Митохондрия в биологии － это органелла двумембранного типа с формой эллипса или сферы. Средний размер внутриклеточного органоида составляет 1 микрометр. Наличие митохондрии свойственно для большинства эукариотических клеток, представленных в структуре растений с функцией фотосинтеза, грибковых колоний и животных организмов.
Органеллы этого типа полностью отсутствуют в клетках микробов и анаэробных энтамеб, ведущих паразитический образ жизни.
СОДЕРЖАНИЕ
Происхождение и характеристика митохондрии
Согласно научной теории симбиогенеза, возникновение митохондрий связано с процессом захвата клетками прокариотического типа простейших бактерий. Клеточные структуры, которые не имели физиологической способности самостоятельно усваивать кислород, использовали для этого другие микроорганизмы, находящиеся в окружающем пространстве.
Симбиоз прокариотов и простейших бактерий привел к формированию энергетически выносливого и эффективного ядра. Эта новая внутриклеточная структура получила новый геном и собственную ДНК. Образовалась более совершенная эукариотическая клетка.
Геном митохондрий обладает способностью шифровать собственные системы по выработке протеиновых соединений и ферментов, обеспечивающих функционирование органеллы.
Расположение в клетке
Впервые внутриклеточное расположение митохондрий было изучено в 1850 г. Группа ученых выделила органеллы в клетках мышечных тканей.
Согласно данным научных исследований, количество митохондрий в тканях живых организмов непостоянно. Наибольшая концентрация органоидов этого типа сосредоточена в клетках, которые больше всего нуждаются в подпитке энергией. Митохондрии под микроскопом имеют форму сферы.
Внутри эукариотической клетки митохондрии встречаются в количестве от 200–300 до 2 тыс. единиц, охватывая до 20% внутриклеточного пространства. Размеры органеллы варьируются в зависимости от потребности клетки в энергии. Средние размеры этого органоида от 1 до 70 мкм. В условиях критических нагрузок на организм животного или человека митохондрии активируют функцию перемещения в цитоплазме, направляясь в зоны энергетического голодания.
Для передвижения органеллы используют структурные элементы цитоскелета. В растительной клетке и в тканях животных одновременно присутствует 3 вида митохондрий, а именно:
- только сформировавшиеся протомитохондрии;
- зрелые органеллы;
- старые постмитохондрии.
Органоиды последнего типа деградируют, превращаясь в липофусциновые гранулы. Вышеперечисленные виды органоидов представлены внутри клеток в одинаковом количестве.
Строение митохондрий
Ниже представлена таблица строения и функций митохондрий.
| Структура органеллы | Функциональное предназначение внутриклеточного элемента |
| Матрикс | Это внутреннее пространство клетки, ограниченное мембранной оболочкой. В матриксе, который имеет второе название － «розовое вещество», содержатся ферментные системы органеллы, работающие по окислительному типу. В этой же структуре находятся биохимические вещества, синтезируемые во время прохождения цикла Кребса. Матрикс защищает митохондриальную ДНК, РНК и собственный аппарат по синтезу кодированных белков. |
| Наружная мембрана | Толщина стенки наружной мембраны органеллы не превышает 7 нм. На поверхности этого элемента митохондрии － отсутствуют складки и признаки выпуклостей. Наружная мембрана занимает 7% площади клеточной органеллы. Основное функциональное предназначение этого структурного элемента — отделение митохондрии от общей цитоплазмы. Мембрана органеллы состоит из жировых соединений с вкраплениями белковых веществ в соотношении 2 к 1. Особое значение имеет порин. Это каналообразующий белок, из которого в наружной мембране формируются специальные отверстия диаметром от 2 до 3 нм. Через эти каналы в органоид проникают молекулы биохимических веществ и ионы минералов с массой до 5 кДа. Соединения с более крупной молекулярной структурой могут проникать сквозь наружную мембрану только с помощью транспортных белков. |
| Внутренняя мембрана | Состав внутренней мембраны －это сложные белковые комплексы в сочетании с липидами. Соотношение этих веществ 3 к 1. Складки внутренней мембраны －кристы имеют гребневидную форму. Отличительной особенностью этой составляющей части органоида является наличие кардиолипина, относящегося к классу фосфолипидов. Это вещество содержит сразу 4 жирных кислоты, повышающие плотность внутренней мембраны, делая ее недоступной для протонов. Данная часть митохондрии представлена транспортными белками и ферментными веществами, формирующими дыхательную цепь. Процесс синтеза АТФ обеспечивается крупными протеиновыми комплексами, которые занимают до 70% структуры внутренней мембраны. |
| Межмембранное пространство | Между внешней и внутренней поверхностью мембраны находится межмембранное пространство размером от 10 до 20 нм. В составе этой части органеллы содержится белок цитохром С, регулирующий проницаемость мембранных стенок для молекул и ионов. |
Внутренняя структура митохондрий заполнена рибосомами и гранулами. Размер органелл зависит от функционального назначения клетки, ее потребности в энергетическом обеспечении во время физических и стрессовых нагрузок.
Ферменты митохондрий
В органоидах находятся ферменты, обеспечивающие реализацию дыхательной функции. Около 70% этих веществ сосредоточено в матриксе. Остальная часть ферментов располагается в мембранных оболочках. В растущих клетках плотность дыхательных ферментов менее плотная.
В процессе активизации данных веществ внутри митохондрии происходит поглощение кислорода с аккумуляцией энергии (АТФ), которая выделяется в процессе дыхания. Реализация свойств ферментов органеллы происходит по принципу биохимической реакции окислительного фосфорилирования.
Деление митохондрий
Митохондрии образуются путем деления. На базе материнской органеллы формируется дочерний органоид. Митохондрия с большим мембранным потенциалом продолжает физиологическое движение по циклу «слияние и деление». Слабая органелла с деполяризованной внешней мембраной, остается внутри клетки в отделенном состоянии до восстановления мембранного потенциала.
Дочерние органоиды, успешно прошедшие стадию дозревания, сливаются с общей митохондриальной сетью. Органеллы, сохранившие слабый потенциал мембраны, утилизируются клеткой по принципу аутофагии.
Слишком быстрое деление митохондрий приводит к накоплению неполноценных органоидов с поврежденной структурой, что повышает риск развития воспалительных процессов в тканях.
Функции митохондрий в клетке
Основная функция митохондрий －это синтез жизненной энергии клетки в форме АТФ. Образование данной молекулы происходит с помощью следующих механизмов:
- Субстратное фосфолирование. Это жидкая фаза расщепления питательных веществ с выделением из них химической энергии АТФ. Например, во время внутриклеточного гликолиза.
- Мембранное фосфолирование. Извлечение энергии происходит путем трансмембранного электрохимического расщепления ионов водорода.
В органоидах обеспечивается реализация мембранного и субстратного фосфолирования в зависимости от условий, в которых находится клетка живого организма. Уровень организации органеллы по преобразованию энергии АТФ разделяют на 4 стадии. Первые 2 этапа протекают в структуре матрикса, а остальные завершаются в митохондриальных кристах.
Частые вопросы
Ниже представлены ответы на наиболее часто задаваемые вопросы, касающиеся функциональной активности митохондрий:
- Как увеличить митохондрии в организме человека?
Для увеличения количества митохондрий в клетках необходимо подвергать организм регулярным физическим нагрузкам, чтобы ткани скелетной мускулатуры и внутренних органов, нуждались в большем объеме энергии.
- В чем проявляется сходство хлоропластов и митохондрий?
Сходство этих органелл заключается в обеспечении клеток жизненно необходимой энергией.
- Почему митохондрии называют энергетическими станциями клеток?
Митохондрии синтезируют молекулы АТФ, которые являются чистой химической энергией.
- Какие вещества можно обнаружить в митохондриях?
Органеллы этого типа на 70% состоят из протеинов и белковых ферментов. Остальные 30% － это липиды и жировые кислоты.
- От чего зависит число митохондрий?
Количество органелл зависит от индивидуальной потребности конкретной клетки в обеспечении энергетическими запасами.
Митохондрии в живом организме выполняют функцию мобильных энергетических станций, которые синтезируют молекулы АТФ путем химической реакции. Органеллы данного типа содержат собственную ДНК, внешнюю и внутреннюю мембрану, а также матрикс. Химический состав органелл включает белковые и жировые соединения с разным функциональным предназначением.
