Ультраструктура митохондрий, функции.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 11Следующая ⇒

Их основная функция связана с окислением органических соединений и использованием освобождающейся при распаде этих соединений энергии, при синтезе молекул АТФ.

Общая морфология

Митохондрии представляют собой гранулярные или нитевидные органоиды. Наиболее широко распространен метод окраски по Альтману, который описал эти клеточные органеллы в конце прошлого века, называя их «биобластами». Размеры митохондрий очень непостоянны у разных видов, так же как изменчива их форма. Все же у большинства клеток толщина этих структур относительно постоянна (около 0, 5 мкм), а длина колеблется, достигая у нитчатых форм до 7 – 10 мкм. В клетках зеленых растений число митохондрий меньше, чем в клетках животных, так как часть их функций могут выполнять хлоропласты. В некоторых клетках митохондрии могут сливаться друг с другом, образуя одну гигантскую митохондрию (хондросфера), это наблюдается в клетках сперматогониев. В спермиях часто присутствует одна гигантская митохондрия, спирально закрученная вокруг осевой части жгутика. Отсутствуют митохондрии у кишечных энтамеб, живущих в условиях анаэробиоза, и у некоторых других паразитических простейших. Локализация митохондрий в клетках может быть различной. Обычно митохондрии скапливаются вблизи тех участков цитоплазмы, где возникает потребность в АТФ, образующейся в митохондриях. Так, в скелетных мышцах митохондрии находятся вблизи миофибрилл.

Ультраструктура митохондрий

Митохондрии ограничены двумя мембранами. Внешняя митохондриальная мембрана отделяет ее от гиалоплазмы. Обычно она имеет ровные контуры, не образует впячиваний или складок. Ее толщина около 7 нм, она не бывает связана ни с какими другими мембранами цитоплазмы и замкнута сама на себе. Внешнюю мембрану от внутренней отделяет межмембранное пространство шириной около 10 – 20 нм. Внутренняя мембрана (толщиной около 7 нм) ограничивает собственно внутреннее содержимое митохондрии, ее матрикс. Характерной чертой внутренних мембран митохондрий является их способность образовывать многочисленные впячивания внутрь митохондрии. Такие впячивания чаще всего имеют вид плоских гребней или крист. Расстояние между мембранами в кристе составляет около 10 – 20 нм. Ориентация крист по отношению к длинной оси митохондрии различна для разных клеток. Так, может быть перпендикулярная ориентация (клетки печени, почек) крист; в некоторых клетках (сердечная мышца) наблюдается продольное расположение ирист. часто кристы могут ветвиться или образовывать пальцевидные отростки, изгибаться и не иметь выраженной ориентации. Матрикс митохондрий имеет тонкозернистое гомогенное строение, в нем иногда выявляются тонкие нити (около 2 – 3 нм) и гранулы около 15 – 20 нм. Нити матрикса митохондрий представляют собой молекулы ДНК, а мелкие гранулы – митохондриальные рибосомы. Кроме того, в матриксе встречаются крупные (20-40 нм) плотные гранулы, это - места отложения солей магния и кальция. В полости митохондрий находится большое количество белков и многих других органических соединений.

Функции митохондрий

Митохондрии осуществляют синтез АТФ, в основе которого лежат процессы окисления органических субстратов и фосфорилирование АДФ. Начальные этапы окисления углеводов происходят в гиалоплазме и не требуют участия кислорода, поэтому эта стадия процесса называется анаэробным окислением или гликолизом (главный субстрат - гексозы и в особенности глюкоза).

C₆Н₁₂О₆+6О₂=6Н₂О+6СО₂+680ккал

Он связан с переходом энергии химической связи в макроэргическую связь в молекуле АТФ, которая синтезируется при использовании освобождающейся энергии из АДФ и фосфата. В процессе гликолиза происходит неполное окисление субстрата. В результате него глюкоза распадается до триаз, при этом тратятся 2 молекулы АТФ и синтезируется 4 молекулы АТФ, так что в конечном результате клетка зарабатывает 2 АТФ. Образовавшиеся в результате гликолиза триозы, в особенности ПВК, вовлекаются в дальнейшее окисление уже в самих митохондриях. В цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса или лимонной кислоты) образовавшаяся в результате гликолиза ПВК сначала теряет молекулу СО₂ и, окисляясь до ацетата (двууглеродное соединение), образует шестиуглеродный цитрат (лимонную кислоту). Это соединение снова окисляется до четырехуглеродного оксалацетата; он снова связывается с ацетилкоэнзимом А, и цикл повторяется. При этом окислении выделяются 2 молекулы СО₂, а электроны, освободившиеся при окислении, переносятся на акцепторные молекулы коферментов (НАД), которые вовлекают их далее в цепь переноса электронов. Следовательно, в цикле трикарбоновых кислот не идет сам синтез АТФ, а толькео окисление молекул, перенос электронов на акцепторы и выделение СО₂. (все эти процессы - в матриксе). Освободившиеся при окислении в цикле Кребса электроны, акцептированные на коферментах, переносятся затем в дыхательную цепь (цепь переноса электронов), где они соединяются с молекулярным кислородом, образуя воду. Дыхательная цепь представляет собой ряд белковых комплексов, встроенных во внутреннюю митохондриальную мембрану. Существует 3 главных ферментативных комплекса: НАДН-дегидрогеназных комплекс принимает электроны от НАДН и переносит их во внутренний комплекс b-c₁, который в свою очередь переносит их на цитохромоксидазный комплекс, последний передает электроны на кислород, в результате чего образуется вода. На этом процесс окисления заканчивается. Во внутренних митохондриальных мембранах, на поверхностях, смотрящих в матрикс, располагаются крупные белковые комплексы, ферменты, АТФ-синтетазы. " Грибовидные тельца", сплошь выстилающие поверхность мембраны со стороны матрикса. Они имеют ножку и головку диаметром 9 нм. Это белковый комплекс, состоящий из 9 субъединиц - АТФ-синтетазу. При транспорте электронов энергия запасается в виде градиента протонов на мембране. На внешней поверхности внутренней мембраны митохондрии повышаетсяч концентрация положительно заряженных ионов водорода. Возникший при этом градиент является движущей силой в синтезе АТФ. При переносе электронов в митохондриальной мембране каждый комплекс цепи направляет свободную энергию окисления на перемещение протонов через мембрану, из матрикса в межмембранное пространство, что приводит к образованию разности потенциалов на мембране: положительные заряды преобладают в межмембранном пространстве, а отрицательные - со стороны матрикса митохондрий. При достижении определенной разности потенциалов (220мВ) белковый комплекс АТФ-синтетазы начинает транспортировать протоны обратно в матрикс и при этом превращает одну форму энергии в другую: образует АТФ из АДФ и неорганического фосфата.

Хондриом - это совокупность всех митохондрий в одной клетке. Иногда можно видеть не отдельные митохондрии, а митохондриальную сеть - митохондриальный ретикулум.

Этилродамин, как протонный краситель накапливается в матриксе митохондрий только тогда, когда есть разность потенциалов на внутренней мембране митохондрий, т.е. когда происходит синтех АТФ.

Синтез белка.

Он включает 2 стадии: транскрипцию ( в ядре) и трансляцию (в цитоплазме, на рибосомах). В процессе транскрипции на одной цепи ДНК, как на матрице синтезируется химически родственный полимер - РНК. Молекула РНК представляет собой одну цепь, мономерами в которой являются 4 сорта нуклеотидов. Последовательность расположения 4 сортов рибонуклеотидовв образующейся цкпи РНК в точности повторяет последовательность расположения соответствующих дезоксирибонуклеотидов одной из двух цепей ДНК. Т.е. информация, записанная в структуре данного гена, целиком переписывается на РНК. С каждого гена может сниматься большое, теоретически неограниченное число копий - молекул РНК. Каждому Г ДНК - Ц РНК, Ц ДНК - Г РНК, А ДНК - У РНК, Т ДНК - А РНК. Процесс транскрипции имеет ферментативный характер, т.к. сам ход процесса осуществляется особым белком - ферментом - РНК-полимеразой. Его молекула имеет сложную организацию, позволяющую ему активно продвигаться вдоль молекулы ДНК, одновременно синтезируя цепочку РНК, комплементарную к одной из цепей ДНК.

Элементарными единицами - мономерами - белковой молекулы являются аминокислоты, которых имеется 20 различных сортов. Для синтеза белковой молекулы свободные аминокислоты, присутствующие в клетке, должны быть вовлечены в соответствующий поток, поступающий в белоксинтезирующую частицу, и уже там расставлены в цепочку определенным уникальным образом, диктуемым иРНК. Этот процесс называется трансляцией и происходит на рибосомах в цитоплазме. Процесс синтеза белка начинается при образовании соединений аминокислот с молекулами тРНК. При этом сначала происходит энергетическая активация аминокислоты за счет её ферментативной реакции с молекулой АТФ, а затем активированная аминокислота соединяется с концом тРНК, приращение химической энергии активированной аминокислоты запасается при этом в виде энергии химической связи между аминокислотой и тРНК. По-видимому, сам акт присоединения молекулы тРНК к расположенному в данном месте рибосомы триплету мРНК приводит к такой взаимной ориентации и тесному контакту между аминокислотным остатком и стоящейся цепью белка, что между ними возникает ковалентная связь.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒