Мітохондрії як органели синтезу АТФ характерні, за малим винятком, для всіх еукаріотичних клітин як аутотрофний (фотосинтезуючі рослини), так і гетеротрофних (тварини, гриби) організмів. Давайте розглянемо які функції в клітинах виконують мітохондрії.
Які функції виконують мітохондрії?
Мітохондрії, або хондріосоми (від греч. Mitos – нитка, chondrion – зернятко, soma – тільце), являють собою гранулярні або ниткоподібні органели, присутні в цитоплазмі найпростіших, рослин і тварин. Мітохондрії можна спостерігати в живих клітинах, так як вони мають досить високу щільність.
Мітохондрії мають вигляд кулястих тілець, паличок, ниток (завдовжки від 0,5 до 10 мкм і більше). Іноді мітохондрії розгалужуються (наприклад, у клітинах найпростіших, м’язових волокнах).
Кількість мітохондрій у клітині різна: від 1 до 100 000 і більше. Вона залежить від того, наскільки активно в клітині відбуваються процеси обміну речовин. У клітинах зелених рослин мітохондрій менше, ніж у клітинах тварин, оскільки їхні функції (синтез АТФ) виконують і хлоропласти.
Локалізація мітохондрій. Мітохондрії можуть бути розсіяні по всій цитоплазмі або зосереджені в ділянках, де виникає найбільша потреба в АТФ. Часто мітохондрії розміщені рівномірно по цитоплазмі (наприклад, у печінкових клітинах). Відзначена особлива локалізація мітохондрій в поперечнопосмугованих м’язах — уздовж міофібрил, в хвості сперматозоїда — біля його основи, в покручених канальцях нирки — в складках плазмолеми на базальному полюсі клітин, в нервовій системі — в ділянці синапсів, у парієтальних клітинах залоз шлунка — щільно біля агранулярної ендоплазматичної сітки.
Будова мітохондрій
Розміри і форми мітохондрій непостійні і можуть бути різними в залежності від видів живих істот. Якщо описувати середні значення, то гранулярна і ниткоподібна мітохондрія, що складається з двох мембран, має розміри близько 0,5 мікромілліметрів в товщину, а довжина може досягати 60 мікромілліметрів.
У клітинах мітохондрії можуть розташовуватися в самих різних місцях, де є потреба в АТФ. Можна сказати, що у мітохондрій досить універсальне будова, тому вони можуть з’являтися в різних місцях.
На ультрамікроскопічні рівні стінка мітохондрії складається з двох мембран – зовнішньої і внутрішньої.
Зовнішня мембрана має відносно рівну поверхню, внутрішня – утворює спрямовані в центр складки. Між зовнішньою і внутрішньою мембранами виникає неширокий (близько 15 нм) простір, який називається зовнішньою камерою мітохондрії; внутрішня мембрана обмежує внутрішню камеру. Вміст зовнішньої і внутрішньої камер мітохондрії різний, і так само, як і самі мембрани, істотно відрізняється не тільки по рельєфу поверхні, але й по ряду біохімічних і функціональних ознак. Зовнішня мембрана за хімічним складом і властивостями близька до інших внутрішньоклітинних мембран і плазмолеми.
Функції мітохондрій
Основна функція мітохондрій – синтез молекул АТФ. Це свого роду енергетична станція клітини, яка за рахунок окислення різних органічних сполук вивільняє енергію за рахунок їх розпаду.
Цей процес відбувається за допомогою енергії, яка вивільняється під час окиснення органічних сполук. Початкові етапи цих процесів відбуваються у матриксі, а наступні, зокрема синтез АТФ, – у внутрішній мембрані.
Головним джерелом енергії, тобто з’єднанням, використовуваним для розпаду, є піровиноградна кислота. Її в свою чергу організм отримує з білків, вуглеводів і жирів. Є два шляхи утворення енергії, причому мітохондрії використовують обидва. Перший з них пов’язаний з окисленням пірувату в матриксі. Другий пов’язаний вже з кристами органел і безпосередньо завершує процес енергоутворення.
У цілому даний механізм досить складний і відбувається в кілька етапів.
У мітохондріях енергетичний процес починається в матриксі, де відбувається розщеплення пірувату в циклі трикарбонових кислот. Під час цього процесу звільнюються атоми водню. Далі атом водню дисоціює на протон і електрон, які акцептуються коферментом нікотинамідаденіндинуклеотидом (НАД). Відтак електрони водню передаються по ланцюгу дихальних ферментів — флавопротеїдів і цитохромів, вивільнюють свою кінетичну енергію, а в кінці з’єднуються з протонами і утворюють молекули води. Енергія, яка при цьому звільнюється, використовується в декількох точках дихального ланцюга для здійснення реакції фосфорилювання — синтезу АТФ, тобто приєднання фосфатної групи до АДФ. Це відбувається на внутрішній мембрані мітохондрій. Електрохімічний потенціал, що виникає в результаті роботи ланцюга переносу електронів, забезпечує транспорт усередину мітохондрії іонів К+, Са2+, Mg2+.
Таким чином, реакція окиснення (переносу електронів) тісно поєднана з реакціями фосфорилювання, коли 55% енергії йде на синтез АТФ, а 45% розсівається у вигляді теплової енергії.
При інфекційних захворюваннях, дії несприятливих фізико-хімічних факторів (температури, радіації тощо), ці процеси роз’єднуються, більше енергії випромінюється у вигляді теплової, і тому підвищується температура в клітині і в організмі. Крім того, мітохондрії беруть участь у регуляції обміну води, депонуванні іонів кальцію, продукції попередників стероїдних гормонів.
Тепер ви знаєте які функції виконують мітохондрії в клітинах.
