы.

Пиноцитоз — это поглощение капелек жидкости. Происходит так же, как фагоцитоз.

Рис. (6). Эндоцитоз

Рис. 2. Эндоплазматическая сеть. https://image.shutterstock.com/image-vector/cell-nucleus-endoplasmic-reticulum-detailed-600w-348097913

Рис. 3. Комплекс Гольджи. https://image.shutterstock.com/image-vector/golgi-apparatus-part-cell-600w-345376949

Рис. 4. Митохондрия. Автор Mariana Ruiz Villarreal. Общественное достояние. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/56/Animal_mitochondrion_diagram_ru.svg/1920px-Animal_mitochondrion_diagram_ru.svg.png. 07.09.2021.

Рис. 5. Плазматическая мембрана. https://shutterstock.puzzlepix.hu/kep/376416385

Расположение в клетке и деление

Хондриом – это группа митохондрий, которые сосредоточены в одной клетке. Они по-разному располагаются в цитоплазме, что зависит от специализации клеток. Размещение в цитоплазме также зависит от окружающих ее органелл и включений.  В клетках растений они занимают периферию, так как к оболочке митохондрии отодвигаются центральной вакуолью. В клетках почечного эпителия мембрана образует выпячивания, между которыми находятся митохондрии.

В стволовых клетках, где энергия используется равномерно всеми органоидами, митохондрии размещены хаотично. В специализированных клетках они, в основном, сосредоточены в местах наибольшего потрeбления энергии. К примеру, в поперечно-полосатой мускулатуре они расположены возле миофибрилл. В cпepматозоидах они спирально охватывают ось жгутика, так как для приведения его в движение и перемещения cпepматозоида нужно много энергии. Простейшие, которые передвигаются при помощи ресничек, также содержат большое количество митохондрий у их основания.

Деление. Митохондрии способны к самостоятельному размножению, имея собственный геном. Органеллы делятся с помощью перетяжки или перегородок. Формирование новых митохондрий в разных клетках отличается периодичностью, например, в печеночной ткани они сменяются каждые 10 дней.

Немембранные органеллы. Рибосомы.

К
немембранным органеллам общего
назначения
относятся 1рибосомы,
2центриоли, 3микротрубочки, 4микрофиламенты,
промежуточные 5филаменты.

Рибосомы—
элементарные аппараты синтеза
белковых, полипептидных молекул
— обнаруживаются во всех клетках.
Рибосомы — это сложные рибонуклеопротеиды,
в состав которых входят
белки и молекулы РНК
примерно в равных весовых отношениях.
Размер функционирующей рибосомы
эукариотических клеток 25x20x20 нм. Такая
рибосома состоит из большой и малой
субъединиц.
Каждая из субъединиц построена из
рибонуклеопротеидного тяжа, где рРНК
взаимодействует с разными белками и
образует тело рибосомы.

Различают
единичные рибосомы и комплексные
рибосомы (полисомы).
Рибосомы
могут располагаться свободно в гиалоплазме
или быть связанными с ЭПС. В
малоспециализированных
и быстрорастущих клетках в основном
обнаруживаются свободные
рибосомы. В
специализированных
клетках рибосомы располагаются в составе
гранулярной
эндоплазматической сети.
Степень интенсивности синтетической
деятельности свободных рибосом меньше,
а образуемые белки используются в
основном на собственные нужды клетки.
Связанные рибосомы обеспечивают синтез
белков «на экспорт», т.е. на обеспечение
нужд организма. Содержание РНК и
соответственно степень белковых синтезов
коррелируют с интенсивностью базофилии
цитоплазмы.

Соседние файлы в предмете Гистология

Особенности строения

Митохондрии относятся к двухмембранным органеллам, имеют внешнюю и внутреннюю оболочки, межмембранное прострaнcтво между ними и матрикс.

Внешняя мембрана. Она гладкая, не имеет складок, отграничивает внутреннее содержимое от цитоплазмы. Ширина ее равна 7нм, в составе находятся липиды и белки. Важную роль выполняет порин — белок, образующий каналы во внешней мембране. Они обеспечивают ионный и молекулярный обмен.

Межмембранное прострaнcтво. Величина межмембранного прострaнcтва около 20нм. Вещество, заполняющее его по составу сходно с цитоплазмой, за исключением крупных молекул, которые могут сюда проникнуть только путем активного трaнcпорта.

Внутренняя мембрана. Построена в основном из белка, только треть отводится на липидные вещества. Большое количество белков являются трaнcпортными, так как внутренняя мембрана лишена свободно проходимых пор. Она формирует много выростов – крист, которые выглядят, как приплюснутые гребни. Окисление органических соединений до CO2 в митохондриях происходит на мембранах крист. Этот процесс кислородзависимый и осуществляется под действием АТФ-синтетазы. Высвобожденная энергия сохраняется в виде молекул АТФ и используется по мере необходимости.

Матрикс – внутренняя среда митохондрий, имеет зернистую однородную структуру. В электронном микроскопе можно увидеть гранулы и нити в клубках, которые свободно лежат между кристами. В матриксе находится полуавтономная система синтеза белка – здесь расположены ДНК, все виды РНК, рибосомы. Но все же большая часть белков поставляется с ядра, поэтому митохондрии называют полуавтономными органеллами.

Отличительные характеристики

Митохондрии имеют характерную продолговатую или овальную форму и покрыты двойной мембраной. Они встречаются как в животных, так и в растительных клетках. Количество митохондрий внутри клетки изменяется в зависимости от типа и функции клетки. Некоторые клетки, такие как зрелые эритроциты, вообще не содержат митохондрий. Отсутствие митохондрий и других органелл оставляет место для миллионов молекул гемоглобина, необходимых для транспортировки кислорода по всему телу. С другой стороны, клетки мышц могут содержать тысячи митохондрий, генерирующих энергию, необходимую для мышечной активности. Митохондрии также обильны в жировых клетках и клетках печени.

Функции в клетке

• Основная функция митохондрий – образование молекул АТФ.
• Депонирование ионов Кальция.
• Участие в обмене воды.
• Синтез предшественников стероидных гормонов.

Молекулярная биология – это наука, изучающая роль митохондрий в метаболизме. В них также идет превращение пирувата в ацетил-коэнзим А, бета-окисление жирных кислот.

Митохондриальная ДНК

Митохондрии имеют собственную ДНК (мтДНК), рибосомы и могут синтезировать свои собственные белки. мтДНК кодирует белки, участвующие в переносе электронов и окислительном фосфорилировании, которые происходят при клеточном дыхании. При окислительном фосфорилировании в матрице митохондрий генерируется энергия в виде АТФ. Протеины, синтезированные из мтДНК, также кодируются для продуцирования молекул РНК, передающих РНК и рибосомную РНК.

Митохондриальная ДНК отличается от ДНК, обнаруженной в ядре клетки, тем, что она не обладает механизмами восстановления ДНК, которые помогают предотвратить мутации в ядерной ДНК. В результате мтДНК имеет гораздо более высокую скорость мутаций, чем ядерная ДНК. Воздействие реактивного кислорода, образующегося при окислительном фосфорилировании, также повреждает мтДНК.

Строение митохондрий

Митохондрии окружены двойной мембраной. Каждая из этих мембран представляет собой фосфолипидный бислой со встроенными белками. Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя мембрана имеет много складок. Эти складки называются кристами. Они повышают «производительность» клеточного дыхания за счет увеличения доступной площади поверхности.

Двойные мембраны делят митохондрию на две различные части: межмембранное пространство и матрицу митохондрий. Межмембранное пространство представляет собой узкую часть между двумя мембранами, в то время как митохондриальная матрица является частью, заключенной внутри мембран.

Митохондриальная матрица содержит мтДНК, рибосомы и ферменты. Некоторые из этапов клеточного дыхания, включая цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование, происходят в матрице из-за высокой концентрации ферментов.

Митохондрии полуавтономны, так как лишь частично зависят от клетки, чтобы реплицировать и расти. У них есть свои ДНК, рибосомы, белки и контроль над их синтезированием. Подобно бактериям, митохондрии имеют циркулярную ДНК и реплицируются репродуктивным процессом, называемым бинарным делением. До репликации митохондрии сливаются вместе в процессе, называемом слияние. Это необходимо для поддержания стабильности, так как без него митохондрии будут уменьшаться по мере их деления. Уменьшенные митохондрии не способны продуцировать достаточное количество энергии, необходимой для нормального функционирования клетки.

Спрашивай! Не стесняйся!

Не все нашли? Используйте поиск по сайту

Сходство митохондрий и хлоропластов

Общие свойства для митохондрий и хлоропластов обусловлены, прежде всего, наличием двойной мембраны.

Признаки сходства также заключаются в способности самостоятельно синтезировать белок. Эти органеллы имеют свое ДНК, РНК, рибосомы.

И митохондрии и хлоропласты могут делиться с помощью перетяжки.

Объединяет их также возможность продуцировать энергию, митохондрии более специализированы в этой функции, но хлоропласты во время фотосинтезирующих процессов тоже образуют молекулы АТФ. Так, растительные клетки имеют меньше митохондрий, чем животные, потому что частично функции за них выполняют хлоропласты.

Опишем кратко сходства и различия:

• Являются двомембранными органеллами;
• внутренняя мембрана образует выпячивания: для митохондрий хаpaктерны кристы, для хлоропластов – тиллакоиды;
• обладают собственным геномом;
• способны синтезировать белки и энергию.

Различаются данные органоиды своими функциями: митохондрии предназначены для синтеза энергии, здесь осуществляется клеточное дыхание, хлоропласты нужны растительным клеткам для фотосинтеза.

Урок-конкурс “Класс Рыбы”

Биологический турнир “Удивительный мир растений”

За пределами роста

Первые русские ученые эволюционисты

Урок биологии в 6-м классе по теме “Соцветия”

Строение и функции клетки

Комплексный урок: “Строение головного мозга”

30 03 2023 0:36:44

Урок биологии по теме “Биология – наука о живой природе”. 5-й класс

28 03 2023 20:32:37

Открытый урок биологии по теме “Одомашнивание животных: коневодство и верблюдоводство”

27 03 2023 16:47:15

Использование технологии открытого образования “Дебаты” в курсе биологии. Игра по теме: “Содержание птиц в неволе недопустимо”

26 03 2023 16:49:34

Урок ботаники “Внешнее строение корня, почки у листа”. 6-й класс

25 03 2023 18:49:26

“Тайна цветковых растений”. Использование ИКТ на уроке биологии. 6-й класс

22 03 2023 9:42:27

Элективный курс “Приемная доктора Айболита”

21 03 2023 18:33:33

Обобщающий урок по теме “Кровь. Кровообращение”

19 03 2023 23:21:22

Анализирующее скрещивание – что это?

18 03 2023 19:18:48

Урок-семинар по теме “Эмоции”

17 03 2023 4:31:10

Витамины (разработка урока в 8-м классе)

15 03 2023 21:25:50

Конспект открытого занятия “Экспедиция за комнатными растениями в Экваториальную Африку”

14 03 2023 19:38:47

Урок “Газообмен в легких и тканях”

13 03 2023 21:57:21

Тема урока: “Гигиена дыхания”. 8-й класс

Урок-путешествие “Побег”. 6-й класс

Сценарий биологического спектакля “Значение насекомых в природе”

Урок с применением технологии ТРИЗ по теме “Рыбы – водные позвоночные животные”

Повышение качества знаний обучающихся на уроках биологии

Урок биологии по теме “Круги кровообращения”. 8-й класс

Природоведение в 5-м классе. Урок-путешествие

Рекорды органического мира Южной Америки

Использование информационно-коммуникационных технологий в образовательном процессе

Урок биологии по теме “Земноводные”

28 02 2023 20:12:26

Урок “Кровь – зеркало здоровья”. 8-й класс

27 02 2023 23:22:19

Урок: “Отделы растений”

25 02 2023 21:48:22

Почвенное питание растений Биология

24 02 2023 10:45:59

Валеологическая тетрадь “Мое сердце”

23 02 2023 2:10:47

Урок по биологии в 8-м классе по теме “Память. Виды памяти”

22 02 2023 20:56:23

Строение и функции мочевыделительной системы

21 02 2023 21:58:31

Урок-зачет по теме “Пищеварение”

20 02 2023 4:28:36