Mitokondrid on organellid, mis varustavad raku ainevahetusprotsesse energiaga. Nende suurus varieerub vahemikus 0,5–5–7 mikronit, nende arv lahtris on vahemikus 50–1000 või rohkem. Hüaloplasmas on mitokondrid tavaliselt hajusalt jaotunud, kuid spetsialiseeritud rakkudes on nad koondunud nendesse piirkondadesse, kus on kõige suurem energiavajadus. Näiteks lihasrakkudes ja sümplastides on suur hulk mitokondreid koondunud piki tööelemente - kontraktiilseid fibrillid. Rakkudes, mille funktsioonid hõlmavad eriti suurt energiatarbimist, moodustavad mitokondrid mitu kontakti, mis ühinevad võrgustikuks või klastriteks (kardiomüotsüüdid ja skeletilihaskoe sümplastid). Rakus täidavad hingamisfunktsiooni mitokondrid. Rakuhingamine on reaktsioonide jada, mille käigus rakk kasutab orgaaniliste molekulide sidemete energiat kõrge energiaga ühendite, näiteks ATP, sünteesimiseks. Mitokondri sees moodustunud ATP molekulid kantakse väljapoole, vahetades mitokondrit väljaspool asuvate ADP molekulide vastu. Elus rakus võivad mitokondrid liikuda tsütoskeleti elementide abil. Ultramikroskoopilisel tasemel koosneb mitokondri sein kahest membraanist - välimisest ja sisemisest. Välismembraan on suhteliselt sileda pinnaga, sisemine moodustab keskkoha poole suunatud volte või risteid. Välis- ja sisemembraani vahele tekib kitsas (umbes 15 nm) ruum, mida nimetatakse mitokondrite väliskambriks; sisemine membraan määrab sisemise kambri. Mitokondrite välis- ja sisekambri sisu on erinev ning nagu membraanid ise, erinevad need oluliselt mitte ainult pinnareljeefi, vaid ka mitmete biokeemiliste ja funktsionaalsete omaduste poolest. Välismembraan on keemilise koostise ja omaduste poolest sarnane teiste intratsellulaarsete membraanide ja plasmalemmaga.
Seda iseloomustab kõrge läbilaskvus hüdrofiilsete valgukanalite olemasolu tõttu. See membraan sisaldab retseptori komplekse, mis tunnevad ära ja seovad mitokondritesse sisenevaid aineid. Välismembraani ensüümide spekter ei ole rikkalik: need on rasvhapete, fosfolipiidide, lipiidide jne metabolismi ensüümid. Mitokondrite välismembraani põhiülesanne on organellide eraldamine hüaloplasmast ja vajalike substraatide transportimine. rakulise hingamise jaoks. Mitokondrite sisemembraan enamikus erinevate elundite koerakkudes moodustab plaadikujulisi kristlasi (lamellkristalle), mis suurendab oluliselt sisemembraani pindala. Viimases on 20-25% kõigist valgu molekulidest hingamisahela ja oksüdatiivse fosforüülimise ensüümid. Neerupealiste ja sugunäärmete endokriinsetes rakkudes osalevad mitokondrid steroidhormoonide sünteesis. Nendes rakkudes on mitokondritel kriistad torude (tuubulite) kujul, mis paiknevad korrapäraselt teatud suunas. Seetõttu nimetatakse nende organite steroide tootvates rakkudes olevaid mitokondriaalseid kristalle torukujulisteks. Mitokondriaalne maatriks ehk sisekambri sisu on geelitaoline struktuur, mis sisaldab umbes 50% valke. Elektronmikroskoopia abil kirjeldatud osmiofiilsed kehad on kaltsiumivarud. Maatriks sisaldab sidrunhappe tsükli ensüüme, mis katalüüsivad rasvhapete oksüdatsiooni, ribosoomide sünteesi ning RNA ja DNA sünteesis osalevaid ensüüme. Ensüümide koguarv ületab 40. Lisaks ensüümidele sisaldab mitokondriaalne maatriks mitokondriaalset DNA-d (mitDNA) ja mitokondriaalseid ribosoome. MitDNA molekul on rõngakujuline. Intramitokondriaalse valkude sünteesi võimalused on piiratud - siin sünteesitakse mitokondriaalsete membraanide transportvalgud ja mõned ensümaatilised valgud, mis osalevad ADP fosforüülimises. Kõik teised mitokondriaalsed valgud on kodeeritud tuuma DNA poolt ja nende süntees toimub hüaloplasmas ning seejärel transporditakse need mitokondritesse. Mitokondrite elutsükkel rakus on lühike, mistõttu on loodus varustanud neid kahekordse paljunemissüsteemiga – lisaks emamitokondrite jagunemisele on võimalik pungumise teel mitmete tütarorganellide teke.
Taimeraku tuuma ehitus ja funktsioonid.
Tuum- eukarüootse raku oluline osa. See on päriliku teabe säilitamise ja reprodutseerimise koht. Tuum toimib ka ainevahetuse ja peaaegu kõigi rakus toimuvate protsesside juhtimiskeskusena. Kõige sagedamini on rakkudel ainult üks tuum, harva kaks või enam. Selle kuju on enamasti sfääriline või ellipsoidne. Noortes, eriti meristeemilistes rakkudes on see kesksel kohal, kuid hiljem liigub see kasvava vakuooli poolt kõrvale lükates tavaliselt membraanile. Väljastpoolt on tuum kaetud topeltmembraaniga - tuumamembraaniga, mis on läbi imbunud pooridest (tuumapoorid on dünaamilised moodustised, võivad avaneda ja sulguda; sel viisil saab reguleerida tuuma ja tsütoplasma vahelist vahetust). servad, mille välimine membraan läheb sisemisse. Välimine tuumamembraan ühendub ER membraanikanalitega. Sellel asuvad ribosoomid. Sisemembraanil võivad tekkida invaginatsioonid.
Tuuma sisemine sisu on karüoplasma, millesse on sukeldatud kromatiin, nukleoolid ja ribosoomid. Karüoplasma (nukleoplasma) on tarretisesarnane lahus, mis täidab ruumi tuumastruktuuride (kromatiin ja nukleoolid) vahel. See sisaldab ioone, nukleotiide, ensüüme.
Kromatiin on kromosoomi olemasolu despiraliseeritud vorm. Despiraliseeritud olekus leidub kromatiini mittejaguneva raku tuumas. Kromatiin ja kromosoomid vahetuvad üksteiseks. Keemilise korralduse poolest ei erine nii kromatiin kui ka kromosoomid. Keemiline alus on desoksüribonukleoproteiin – DNA kompleks valkudega. Valkude abil toimub DNA molekulide mitmetasandiline pakkimine, kromatiin aga omandab kompaktse kuju.
Tuum, tavaliselt sfäärilise kujuga (üks või mitu), ei ole ümbritsetud membraaniga, sisaldab fibrillaarseid valguniite ja RNA-d. Tuumad ei ole püsivad moodustised, need kaovad rakkude jagunemise alguses ja taastuvad pärast selle lõppemist. Tuumad esinevad ainult mittejagunevates rakkudes. Nukleoolides moodustuvad ribosoomid ja sünteesitakse tuumavalgud. Tuumad ise moodustuvad sekundaarsete kromosoomikonstriktsioonide piirkondades (nukleoolide organisaatorid).
Tuum on eukarüootse raku oluline osa. Südamiku läbimõõt on vahemikus 5 kuni 20 mikronit. Tuuma põhiülesanne on geneetilise materjali säilitamine DNA kujul ja selle ülekandmine rakkude jagunemise käigus tütarrakkudesse. Lisaks juhib tuum valgusünteesi ja kõiki raku elutähtsaid protsesse. (taimerakus kirjeldas tuuma R. Brown 1831. aastal, loomarakus T. Schwann 1838. aastal).
Tuuma keemilist koostist esindavad peamiselt nukleiinhapped ja valgud.
Mitokondrite struktuur ja funktsioonid.
Mitokondrid ehk kondriosoomid on raku "jõujaamad", enamik hingamisreaktsioone paikneb neis (aeroobne faas). Mitokondrites koguneb hingamisenergia adenosiintrifosfaati (ATP). ATP-s salvestatud energia on raku füsioloogilise tegevuse peamine allikas. Mitokondrid on tavaliselt pikliku vardakujulise kujuga, pikkusega 4–7 µm ja läbimõõduga 0,5–2 µm. Mitokondrite arv rakus võib varieeruda vahemikus 500 kuni 1000 ja sõltub selle organi rollist energiavahetuse protsessides.
Mitokondrite keemiline koostis on mõnevõrra erinev. Need on peamiselt valgu-lipiidide organellid. Valgusisaldus neis on 60–65%, struktuursed ja ensümaatilised valgud sisalduvad ligikaudu võrdsetes osades, samuti umbes 30% lipiide. On väga oluline, et mitokondrid sisaldaksid nukleiinhappeid: RNA - 1% ja DNA - 0,5%. Mitokondrid sisaldavad mitte ainult DNA-d, vaid ka kogu valgusünteesi süsteemi, sealhulgas ribosoome.
Mitokondrid on ümbritsetud topeltmembraaniga. Membraanide paksus on 6-10 nm. Mitokondrite membraanid on 70% valkudest. Membraani fosfolipiide esindavad fosfatidüülkoliin, fosfatidüületanoolamiin, aga ka spetsiifilised fosfolipiidid, näiteks kardiolipiin. Mitokondriaalsed membraanid ei lase H+-l läbi ja toimivad nende transpordi takistusena.
Membraanide vahel on vedelikuga täidetud perimitokondrite ruum. Mitokondrite siseruum on täidetud želatiinse poolvedela massi kujul oleva maatriksiga. Krebsi tsükli ensüümid on koondunud maatriksisse. Sisemembraanist tekivad väljakasvud - plaadid ja torud, mis jagavad mitokondrite siseruumi eraldi sektsioonideks. Hingamisahel (elektronide transpordiahel) paikneb sisemembraanis.
Struktuur. Mitokondrite pinnaaparaat koosneb kahest membraanist - välimisest ja sisemisest. Väline membraan sile, eraldab see mitokondrid hüaloplasmast. Selle all on volditud sisemine membraan, mis moodustab Christie(harjad). Cristae mõlemal küljel väikesed seenekujulised kehad, mida nimetatakse oksüsoomideks või ATP-somami. Need sisaldavad ensüüme, mis osalevad oksüdatiivses fosforüülimises (fosfaadijääkide lisamine ADP-le, et moodustada ATP). Cristae arv mitokondrites on seotud raku energiavajadusega, eriti lihasrakkudes sisaldavad mitokondrid väga palju kristlasi. Suurenenud rakufunktsiooni korral muutuvad mitokondrid ovaalsemaks või piklikumaks ning kriistade arv suureneb.
Mitokondritel on oma genoom, nende 70S tüüpi ribosoomid erinevad tsütoplasma ribosoomidest. Mitokondriaalne DNA on valdavalt tsüklilise vormiga (plasmiidid), kodeerib kõiki kolme tüüpi oma RNA-d ja annab teavet mõnede mitokondriaalsete valkude sünteesiks (umbes 9%). Niisiis võib mitokondreid pidada poolautonoomseteks organellideks. Mitokondrid on isepaljunevad (paljunemisvõimelised) organellid. Mitokondrite uuenemine toimub kogu rakutsükli jooksul. Näiteks maksarakkudes asendatakse need peaaegu 10 päeva pärast uutega. Kõige tõenäolisemaks mitokondrite paljunemise viisiks peetakse nende jagunemist: mitokondrite keskele tekib ahenemine või tekib vahesein, mille järel organellid jagunevad kaheks uueks mitokondriks. Mitokondrid moodustuvad promitokondritega - ümmargused kehad läbimõõduga kuni 50 nm ja topeltmembraaniga.
Funktsioonid . Mitokondrid osalevad raku energiaprotsessides, sisaldavad ensüüme, mis on seotud energia tootmise ja rakuhingamisega. Teisisõnu, mitokondrid on omamoodi biokeemiline minitehas, mis muundab orgaaniliste ühendite energia ATP rakendatud energiaks. Mitokondrites algab energiaprotsess maatriksis, kus Krebsi tsüklis toimub püroviinamarihappe lagunemine. Selle protsessi käigus vabanevad vesinikuaatomid ja transporditakse neid hingamisahela kaudu. Sel juhul vabanevat energiat kasutatakse mitmes hingamisahela osas fosforüülimisreaktsiooni läbiviimiseks - ATP sünteesiks, st fosfaatrühma lisamiseks ADP-le. See toimub mitokondrite sisemembraanil. Niisiis, energiafunktsioon mitokondrid integreerub: a) maatriksis toimuva orgaaniliste ühendite oksüdatsiooniga, mille tõttu mitokondrid nn. rakkude hingamiskeskus b) ATP süntees viiakse läbi kristallidel, mille tõttu kutsutakse mitokondreid rakkude energiajaamad. Lisaks osalevad mitokondrid vee ainevahetuse reguleerimises, kaltsiumioonide ladestumisel, steroidhormooni prekursorite tootmisel, ainevahetuses (näiteks maksarakkude mitokondrid sisaldavad ensüüme, mis võimaldavad neil ammoniaaki neutraliseerida) jm.
BIOLOOGIA + Mitokondriaalsed haigused on rühm pärilikke haigusi, mis on seotud mitokondriaalsete defektidega, mis põhjustavad rakuhingamise häireid. Neid edastatakse emasliini kaudu mõlemast soost lastele, kuna munal on suurem tsütoplasma maht ja vastavalt sellele edastab see oma järglastele rohkem mitokondreid. Mitokondriaalne DNA ei ole erinevalt tuuma DNA-st kaitstud histooni valkudega ning esivanemate bakteritelt päritud parandusmehhanismid on ebatäiuslikud. Seetõttu kogunevad mutatsioonid mitokondriaalses DNA-s 10-20 korda kiiremini kui tuuma DNA-s, mis põhjustab mitokondriaalseid haigusi. Kaasaegses meditsiinis on neid praegu teada umbes 50. Näiteks kroonilise väsimuse sündroom, migreen, Barthi sündroom, Pearsoni sündroom ja paljud teised.
Mitokondrid - mikroskoopilised kahemembraanilised poolautonoomsed üldotstarbelised organellid, mis varustavad rakku energiaga, saadakse oksüdatsiooniprotsesside kaudu ja säilitatakse kujul ATP fosfaatsidemed. Mitokondrid osalevad ka steroidide biosünteesis, rasvhapete oksüdatsioonis ja nukleiinhapete sünteesis. Esineb kõigis eukarüootsetes rakkudes. Prokarüootsetes rakkudes mitokondrid puuduvad, nende funktsiooni täidavad mesosoomid - välise tsütoplasmaatilise membraani invaginatsioonid rakku.
Mitokondrid võivad olla elliptilise, sfäärilise, vardakujulise, niitja ja muu kujuga, mis võivad teatud aja jooksul muutuda. Mitokondrite arv erinevaid funktsioone täitvates rakkudes on väga erinev – 50-st kuni 500-5000-ni kõige aktiivsemates rakkudes. Neid on rohkem, kus sünteetilised protsessid on intensiivsed (maks) või energiakulud suured (lihasrakud). Maksarakkudes (hepatotsüütides) on nende arv 800 ja nende ruumala on ligikaudu 20% tsütoplasma mahust. Mitokondrite suurus on vahemikus 0,2 kuni 1-2 mikronit läbimõõduga ja vahemikus 2 kuni 5-7 (10) mikronit. Valgus-optilisel tasemel tuvastatakse mitokondrid tsütoplasmas spetsiaalsete meetoditega ja neil on väikeste terade ja niitide välimus (mis määras nende nime - kreeka keelest mitos - niit ja kondros - tera).
Tsütoplasmas võivad mitokondrid hajuda, kuid tavaliselt on need nii koondunud maksimaalse energiatarbimisega piirkondadesse, näiteks ioonpumpade läheduses, kontraktiilsed elemendid (müofibrillid), liikumisorganellid (sperma aksoneemid, ripsmed), sünteetilise aparaadi komponendid (ER paagid). Ühe hüpoteesi kohaselt on kõik rakus olevad mitokondrid omavahel ühendatud ja moodustavad kolmemõõtmelise võrgu.
Mitokondrid ümbritsetud kaks membraani - välimine ja sisemine, eraldatud membraanidevaheline ruum, ja sisaldavad mitokondriaalne maatriks, millesse sisemembraani voldid on suunatud - cristas.
Välimine mitokondriaalne membraan sile, keemiliselt sarnane välimise tsütoplasmaatilise membraaniga ja hästi läbilaskev kuni 10 kilodaltoni kaaluvatele molekulidele, mis tungivad tsütosoolist membraanidevahelisse ruumi. Oma koostiselt sarnaneb see plasmalemmaga, 25% on valgud, 75% lipiidid. Kolesterool on lipiidide hulgas. Välismembraan sisaldab palju spetsiaalseid molekule transpordivalgud(Näiteks, porins), mis moodustavad laiad hüdrofiilsed kanalid ja tagavad selle suure läbilaskvuse, aga ka väikese koguse ensüümsüsteemid. Selle peal on retseptorid,äratundmisvalgud, mida transporditakse mõlema kaudu mitokondriaalne membraanid nende kokkupuute eripunktides - adhesioonitsoonid.
Sisemembraanil on väljaulatuvad osad sissepoole- ribid või kriistad, mis jagavad mitokondriaalse maatriksi osadeks. Cristae suurendavad sisemise membraani pindala. Seega on sisemine mitokondriaalne membraan pindalalt suurem kui välimine. Kristallid paiknevad mitokondrite pikkusega risti või pikisuunas. Cristae kuju võib olla vesikulaarne, torujas või lamelljas.
Mitokondrite sisemembraani keemiline koostis on sarnane prokarüootide membraanidele (näiteks sisaldab spetsiaalset lipiidi - kardiodipiini ja puudub kolesterool). Sisemises mitokondriaalses membraanis domineerivad valgud, mis moodustavad 75%. Sisemembraani on põimitud kolme tüüpi valke (a) elektronide transpordiahela (hingamisahela) valgud - NAD"H-dehüdrogenaas ja FAD"H-dehüdrogenaas- ja muud transportvalgud,(b) ATP süntetaasi seente kehad(mille pead on suunatud maatriksi poole) ja (c) osa Krebsi tsükli ensüümidest (suktsinaatdehüdrogenaas). Sisemist mitokondriaalset membraani iseloomustab äärmiselt madal läbilaskvus, ained transporditakse läbi kokkupuutekohtade. Sisemembraani madal läbilaskvus väikestele ioonidele kõrge fosfolipiidide sisalduse tõttu
Mitokondrid - poolautonoomsed rakuorganellid, sest sisaldavad oma DNA-d, poolautonoomset replikatsiooni-, transkriptsioonisüsteemi ja oma valke sünteesivat aparaati – poolautonoomset translatsioonisüsteemi (70S tüüpi ribosoomid ja t-RNA). Tänu sellele sünteesivad mitokondrid osa oma valke. Mitokondrid võivad jaguneda raku jagunemisest sõltumatult. Kui rakust eemaldada kõik mitokondrid, siis uusi sinna ei teki. Endosümbioosi teooria kohaselt tekkisid mitokondrid aeroobsetest prokarüootsetest rakkudest, mis sisenesid peremeesrakku, kuid ei seeditud, sisenesid sügava sümbioosi teele ja muutusid järk-järgult, autonoomiat kaotades, mitokondriteks.
Mitokondrid - poolautonoomsed organellid, mida väljendavad järgmised märgid:
1) oma geneetilise materjali (DNA ahela) olemasolu, mis võimaldab valgusünteesi ja võimaldab ka rakust sõltumatult jaguneda;
2) topeltmembraani olemasolu;
3) plastiidid ja mitokondrid on võimelised sünteesima ATP-d (kloroplastide jaoks on energiaallikaks valgus, mitokondrites tekib ATP orgaaniliste ainete oksüdatsiooni tulemusena).
Mitokondrite funktsioonid:
1) Energia- ATP süntees (seetõttu nimetatakse neid organelle "raku energiajaamadeks"):
Aeroobse hingamise ajal toimub kristallidel oksüdatiivne fosforüülimine (ATP moodustumine ADP-st ja anorgaanilisest fosfaadist orgaaniliste ainete oksüdeerumisel vabaneva energia tõttu) ja elektronide ülekandmine mööda elektronide transpordiahelat. Mitokondrite sisemembraan sisaldab rakuhingamises osalevaid ensüüme;
2) osalemine biosünteesis palju ühendeid (mõned aminohapped ja steroidid sünteesitakse mitokondrites (steroidogenees), sünteesitakse osa oma valke), samuti ioonide (Ca 2+), glükoproteiinide, valkude, lipiidide akumulatsioon;
3) oksüdatsioon rasvhapped;
4) geneetiline- nukleiinhapete süntees (käimas on replikatsiooni- ja transkriptsiooniprotsessid). Mitokondriaalne DNA tagab tsütoplasmaatilise pärandi.
ATP
ATP avastas 1929. aastal Saksa keemik Lohmann. 1935. aastal juhtis Vladimir Engelhardt tähelepanu asjaolule, et lihaste kokkutõmbed on võimatud ilma ATP olemasoluta. Aastatel 1939–1941 tõestas Nobeli preemia laureaat Fritz Lipmann, et metaboolsete reaktsioonide peamine energiaallikas on ATP, ja võttis kasutusele termini "energiarikkad fosfaatsidemed". Dramaatilised muutused ATP mõju uurimisel kehale toimusid 70. aastate keskel, mil avastati spetsiifiliste retseptorite olemasolu rakumembraanide välispinnal, mis olid ATP molekuli suhtes tundlikud. Sellest ajast alates on intensiivselt uuritud ATP käivitavat (regulatiivset) toimet erinevatele keha funktsioonidele.
Adenosiintrifosforhape ( ATP, adeniintrifosforhape) on nukleotiid, millel on äärmiselt oluline roll organismide energia ja ainete ainevahetuses; Esiteks on ühend tuntud kui universaalne energiaallikas kõigi elussüsteemides toimuvate biokeemiliste protsesside jaoks.
Keemiliselt on ATP adenosiini trifosfaatester, mis on adeniini ja riboosi derivaat.
Puriini lämmastikalus - adeniin - on β-N-glükosiidsideme kaudu ühendatud riboosi 5" süsinikuga, mille külge on järjestikku seotud kolm fosforhappe molekuli, mis on tähistatud vastavalt tähtedega: α, β ja γ.
ATP all mõeldakse nn kõrge energiaga ühendeid ehk sidemeid sisaldavaid keemilisi ühendeid, mille hüdrolüüsil vabaneb märkimisväärne hulk energiat. ATP molekuli fosfoestersidemete hüdrolüüs, millega kaasneb 1 või 2 fosforhappejäägi eemaldamine, põhjustab erinevate allikate kohaselt 40 kuni 60 kJ/mol vabanemise.
ATP + H 2 O → ADP + H 3 PO 4 + energia
ATP + H 2 O → AMP + H 4 P 2 O 7 + energia
Vabanenud energiat kasutatakse erinevates protsessides, mis nõuavad energiatarbimist
funktsioonid
1) Peamine on energia. ATP on paljude energiamahukate biokeemiliste ja füsioloogiliste protsesside jaoks otsene energiaallikas.
2) nukleiinhapete süntees.
3) paljude biokeemiliste protsesside reguleerimine. ATP, mis ühineb ensüümide regulatoorsete keskustega, suurendab või pärsib nende aktiivsust.
tsükloadenosiinmonofosfaadi sünteesi vahetu eelkäija, mis on hormonaalse signaali rakku edastamise sekundaarne sõnumitooja.
neurotransmitter sünapsides
sünteesi teed:
Organismis sünteesitakse ATP-d ADP-st, kasutades oksüdeerivate ainete energiat:
ADP + H 3 PO 4 + energiat→ ATP + H2O.
ADP fosforüülimine on võimalik kahel viisil: substraadi fosforüülimine ja oksüdatiivne fosforüülimine. Suurem osa ATP-st moodustub mitokondrites membraanidel oksüdatiivse fosforüülimise teel ensüümi H-sõltuva ATP süntetaasi poolt. ADP substraadi fosforüülimine ei nõua membraanide osalemist, see toimub glükolüüsi käigus või fosfaatrühma ülekandmisel teistelt suure energiaga ühenditelt.
ADP fosforüülimise reaktsioonid ja sellele järgnev ATP kasutamine energiaallikana moodustavad tsüklilise protsessi, mis on energia metabolismi olemus.
Organismis on ATP üks kõige sagedamini uuenevaid aineid. Päeva jooksul läbib üks ATP molekul keskmiselt 2000-3000 resünteesi tsüklit (inimkeha sünteesib umbes 40 kg päevas), see tähendab, et organismis ATP reservi praktiliselt ei teki ja normaalseks eluks on see vajalik. sünteesida pidevalt uusi ATP molekule.
KOMPLEKSIST LIHTSAS KEELES.
See teema on keeruline ja keeruline, mõjutades koheselt tohutul hulgal meie kehas toimuvaid biokeemilisi protsesse. Kuid proovime ikkagi välja mõelda, mis on mitokondrid ja kuidas nad töötavad.
Ja nii on mitokondrid elusraku üks olulisemaid komponente. Lihtsamalt öeldes võime öelda, et see on nii raku energiajaam. Nende tegevus põhineb orgaaniliste ühendite oksüdatsioonil ja elektrilise potentsiaali tekitamisel (energia, mis vabaneb ATP molekuli lagunemisel), et mõjutada lihaste kokkutõmbumist.
Me kõik teame, et meie keha töö toimub ranges kooskõlas termodünaamika esimese seadusega. Energia meie kehas ei teki, vaid ainult muundub. Keha valib ainult energia muundamise vormi, ilma seda tootmata, keemilisest mehaaniliseks ja termiliseks. Peamine kogu planeedi Maa energiaallikas on Päike. Valguse kujul meile jõudes neelab energia taimede klorofüll, kus see ergastab vesinikuaatomi elektroni ja annab seeläbi energiat elusainele.
Oleme oma elu võlgu väikese elektroni energiale.
Mitokondrite töö seisneb vesiniku elektronenergia astmelises ülekandes hingamisahela valgukomplekside rühmades (valkude elektronide transpordiahelas) olevate metalliaatomite vahel, kus igal järgneval kompleksil on elektroni suhtes suurem afiinsus, tõmmates seda ligi kui eelmine, kuni elektron ei ühine molekulaarse hapnikuga, millel on kõrgeim elektronafiinsus.
Iga kord, kui elektron liigub mööda vooluringi, vabaneb energia, mis koguneb elektrokeemilise gradiendi kujul ja realiseerub seejärel lihaste kokkutõmbumise ja soojuse tekke kujul.
Nimetatakse rida oksüdatiivseid protsesse mitokondrites, mis võimaldavad elektroni energiapotentsiaali üle kanda "rakusisene hingamine" või sageli "hingamiskett", kuna elektron kandub mööda ahelat aatomilt aatomile, kuni see jõuab lõppsihtkohta, hapnikuaatomini.
Mitokondrid vajavad hapnikku, et oksüdatsiooniprotsessi kaudu energiat üle kanda.
Mitokondrid tarbivad kuni 80% sissehingatavast hapnikust.
Mitokondrid on püsiv rakustruktuur, mis asub selle tsütoplasmas. Mitokondrite läbimõõt on tavaliselt 0,5–1 µm. Sellel on teraline struktuur ja see võib hõivata kuni 20% raku mahust. Seda raku püsivat orgaanilist struktuuri nimetatakse organelliks. Organellide hulka kuuluvad ka müofibrillid – lihasraku kontraktiilsed üksused; ja raku tuum on samuti organell. Üldiselt on iga püsiv rakustruktuur organell.
Mitokondrid avastas ja kirjeldas esmakordselt saksa anatoom ja histoloog Richard Altmann 1894. aastal ning sellele organellile andis nime teine saksa histoloog K. Bend 1897. aastal. Kuid alles 1920. aastal tõestas saksa biokeemik Otto Wagburg, et rakuhingamise protsessid on seotud mitokondritega.
On olemas teooria, mille kohaselt tekkisid mitokondrid primitiivsete rakkude, rakkude, mis ise ei saanud energia tootmiseks hapnikku kasutada, püüdmise tulemusena protogenootsed bakterid, mis suudavad seda teha. Just seetõttu, et mitokondrid oli varem eraldiseisev elusorganism, on sellel endiselt oma DNA.
Mitokondrid esindasid varem iseseisvat elusorganismi.
Evolutsiooni käigus kandsid eellasloomad tänu suurenenud energiatõhususele paljud oma geenid moodustunud tuuma ja lakkasid olemast iseseisvad organismid. Mitokondrid esinevad kõigis rakkudes. Isegi spermatosoididel on mitokondrid. Just tänu neile pannakse liikuma spermatosoidide saba, mis teostab selle liikumist. Eriti palju on aga mitokondreid neis kohtades, kus mistahes eluprotsesside jaoks on energiat vaja. Ja need on loomulikult eelkõige lihasrakud.
Lihasrakkudes saab mitokondrid ühendada hiiglaslike hargnenud mitokondrite rühmadeks, mis on omavahel ühendatud mitokondriaalsete kontaktide kaudu, milles nad luua ühtne toimiv koostöösüsteem. Sellises tsoonis oleval ruumil on suurenenud elektrontihedus. Uued mitokondrid moodustuvad eelnevate organellide lihtsa jagunemise teel. Kõige "lihtsamat" energiavarustusmehhanismi, mis on kõigile rakkudele kättesaadav, nimetatakse kõige sagedamini glükolüüsi üldkontseptsiooniks.
See on glükoosi järjestikuse lagunemise protsess püroviinamarihappeks. Kui see protsess toimub ilma molekulaarse hapniku osaluseta või ebapiisava kohalolekuga, siis nimetatakse seda anaeroobne glükolüüs. Sel juhul lagundatakse glükoos mitte lõpptoodeteks, vaid piim- ja püroviinamarihappeks, mis seejärel käärimise käigus edasi muunduvad. Seetõttu vabaneb energiat vähem, kuid energiatootmise kiirus on kiirem. Anaeroobse glükolüüsi tulemusena saab rakk ühest glükoosi molekulist 2 molekuli ATP ja 2 molekuli piimhapet. See "põhiline" energiaprotsess võib toimuda igas rakus. ilma mitokondrite osaluseta.
IN molekulaarse hapniku olemasolu viiakse läbi mitokondrites aeroobne glükolüüs hingamisahela sees. Püruviinhape osaleb aeroobsetes tingimustes trikarboksüülhappe tsüklis või Krebsi tsüklis. Selle mitmeetapilise protsessi tulemusena moodustub ühest glükoosi molekulist 36 ATP molekuli. Raku energiabilansi võrdlus arenenud mitokondrite ja rakkudega, kus need pole arenenud, näitab(piisava hapnikuga) rakusisese glükoosienergia täieliku kasutamise erinevus on peaaegu 20-kordne!
Inimestel võivad skeletilihaskiud olla tinglikult mehaaniliste ja metaboolsete omaduste alusel jagatud kolme tüüpi: - aeglane oksüdatiivne; - kiire glükolüütiline; - kiire oksüdatiivne-glükolüütiline.
Kiired lihaskiud Mõeldud kiireks ja raskeks tööks. Nende vähendamiseks kasutavad nad peamiselt kiireid energiaallikaid, nimelt kriatiinfosfaati ja anaeroobset glükolüüsi. Mitokondrite sisaldus seda tüüpi kiududes on oluliselt väiksem kui aeglaste lihaskiudude puhul.
Aeglased lihaskiud teevad aeglaseid kokkutõmbeid, kuid on võimelised töötama pikka aega. Nad kasutavad energiana aeroobset glükolüüsi ja energia sünteesi rasvadest. See annab palju rohkem energiat kui anaeroobne glükolüüs, kuid nõuab vastutasuks rohkem aega, kuna glükoosi lagunemise ahel on keerulisem ja nõuab hapniku olemasolu, mille transportimine energia muundamise kohta võtab samuti aega. Aeglasi lihaskiude nimetatakse punaseks müoglobiini tõttu, mis vastutab hapniku tarnimise eest kiududesse. Aeglaselt tõmbuvad lihaskiud sisaldavad märkimisväärsel hulgal mitokondreid.
Tekib küsimus: kuidas ja milliste harjutuste abil saab lihasrakkudes arendada hargnenud mitokondrite võrgustikku? Materjalis on erinevaid teooriaid ja koolitusmeetodeid ning nende kohta.
