ไมโตคอนเดรียทำหน้าที่อะไรในเซลล์? ไมโตคอนเดรีย. ไมโตคอนเดรียและการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

โครงสร้างและหน้าที่ของนิวเคลียสของเซลล์พืช

แกนกลาง- ส่วนสำคัญของเซลล์ยูคาริโอต นี่คือสถานที่จัดเก็บและทำซ้ำข้อมูลทางพันธุกรรม นิวเคลียสยังทำหน้าที่เป็นศูนย์ควบคุมการเผาผลาญและกระบวนการเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเซลล์ ส่วนใหญ่แล้ว เซลล์จะมีนิวเคลียสเพียง 1 นิวเคลียส แทบไม่มีตั้งแต่ 2 นิวเคลียสขึ้นไป รูปร่างของมันส่วนใหญ่มักเป็นทรงกลมหรือทรงรี เซลล์อายุน้อยโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื้อเยื่อเจริญจะมีตำแหน่งตรงกลาง แต่ต่อมามักจะเคลื่อนไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ โดยถูกผลักออกไปโดยแวคิวโอลที่กำลังเติบโต ด้านนอกนิวเคลียสถูกปกคลุมด้วยเมมเบรนสองชั้น - เยื่อหุ้มนิวเคลียสซึ่งเต็มไปด้วยรูขุมขน (รูพรุนนิวเคลียร์เป็นรูปแบบแบบไดนามิกซึ่งสามารถเปิดและปิดได้ ด้วยวิธีนี้การแลกเปลี่ยนระหว่างนิวเคลียสและไซโตพลาสซึมสามารถควบคุมได้) ที่ ขอบที่เยื่อหุ้มชั้นนอกผ่านเข้าไปในชั้นใน เมมเบรนนิวเคลียร์ด้านนอกเชื่อมต่อกับช่องเมมเบรนของ ER ไรโบโซมตั้งอยู่บนนั้น เยื่อหุ้มชั้นในอาจเกิดการบุกรุกได้

เนื้อหาภายในของนิวเคลียสคือคาริโอพลาสซึมซึ่งมีโครมาติน นิวคลีโอลี และไรโบโซมฝังอยู่ในนั้น คาริโอพลาสซึม (นิวคลีโอพลาสซึม) เป็นสารละลายคล้ายเจลลี่ที่เติมช่องว่างระหว่างโครงสร้างนิวเคลียร์ (โครมาตินและนิวคลีโอลี) ประกอบด้วยไอออน นิวคลีโอไทด์ เอนไซม์

โครมาตินเป็นรูปแบบของการดำรงอยู่ของโครโมโซมที่ไม่เป็นระเบียบ ในสภาวะหมดสติ โครมาตินจะพบได้ในนิวเคลียสของเซลล์ที่ไม่มีการแบ่งตัว โครมาตินและโครโมโซมสลับกัน ในแง่ของการจัดโครงสร้างทางเคมี ทั้งโครมาตินและโครโมโซมไม่แตกต่างกัน พื้นฐานทางเคมีคือ deoxyribonucleoprotein ซึ่งเป็น DNA เชิงซ้อนที่มีโปรตีน ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีน การบรรจุโมเลกุล DNA หลายระดับจะเกิดขึ้น ในขณะที่โครมาตินจะได้รูปร่างที่กะทัดรัด

นิวเคลียสซึ่งมักจะมีรูปร่างเป็นทรงกลม (อย่างน้อยหนึ่งอัน) ไม่ได้ล้อมรอบด้วยเมมเบรน ประกอบด้วยเส้นใยโปรตีนไฟบริลลาร์และ RNA นิวคลีโอลีไม่ใช่การก่อตัวถาวร แต่จะหายไปในช่วงเริ่มต้นของการแบ่งเซลล์ และจะกลับคืนมาอีกครั้งหลังจากเสร็จสิ้น นิวคลีโอลีมีอยู่ในเซลล์ที่ไม่แบ่งตัวเท่านั้น ในนิวคลีโอลีจะเกิดไรโบโซมและสังเคราะห์โปรตีนนิวเคลียร์ นิวคลีโอลีนั้นถูกสร้างขึ้นในบริเวณที่มีการหดตัวของโครโมโซมทุติยภูมิ (ตัวจัดระเบียบนิวเคลียส)

นิวเคลียสเป็นส่วนสำคัญของเซลล์ยูคาริโอต เส้นผ่านศูนย์กลางของแกนอยู่ระหว่าง 5 ถึง 20 ไมครอน หน้าที่หลักของนิวเคลียสคือการกักเก็บสารพันธุกรรมในรูปของ DNA และถ่ายโอนไปยังเซลล์ลูกสาวในระหว่างการแบ่งเซลล์ นอกจากนี้นิวเคลียสยังควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนและควบคุมกระบวนการที่สำคัญทั้งหมดของเซลล์ (ในเซลล์พืช อธิบายนิวเคลียสโดยอาร์. บราวน์ในปี พ.ศ. 2374 ในเซลล์สัตว์โดยที. ชวานน์ในปี พ.ศ. 2381)

องค์ประกอบทางเคมีของนิวเคลียสส่วนใหญ่ประกอบด้วยกรดนิวคลีอิกและโปรตีน

โครงสร้างและหน้าที่ของไมโตคอนเดรีย

ไมโตคอนเดรียหรือคอนโดริโอโซมเป็นสถานี "พลังงาน" ของเซลล์ ปฏิกิริยาการหายใจส่วนใหญ่อยู่ในนั้น (เฟสแอโรบิก) ในไมโตคอนเดรีย พลังงานการหายใจจะสะสมอยู่ในอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) พลังงานที่สะสมอยู่ใน ATP ทำหน้าที่เป็นแหล่งหลักสำหรับกิจกรรมทางสรีรวิทยาของเซลล์ ไมโตคอนเดรียมักมีรูปร่างเป็นแท่งยาว มีความยาว 4-7 µm และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5-2 µm จำนวนไมโตคอนเดรียในเซลล์อาจแตกต่างกันตั้งแต่ 500 ถึง 1,000 และขึ้นอยู่กับบทบาทของอวัยวะนี้ในกระบวนการเผาผลาญพลังงาน

องค์ประกอบทางเคมีของไมโตคอนเดรียแตกต่างกันไปบ้าง เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นออร์แกเนลล์โปรตีนไขมัน ปริมาณโปรตีนในนั้นคือ 60-65% โดยมีโปรตีนโครงสร้างและเอนไซม์อยู่ในสัดส่วนที่เท่ากันโดยประมาณรวมถึงไขมันประมาณ 30% เป็นสิ่งสำคัญมากที่ไมโตคอนเดรียจะต้องมีกรดนิวคลีอิก: RNA - 1% และ DNA -0.5% ไมโตคอนเดรียไม่เพียงแต่ประกอบด้วย DNA เท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบการสังเคราะห์โปรตีนทั้งหมด รวมถึงไรโบโซมด้วย

ไมโตคอนเดรียถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรนสองชั้น ความหนาของเมมเบรนอยู่ที่ 6-10 นาโนเมตร เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียมีโปรตีน 70% เมมเบรนฟอสโฟลิพิดแสดงโดยฟอสฟาติดิลโคลีน, ฟอสฟาติดิลเอทานอลเอมีน รวมถึงฟอสโฟลิพิดจำเพาะ เช่น คาร์ดิโอลิพิน เยื่อไมโตคอนเดรียไม่อนุญาตให้ H+ ผ่านและเป็นอุปสรรคต่อการขนส่ง

ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์คือช่องว่างปริมิโตคอนเดรียที่เต็มไปด้วยของเหลว พื้นที่ภายในของไมโตคอนเดรียเต็มไปด้วยเมทริกซ์ในรูปของมวลกึ่งของเหลวที่เป็นวุ้น เอนไซม์ของวัฏจักรเครบส์จะเข้มข้นในเมทริกซ์ เยื่อหุ้มชั้นในก่อให้เกิดผลพลอยได้ - คริสเตในรูปแบบของแผ่นและหลอด โดยแบ่งพื้นที่ภายในของไมโตคอนเดรียออกเป็นช่องแยกกัน ห่วงโซ่การหายใจ (ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน) มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเยื่อหุ้มชั้นใน

ไมโตคอนเดรีย.

ไมโตคอนเดรีย- ออร์แกเนลล์ประกอบด้วยเยื่อหุ้ม 2 แผ่น มีความหนาประมาณ 0.5 ไมครอน

สถานีพลังงานของเซลล์ หน้าที่หลักคือการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์และการใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการสลายในการสังเคราะห์โมเลกุล ATP (แหล่งพลังงานสากลสำหรับกระบวนการทางชีวเคมีทั้งหมด)

ในโครงสร้างของพวกมันคือออร์แกเนลล์ทรงกระบอกที่พบในเซลล์ยูคาริโอตในปริมาณหลายร้อยถึง 1-2 พันและครอบครอง 10-20% ของปริมาตรภายใน ขนาด (ตั้งแต่ 1 ถึง 70 ไมครอน) และรูปร่างของไมโตคอนเดรียก็แตกต่างกันอย่างมากเช่นกัน นอกจากนี้ ความกว้างของส่วนต่างๆ ของเซลล์เหล่านี้ค่อนข้างคงที่ (0.5-1 µm) สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้ ไมโตคอนเดรียสามารถเคลื่อนที่ผ่านไซโตพลาสซึมไปยังบริเวณที่มีการใช้พลังงานมากที่สุดได้ ขึ้นอยู่กับส่วนใดของเซลล์ในช่วงเวลาหนึ่งๆ ที่มีการใช้พลังงานมากที่สุด โดยใช้โครงสร้างของโครงสร้างเซลล์ของเซลล์ยูคาริโอตในการเคลื่อนที่

ไมโตคอนเดรียที่สวยงามในรูปแบบ 3 มิติ)

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับไมโตคอนเดรียขนาดเล็กที่กระจัดกระจายจำนวนมากซึ่งทำงานเป็นอิสระจากกันและจ่าย ATP ไปยังพื้นที่เล็กๆ ของไซโตพลาสซึมก็คือการมีอยู่ของไมโตคอนเดรียที่ยาวและแตกแขนง ซึ่งแต่ละไมโตคอนเดรียสามารถให้พลังงานไปยังพื้นที่ห่างไกลของเซลล์ได้ ความแตกต่างของระบบที่ขยายออกไปดังกล่าวอาจเป็นการเชื่อมโยงเชิงพื้นที่ที่ได้รับคำสั่งของไมโตคอนเดรียจำนวนมาก (chondriomes หรือ mitochondria) เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานร่วมกันของพวกมัน

คอนโดริโอมาประเภทนี้มีความซับซ้อนเป็นพิเศษในกล้ามเนื้อ โดยที่กลุ่มไมโตคอนเดรียที่มีกิ่งก้านขนาดยักษ์เชื่อมต่อกันโดยใช้การสัมผัสระหว่างไมโตคอนเดรีย (MMK) หลังถูกสร้างขึ้นโดยเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นนอกที่อยู่ติดกันอย่างแน่นหนาอันเป็นผลมาจากการที่ช่องว่างระหว่างเมมเบรนในโซนนี้มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น (อนุภาคที่มีประจุลบจำนวนมาก) MMC มีมากเป็นพิเศษในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ โดยเชื่อมโยงไมโตคอนเดรียหลายตัวเข้ากับระบบการทำงานร่วมกันที่ประสานกัน

โครงสร้าง.

เยื่อหุ้มชั้นนอก

เยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรียมีความหนาประมาณ 7 นาโนเมตร ไม่ก่อให้เกิดการบุกรุกหรือรอยพับ และปิดอยู่บนตัวมันเอง เยื่อหุ้มชั้นนอกคิดเป็นประมาณ 7% ของพื้นที่ผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ออร์แกเนลล์ทั้งหมด หน้าที่หลักคือแยกไมโตคอนเดรียออกจากไซโตพลาสซึม เยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรียประกอบด้วยชั้นไขมัน 2 ชั้น (เช่น เยื่อหุ้มเซลล์) และโปรตีนที่แทรกซึมเข้าไป โปรตีนและไขมันในสัดส่วนที่เท่ากันโดยน้ำหนัก
มีบทบาทพิเศษ โพริน - โปรตีนที่สร้างช่อง
มันก่อตัวเป็นรูในเยื่อหุ้มชั้นนอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2-3 นาโนเมตร ซึ่งสามารถทะลุผ่านโมเลกุลและไอออนขนาดเล็กได้ โมเลกุลขนาดใหญ่สามารถข้ามเยื่อหุ้มชั้นนอกผ่านการขนส่งแบบแอคทีฟผ่านโปรตีนขนส่งเมมเบรนแบบไมโตคอนเดรีย เยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรียสามารถโต้ตอบกับเยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมได้ มีบทบาทสำคัญในการขนส่งไขมันและแคลเซียมไอออน

เยื่อหุ้มชั้นใน

เยื่อหุ้มชั้นในก่อให้เกิดรอยพับคล้ายหวีจำนวนมาก - คริสต้า,
เพิ่มพื้นที่ผิวอย่างมีนัยสำคัญ และตัวอย่างเช่น ในเซลล์ตับคิดเป็นประมาณหนึ่งในสามของเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งหมด คุณลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบของเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรียคือการมีอยู่ของมัน คาร์ดิโอโลพินา - ไขมันเชิงซ้อนพิเศษที่มีกรดไขมันสี่ตัวในคราวเดียว และทำให้เมมเบรนไม่สามารถซึมผ่านโปรตอนได้อย่างแน่นอน (อนุภาคที่มีประจุบวก)

คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในคือปริมาณโปรตีนที่สูงมาก (มากถึง 70% โดยน้ำหนัก) ซึ่งแสดงโดยโปรตีนการขนส่ง เอนไซม์ลูกโซ่ทางเดินหายใจ รวมถึงคอมเพล็กซ์เอนไซม์ขนาดใหญ่ที่ผลิต ATP เยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรียไม่เหมือนเยื่อหุ้มชั้นนอกไม่มีช่องเปิดพิเศษสำหรับการขนส่งโมเลกุลและไอออนขนาดเล็ก ด้านที่หันเข้าหาเมทริกซ์มีโมเลกุลของเอนไซม์พิเศษที่สร้าง ATP ซึ่งประกอบด้วยหัวก้านและฐาน เมื่อโปรตอนผ่านเข้าไป จะเกิด atf
ที่ฐานของอนุภาคซึ่งเต็มไปด้วยความหนาทั้งหมดของเมมเบรนเป็นส่วนประกอบของห่วงโซ่การหายใจ เยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นในสัมผัสกันในบางแห่งมีโปรตีนตัวรับพิเศษที่ส่งเสริมการขนส่งโปรตีนไมโตคอนเดรียที่เข้ารหัสในนิวเคลียสเข้าสู่เมทริกซ์ไมโตคอนเดรีย

เมทริกซ์

เมทริกซ์- พื้นที่ที่ถูกจำกัดโดยเมมเบรนภายใน เมทริกซ์ (สารสีชมพู) ของไมโตคอนเดรียประกอบด้วยระบบเอนไซม์สำหรับการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันไพรูเวต เช่นเดียวกับเอนไซม์ เช่น กรดไตรคาร์บอกซิลิก (วงจรการหายใจของเซลล์) นอกจากนี้ยังมี DNA, RNA ของไมโตคอนเดรีย และอุปกรณ์สังเคราะห์โปรตีนของไมโตคอนเดรียอีกด้วย

ไพรูเวต (เกลือของกรดไพรูวิก)- สารประกอบเคมีที่สำคัญทางชีวเคมี พวกมันเป็นผลสุดท้ายของการเผาผลาญกลูโคสในระหว่างการสลาย

ไมโตคอนเดรียดีเอ็นเอ

ความแตกต่างหลายประการจาก DNA นิวเคลียร์:

- DNA ของไมโตคอนเดรียมีลักษณะเป็นวงกลม ต่างจาก DNA นิวเคลียร์ที่บรรจุอยู่ในโครโมโซม

- ระหว่างสายพันธุ์วิวัฒนาการที่แตกต่างกันของไมโตคอนเดรีย DNA ของสปีชีส์เดียวกัน การแลกเปลี่ยนส่วนที่คล้ายกันนั้นเป็นไปไม่ได้

ดังนั้นโมเลกุลทั้งหมดจึงเปลี่ยนแปลงโดยการกลายพันธุ์อย่างช้าๆ ในเวลาหลายพันปีเท่านั้น

- การกลายพันธุ์ของรหัสในไมโตคอนเดรีย DNA สามารถเกิดขึ้นได้โดยอิสระจาก DNA นิวเคลียร์

การกลายพันธุ์ของรหัส DNA นิวเคลียร์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในระหว่างการแบ่งเซลล์ แต่ไมโตคอนเดรียจะแบ่งตัวอย่างเป็นอิสระจากเซลล์ และสามารถรับการกลายพันธุ์ของรหัสแยกจาก DNA นิวเคลียร์ได้

- โครงสร้างของ DNA ของไมโตคอนเดรียนั้นง่ายขึ้นเพราะว่า กระบวนการอ่าน DNA ส่วนประกอบจำนวนมากสูญหายไป

- RNA ของการขนส่งมีโครงสร้างเหมือนกัน แต่ RNA ของไมโตคอนเดรียเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนของไมโตคอนเดรียเท่านั้น

ไมโทคอนเดรียยังมีระบบการสังเคราะห์โปรตีนของตัวเองด้วยกลไกทางพันธุกรรมของตัวเอง ซึ่งในเซลล์ของสัตว์และเชื้อราจะมีไรโบโซมที่เล็กมาก

ฟังก์ชั่น.

การสร้างพลังงาน

หน้าที่หลักของไมโตคอนเดรียคือการสังเคราะห์ ATP ซึ่งเป็นพลังงานเคมีรูปแบบสากลในเซลล์ที่มีชีวิต

โมเลกุลนี้สามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี:

- ผ่านปฏิกิริยาซึ่งพลังงานที่ปล่อยออกมาในขั้นตอนการออกซิเดชั่นบางอย่างของการหมักจะถูกเก็บไว้ในรูปของ ATP

- ขอบคุณพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการออกซิเดชั่นของสารอินทรีย์ในกระบวนการหายใจของเซลล์

ไมโตคอนเดรียใช้ทั้งสองวิถีนี้ โดยวิธีแรกเป็นลักษณะของกระบวนการออกซิเดชันเริ่มต้นและเกิดขึ้นในเมทริกซ์ และวิธีที่สองทำให้กระบวนการสร้างพลังงานเสร็จสมบูรณ์และเกี่ยวข้องกับคริสเตของไมโตคอนเดรีย
ในเวลาเดียวกัน ความพิเศษของไมโตคอนเดรียในฐานะออร์แกเนลล์ที่สร้างพลังงานของเซลล์ยูคาริโอตเป็นตัวกำหนดเส้นทางที่สองของการสร้าง ATP ที่เรียกว่า "การมีเพศสัมพันธ์ทางเคมี"
โดยทั่วไป กระบวนการสร้างพลังงานทั้งหมดในไมโตคอนเดรียสามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอนหลัก โดยสองขั้นตอนแรกเกิดขึ้นในเมทริกซ์ และสองขั้นตอนสุดท้ายบนคริสเตของไมโตคอนเดรีย:

1) การแปลงไพรูเวต (ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสลายกลูโคส) และกรดไขมันที่ได้รับจากไซโตพลาสซึมไปเป็นไมโตคอนเดรียเป็นอะซิติลโคล่า

อะเซทิลโคเอ– เป็นสารประกอบสำคัญในกระบวนการเมแทบอลิซึมที่ใช้ในปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายชนิด หน้าที่หลักของมันคือการส่งอะตอมของคาร์บอน (c) กับหมู่อะซิติล (ch3 co) เข้าสู่วงจรการหายใจของเซลล์เพื่อให้พวกมันถูกออกซิไดซ์เพื่อปล่อยพลังงาน

การหายใจของเซลล์ - ชุดของปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ในระหว่างที่เกิดออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และกรดอะมิโน ไปสู่คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

2) ออกซิเดชันของ acetyl-coa ในวงจรการหายใจของเซลล์ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของ nadn;

NADH– โคเอ็นไซม์ทำหน้าที่เป็นพาหะของอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนซึ่งได้รับจากสารออกซิไดซ์

3) การถ่ายโอนอิเล็กตรอนจาก Nadn ไปยังออกซิเจนผ่านทางระบบทางเดินหายใจ

4) การก่อตัวของ ATP อันเป็นผลมาจากกิจกรรมของเมมเบรนที่สร้าง ATP ที่ซับซ้อน

เอทีพี ซินเทเตส

เอทีพี ซินเทเตส– สถานีผลิตโมเลกุล ATP

ในแง่โครงสร้างและหน้าที่ ATP synthetase ประกอบด้วยชิ้นส่วนขนาดใหญ่สองส่วน ซึ่งกำหนดโดยสัญลักษณ์ F1 และ F0 ตัวแรก (ปัจจัยการมีเพศสัมพันธ์ F1) หันหน้าไปทางเมทริกซ์ไมโตคอนเดรียและยื่นออกมาจากเมมเบรนอย่างเห็นได้ชัดในรูปแบบของการก่อตัวทรงกลมสูง 8 นาโนเมตรและกว้าง 10 นาโนเมตร ประกอบด้วยหน่วยย่อยเก้าหน่วยที่แสดงโดยโปรตีนห้าประเภท สายโซ่โพลีเปปไทด์ของหน่วยย่อย α สามหน่วยและหน่วยย่อย β จำนวนเท่ากันนั้นจัดเรียงอยู่ในทรงกลมโปรตีนที่มีโครงสร้างคล้ายกัน ซึ่งรวมกันก่อตัวเป็นเฮกซาเมอร์ (αβ)3 ซึ่งดูเหมือนลูกบอลที่แบนเล็กน้อย

หน่วยย่อย- เป็นองค์ประกอบเชิงโครงสร้างและหน้าที่ของอนุภาคใดๆ
โพลีเปปไทด์- สารประกอบอินทรีย์ที่มีกรดอะมิโนตกค้างตั้งแต่ 6 ถึง 80-90 ตัว
ลูกโลก– สถานะของโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งมีการสั่นสะเทือนของหน่วยน้อย
เฮกซาเมอร์– สารประกอบที่มี 6 หน่วยย่อย

เช่นเดียวกับชิ้นส้มที่อัดแน่น หน่วยย่อย α และ β ที่ต่อเนื่องกันสร้างโครงสร้างที่มีลักษณะสมมาตรรอบมุมการหมุน 120° ที่ศูนย์กลางของเฮกซาเมอร์นี้คือหน่วยย่อย γ ซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยสายโพลีเปปไทด์ที่ขยายออกไปสองเส้น และมีลักษณะคล้ายกับแท่งโค้งที่ผิดรูปเล็กน้อยยาวประมาณ 9 นาโนเมตร ในกรณีนี้ ส่วนล่างของหน่วยย่อย γ จะยื่นออกมาจากลูกบอลประมาณ 3 นาโนเมตร ไปทางเมมเบรนคอมเพล็กซ์ F0 นอกจากนี้ ที่อยู่ภายในเฮกซาเมอร์ก็คือหน่วยย่อย ε ย่อยที่เกี่ยวข้องกับ γ หน่วยย่อยสุดท้าย (หน่วยที่เก้า) ถูกกำหนดให้เป็น δ และตั้งอยู่ที่ด้านนอกของ F1

ส่วนน้อย– หน่วยย่อยเดียว

ส่วนเมมเบรนของ ATP synthetase เป็นโปรตีนเชิงซ้อนกันน้ำที่แทรกซึมผ่านเมมเบรนและมีช่องครึ่งช่องสองช่องภายในเพื่อให้โปรตอนไฮโดรเจนผ่านไป โดยรวมแล้ว F0 complex ประกอบด้วยหน่วยย่อยโปรตีนหนึ่งหน่วย ก, สำเนาสองชุดของหน่วยย่อย ขรวมถึงสำเนาของหน่วยย่อยขนาดเล็ก 9 ถึง 12 ชุด ค. หน่วยย่อย ก(น้ำหนักโมเลกุล 20 kDa) ถูกแช่อยู่ในเมมเบรนโดยสมบูรณ์ โดยที่มันก่อตัวเป็นส่วน α-helical หกส่วนที่พาดผ่าน หน่วยย่อย ข(น้ำหนักโมเลกุล 30 kDa) มีเพียงบริเวณ α-helical ที่ค่อนข้างสั้นเพียงแห่งเดียวที่แช่อยู่ในเมมเบรน และส่วนที่เหลือจะยื่นออกมาจากเมมเบรนอย่างเห็นได้ชัดไปยัง F1 และติดอยู่กับหน่วยย่อย δ ที่อยู่บนพื้นผิว หน่วยย่อยละ 9-12 ชุด ค(น้ำหนักโมเลกุล 6-11 kDa) เป็นโปรตีนที่ค่อนข้างเล็กของ α-helices เคลือบกันน้ำสองตัวที่เชื่อมต่อถึงกันด้วยห่วงดึงดูดน้ำสั้น ๆ ที่มุ่งไปทาง F1 และพวกมันรวมกันเป็นชุดเดียวที่มีรูปร่างของทรงกระบอกที่จมอยู่ ในเมมเบรน หน่วยย่อย γ ที่ยื่นออกมาจากคอมเพล็กซ์ F1 ไปทาง F0 จะถูกจุ่มลงในกระบอกสูบนี้อย่างแม่นยำและติดแน่นกับมัน
ดังนั้นในโมเลกุล ATPase สามารถแยกแยะหน่วยย่อยโปรตีนได้สองกลุ่ม ซึ่งสามารถเปรียบได้กับสองส่วนของมอเตอร์: โรเตอร์และสเตเตอร์

"สเตเตอร์"ไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กับเมมเบรน และรวมถึงเฮกซาเมอร์ทรงกลม (αβ)3 ที่อยู่บนพื้นผิวและหน่วยย่อย δ รวมถึงหน่วยย่อย กและ ขเมมเบรนคอมเพล็กซ์ F0.

เคลื่อนย้ายได้เมื่อเทียบกับการออกแบบนี้ "โรเตอร์"ประกอบด้วยหน่วยย่อย γ และ ε ซึ่งยื่นออกมาจากคอมเพล็กซ์ (αβ) 3 อย่างเด่นชัด เชื่อมต่อกับวงแหวนของหน่วยย่อยที่แช่อยู่ในเมมเบรน ค.

ความสามารถในการสังเคราะห์ ATP เป็นคุณสมบัติของ F0F1 ที่ซับซ้อนเพียงตัวเดียว รวมกับการถ่ายโอนโปรตอนไฮโดรเจนผ่าน F0 ไปเป็น F1 ซึ่งในระยะหลังนี้จะมีศูนย์ปฏิกิริยาที่แปลง ADP และฟอสเฟตเป็นโมเลกุล ATP แรงผลักดันในการทำงานของ ATP synthetase คือศักยภาพของโปรตอน (มีประจุบวก) ที่สร้างขึ้นบนเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในอันเป็นผลมาจากการทำงานของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน (มีประจุลบ)
แรงที่ขับเคลื่อน “โรเตอร์” ของ ATP synthetase เกิดขึ้นเมื่อความต่างศักย์ระหว่างด้านนอกและด้านในของเมมเบรนสูงถึง > 220 10−3 โวลต์ และได้มาจากการไหลของโปรตอนที่ไหลผ่านช่องพิเศษใน F0 ซึ่งอยู่ที่ ขอบเขตระหว่างหน่วยย่อย กและ ค. ในกรณีนี้ วิถีการถ่ายโอนโปรตอนประกอบด้วยองค์ประกอบทางโครงสร้างดังต่อไปนี้:

1) "ครึ่งช่อง" สองช่องที่ตั้งอยู่บนแกนที่แตกต่างกัน ช่องแรกช่วยให้แน่ใจว่ามีการจ่ายโปรตอนจากช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังกลุ่มฟังก์ชันที่จำเป็น F0 และอีกช่องหนึ่งรับประกันการปล่อยพวกมันเข้าสู่เมทริกซ์ไมโตคอนเดรีย

2) วงแหวนของหน่วยย่อย คซึ่งแต่ละหมู่ในส่วนกลางประกอบด้วยหมู่โปรตอนเนตคาร์บอกซิล (COOH) ซึ่งสามารถเกาะ H+ จากช่องว่างระหว่างเมมเบรนและปล่อยพวกมันผ่านช่องโปรตอนที่สอดคล้องกัน อันเป็นผลมาจากการกระจัดของหน่วยย่อยเป็นระยะ กับเกิดจากการไหลของโปรตอนผ่านช่องโปรตอน หน่วยย่อย γ หมุนไปจมอยู่ในวงแหวนของหน่วยย่อย กับ.

ดังนั้นกิจกรรมการรวมตัวของ ATP synthetase จึงเกี่ยวข้องโดยตรงกับการหมุนของ "โรเตอร์" ซึ่งการหมุนของหน่วยย่อย γ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพร้อมกันในโครงสร้างของหน่วยย่อย β ทั้งสามที่รวมกัน ซึ่งท้ายที่สุดจะรับประกันการทำงานของเอนไซม์ . ในกรณีนี้ ในกรณีของการก่อตัวของ ATP "โรเตอร์" จะหมุนตามเข็มนาฬิกาด้วยความเร็วสี่รอบต่อวินาที และการหมุนนั้นเกิดขึ้นในการกระโดดที่แม่นยำที่ 120° ซึ่งแต่ละอันจะมาพร้อมกับการก่อตัวของโมเลกุล ATP หนึ่งโมเลกุล .
การทำงานของ ATP synthetase เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวทางกลของแต่ละส่วน ซึ่งทำให้สามารถจำแนกกระบวนการนี้เป็นปรากฏการณ์พิเศษที่เรียกว่า "ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบหมุน" เช่นเดียวกับที่กระแสไฟฟ้าในขดลวดของมอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนโรเตอร์โดยสัมพันธ์กับสเตเตอร์ การถ่ายโอนโปรตอนโดยตรงผ่าน ATP synthetase ทำให้เกิดการหมุนของแต่ละหน่วยย่อยของปัจจัยการผัน F1 ที่สัมพันธ์กับหน่วยย่อยอื่น ๆ ของเอนไซม์เชิงซ้อน โดยเป็น ผลลัพธ์จากการที่อุปกรณ์ผลิตพลังงานอันเป็นเอกลักษณ์นี้ทำงานทางเคมี - สังเคราะห์โมเลกุล ATP ต่อจากนั้น ATP จะเข้าสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ ซึ่งถูกใช้ไปกับกระบวนการที่ขึ้นกับพลังงานที่หลากหลาย การถ่ายโอนนี้ดำเนินการโดยเอนไซม์พิเศษ ATP/ADP translocase ที่สร้างไว้ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย

ทรานสโลเคส ADP- โปรตีนที่แทรกซึมเข้าไปในเยื่อหุ้มชั้นในซึ่งแลกเปลี่ยน ATP ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่กับ ADP ของไซโตพลาสซึม ซึ่งรับประกันความปลอดภัยของกองทุนภายในไมโตคอนเดรีย

ไมโตคอนเดรียและการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

DNA ของไมโตคอนเดรียนั้นสืบทอดมาจากสายเลือดมารดาเกือบทั้งหมด ไมโตคอนเดรียแต่ละตัวมีนิวคลีโอไทด์หลายส่วนใน DNA ที่เหมือนกันในไมโตคอนเดรียทั้งหมด (กล่าวคือ มีสำเนาของ DNA ของไมโตคอนเดรียในเซลล์หลายชุด) ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับไมโตคอนเดรียที่ไม่สามารถซ่อมแซม DNA จากความเสียหายได้ (ความถี่สูงของ สังเกตการกลายพันธุ์) การกลายพันธุ์ในไมโตคอนเดรีย DNA เป็นสาเหตุของโรคทางพันธุกรรมหลายอย่างในมนุษย์

โมเดล 3 มิติ

การค้นพบ

พร้อมการแสดงเสียงภาษาอังกฤษ

เล็กน้อยเกี่ยวกับการหายใจของเซลล์และไมโตคอนเดรียในภาษาต่างประเทศ

โครงสร้างอาคาร

เยื่อหุ้มชั้นนอก
เยื่อหุ้มชั้นใน
เมทริกซ์ mna, เมทริกซ์, คริสตา. มีรูปทรงที่เรียบและไม่ก่อให้เกิดการเยื้องหรือรอยพับ คิดเป็นประมาณ 7% ของพื้นที่เยื่อหุ้มเซลล์ทั้งหมด ความหนาประมาณ 7 นาโนเมตร ไม่ได้เชื่อมต่อกับเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมอื่นใด และปิดอยู่ด้วยตัวมันเอง จึงกลายเป็นถุงเมมเบรน แยกเยื่อหุ้มชั้นนอกออกจากชั้นใน พื้นที่ระหว่างเมมเบรนกว้างประมาณ 10-20 นาโนเมตร เยื่อหุ้มชั้นใน (หนาประมาณ 7 นาโนเมตร) จะจำกัดปริมาณภายในไมโตคอนเดรียที่แท้จริง
เมทริกซ์หรือไมโตพลาสซึมของมัน คุณลักษณะเฉพาะของเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรียคือความสามารถในการก่อให้เกิดการบุกรุกจำนวนมากในไมโตคอนเดรีย การบุกรุกดังกล่าวส่วนใหญ่มักอยู่ในรูปแบบของสันเขาแบนหรือคริสเต ระยะห่างระหว่างเยื่อหุ้มในคริสตาอยู่ที่ประมาณ 10-20 นาโนเมตร บ่อยครั้งที่คริสเตอาจแตกแขนงหรือก่อตัวเป็นกระบวนการคล้ายนิ้ว โค้งงอ และไม่มีทิศทางที่ชัดเจน ในสาหร่ายเซลล์เดียวที่ง่ายที่สุด และในเซลล์ของพืชและสัตว์ชั้นสูงบางเซลล์ ผลพลอยได้จากเยื่อหุ้มภายในจะมีรูปแบบของหลอด (tubular cristae)
เมทริกซ์ไมโตคอนเดรียมีโครงสร้างเนื้อเดียวกันเนื้อละเอียด บางครั้งมีการตรวจพบเส้นใยบาง ๆ ที่รวบรวมเป็นลูกบอล (ประมาณ 2-3 นาโนเมตร) และแกรนูลประมาณ 15-20 นาโนเมตร ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าเส้นใยของเมทริกซ์ไมโตคอนเดรียคือโมเลกุล DNA ภายในนิวเคลียสของไมโตคอนเดรีย และเม็ดเล็ก ๆ นั้นเป็นไรโบโซมของไมโตคอนเดรีย

หน้าที่ของไมโตคอนเดรีย

1. การสังเคราะห์ ATP เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย (ดู Oxidative phosphorylation)

PH ของช่องว่างระหว่างเมมเบรน ~4, pH ของเมทริกซ์ ~8 | ปริมาณโปรตีนในหน่วย m: 67% - เมทริกซ์, 21% - m-on ภายนอก, 6% - m-on ภายในและ 6% - ในมวลคั่นระหว่างหน้า
แฮนดริโอมา– ระบบไมโตคอนเดรียแบบครบวงจร
m-na ภายนอก: porins-pores ทะลุผ่านได้ถึง 5 kD | m-na ภายใน: cardiolipin - ทำให้ m-n ไม่สามารถซึมผ่านไอออนได้ |
การผลิตเป็นระยะ: กลุ่มของเอนไซม์ฟอสโฟรีเลทนิวคลีโอไทด์และน้ำตาลของนิวคลีโอไทด์
มนาภายใน:
เมทริกซ์: เอนไซม์เมตาบอลิซึม - ออกซิเดชันของไขมัน, ออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต, วงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก, วงจรเครบส์
ต้นกำเนิดจากแบคทีเรีย: อะมีบา Pelomyxa palustris ไม่มียูคาริโอตใด ๆ อาศัยอยู่ร่วมกับแบคทีเรียแอโรบิก | ดีเอ็นเอของตัวเอง | กระบวนการคล้ายกับแบคทีเรีย

ไมโตคอนเดรียดีเอ็นเอ

การแบ่งกล้ามเนื้อหัวใจ

จำลองแบบ
ในเฟส | การจำลองแบบไม่เกี่ยวข้องกับ S-phase | ในระหว่างวัฏจักร CL ไมโทชจะแบ่ง 1 ครั้งใน 2 ก่อให้เกิดการหดตัว โดยจะเกิดการหดตัวเป็นอันดับแรกที่ด้านใน | ~16.5 กิโลไบต์ | วงกลม เข้ารหัส 2 rRNA, 22 tRNA และ 13 โปรตีน |
การขนส่งโปรตีน: เปปไทด์สัญญาณ | แอมฟิฟิลิกขด | ตัวรับการรับรู้ไมโตคอนเดรีย |
ออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น
ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน
เอทีพีซินเทส
ในเซลล์ตับ m มีชีวิตอยู่ประมาณ 20 วัน การแบ่งไมโตคอนเดรียผ่านการหดตัว

16569 bp = 13 โปรตีน, 22 tRNA, 2 pRNA | เมมเบรนชั้นนอกเรียบ (porins - การซึมผ่านของโปรตีนสูงถึง 10 kDa) เมทริกซ์เมมเบรนภายในแบบพับ (โปรตีน 75%: โปรตีนพาหะการขนส่ง, โปรตีน, ส่วนประกอบของห่วงโซ่ระบบทางเดินหายใจและ ATP synthase, cardiolipin) เมทริกซ์ ( อุดมด้วยสารของซิเตรต วงจร) การผลิตไม่ต่อเนื่อง

โครงสร้างพิเศษ - ไมโตคอนเดรีย - มีบทบาทสำคัญในชีวิตของแต่ละเซลล์ โครงสร้างของไมโตคอนเดรียช่วยให้ออร์แกเนลล์ทำงานในโหมดกึ่งอิสระ

ลักษณะทั่วไป

ไมโตคอนเดรียถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1850 อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2491 สามารถเข้าใจโครงสร้างและวัตถุประสงค์การทำงานของไมโตคอนเดรียได้เท่านั้น

เนื่องจากมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ออร์แกเนลจึงมองเห็นได้ชัดเจนในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ความยาวสูงสุดคือ 10 ไมครอน เส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 1 ไมครอน

ไมโตคอนเดรียมีอยู่ในเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด เหล่านี้เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มสองชั้น ซึ่งมักมีรูปร่างคล้ายเมล็ดถั่ว ไมโตคอนเดรียยังพบได้ในรูปทรงทรงกลม เส้นใย และเกลียว

จำนวนไมโตคอนเดรียอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นมีประมาณหนึ่งพันเซลล์ในเซลล์ตับและ 300,000 ในโอโอไซต์ เซลล์พืชมีไมโตคอนเดรียน้อยกว่าเซลล์สัตว์

บทความ 4 อันดับแรกที่กำลังอ่านเรื่องนี้อยู่ด้วย

ข้าว. 1. ตำแหน่งของไมโตคอนเดรียในเซลล์

ไมโตคอนเดรียเป็นพลาสติก พวกมันเปลี่ยนรูปร่างและย้ายไปยังศูนย์กลางของเซลล์ที่ทำงานอยู่ โดยปกติแล้ว ในเซลล์และบางส่วนของไซโตพลาสซึมจะมีไมโตคอนเดรียเพิ่มมากขึ้น ซึ่งความต้องการ ATP สูงกว่า

โครงสร้าง

ไมโตคอนเดรียแต่ละตัวจะถูกแยกออกจากไซโตพลาสซึมด้วยเยื่อหุ้มสองอัน เยื่อหุ้มชั้นนอกเรียบ โครงสร้างของเมมเบรนชั้นในมีความซับซ้อนมากขึ้น มันก่อให้เกิดรอยพับจำนวนมาก - คริสเตซึ่งเพิ่มพื้นผิวการทำงาน ระหว่างเยื่อทั้งสองจะมีช่องว่างประมาณ 10-20 นาโนเมตรซึ่งเต็มไปด้วยเอนไซม์ ภายในออร์แกเนลล์จะมีเมทริกซ์ซึ่งเป็นสารคล้ายเจล

ข้าว. 2. โครงสร้างภายในของไมโตคอนเดรีย

ตาราง “โครงสร้างและหน้าที่ของไมโตคอนเดรีย” อธิบายรายละเอียดส่วนประกอบของออร์แกเนลล์

สารประกอบ	คำอธิบาย	ฟังก์ชั่น
เยื่อหุ้มชั้นนอก	ประกอบด้วยลิพิด ประกอบด้วยโปรตีน porin จำนวนมากซึ่งก่อตัวเป็น tubules ที่ชอบน้ำ เยื่อหุ้มชั้นนอกทั้งหมดถูกแทรกซึมเข้าไปในรูพรุนซึ่งโมเลกุลของสารจะเข้าสู่ไมโตคอนเดรีย นอกจากนี้ยังมีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ไขมัน	ปกป้องออร์แกเนลล์ส่งเสริมการขนส่งสาร
	ตั้งอยู่ตั้งฉากกับแกนไมโตคอนเดรีย อาจมีลักษณะคล้ายแผ่นหรือท่อ จำนวนคริสเตจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ ในเซลล์หัวใจมีมากกว่าเซลล์ตับถึงสามเท่า ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิดและโปรตีน 3 ชนิด คือ การเร่งปฏิกิริยา - มีส่วนร่วมในกระบวนการออกซิเดชั่น เอนไซม์ - มีส่วนร่วมในการก่อตัวของ ATP; การขนส่ง - ลำเลียงโมเลกุลจากเมทริกซ์ออกไปและด้านหลัง	ดำเนินการขั้นตอนที่สองของการหายใจโดยใช้ห่วงโซ่การหายใจ ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจนเกิดขึ้น ทำให้เกิด ATP และน้ำ 36 โมเลกุล
	ประกอบด้วยส่วนผสมของเอนไซม์ กรดไขมัน โปรตีน อาร์เอ็นเอ ไรโบโซมไมโตคอนเดรีย นี่คือที่ตั้ง DNA ของไมโตคอนเดรีย	ดำเนินการขั้นตอนแรกของการหายใจ - วงจร Krebs ซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุล ATP 2 ตัวเกิดขึ้น

หน้าที่หลักของไมโตคอนเดรียคือการสร้างพลังงานของเซลล์ในรูปของโมเลกุล ATP เนื่องจากปฏิกิริยาของออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น - การหายใจของเซลล์

นอกจากไมโตคอนเดรียแล้ว เซลล์พืชยังมีออร์แกเนลล์กึ่งอิสระเพิ่มเติม - พลาสติด
ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งาน plastids สามประเภทมีความโดดเด่น:

• โครโมพลาสต์ - สะสมและเก็บเม็ดสี (แคโรทีน) ของเฉดสีต่าง ๆ ที่ให้สีแก่ดอกไม้พืช
• เม็ดเลือดขาว - กักเก็บสารอาหาร เช่น แป้ง ในรูปของธัญพืชและเม็ด
• คลอโรพลาสต์ - ออร์แกเนลล์ที่สำคัญที่สุดที่มีรงควัตถุสีเขียว (คลอโรฟิลล์) ซึ่งให้สีแก่พืชและสังเคราะห์ด้วยแสง

ข้าว. 3. พลาสติด

เราได้เรียนรู้อะไรบ้าง?

เราตรวจสอบคุณสมบัติโครงสร้างของไมโตคอนเดรีย - ออร์แกเนลล์เมมเบรนสองชั้นที่ทำหน้าที่หายใจระดับเซลล์ เยื่อหุ้มชั้นนอกประกอบด้วยโปรตีนและไขมันและลำเลียงสารต่างๆ เมมเบรนชั้นในจะเกิดรอยพับ - คริสเตซึ่งเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจน คริสเตนั้นล้อมรอบด้วยเมทริกซ์ ซึ่งเป็นสารคล้ายเจลซึ่งเกิดปฏิกิริยาบางอย่างของการหายใจของเซลล์ เมทริกซ์ประกอบด้วย DNA และ RNA ของไมโตคอนเดรีย

ทดสอบในหัวข้อ

การประเมินผลการรายงาน

คะแนนเฉลี่ย: 4.4. คะแนนรวมที่ได้รับ: 101.

ไมโตคอนเดรีย (จากภาษากรีก μίτος (mitos) - ด้าย และ χονδρίον (chondrion) - เม็ด) เป็นออร์แกเนลล์สองเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีสารพันธุกรรมของตัวเอง ซึ่งก็คือไมโตคอนเดรีย พบเป็นโครงสร้างเซลล์ทรงกลมหรือท่อในยูคาริโอตเกือบทั้งหมด แต่ไม่ใช่ในโปรคาริโอต

ไมโตคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่สร้างโมเลกุลอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต พลังงานสูงขึ้นมาใหม่ผ่านระบบทางเดินหายใจ นอกเหนือจากออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชันแล้ว ยังทำหน้าที่สำคัญอื่นๆ เช่น มีส่วนร่วมในการก่อตัวของกลุ่มเหล็กและกำมะถัน. โครงสร้างและหน้าที่ของออร์แกเนลล์ดังกล่าวมีรายละเอียดดังนี้

ติดต่อกับ

ข้อมูลทั่วไป

มีไมโตคอนเดรียจำนวนมากโดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีการใช้พลังงานสูง ซึ่งรวมถึงกล้ามเนื้อ เส้นประสาท เซลล์รับความรู้สึก และโอโอไซต์ ในโครงสร้างเซลล์ของกล้ามเนื้อหัวใจ ปริมาตรของออร์แกเนลล์เหล่านี้สูงถึง 36% มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.5-1.5 ไมครอน และมีรูปร่างหลากหลายตั้งแต่ทรงกลมไปจนถึงเกลียวที่ซับซ้อน จำนวนของพวกเขาจะถูกปรับโดยคำนึงถึงความต้องการพลังงานของเซลล์

เซลล์ยูคาริโอตที่สูญเสียไมโตคอนเดรีย ไม่สามารถกู้คืนได้. นอกจากนี้ยังมียูคาริโอตที่ไม่มีพวกมัน เช่น โปรโตซัวบางชนิด จำนวนออร์แกเนลล์เหล่านี้ต่อหน่วยเซลล์มักจะอยู่ระหว่าง 1,000 ถึง 2,000 โดยมีเศษส่วนปริมาตร 25% แต่ค่าเหล่านี้อาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับชนิดของโครงสร้างเซลล์และสิ่งมีชีวิต มีประมาณสี่ถึงห้าตัวในเซลล์อสุจิที่โตเต็มที่ และอีกหลายแสนตัวในไข่ที่โตเต็มที่

ไมโตคอนเดรียถูกส่งผ่านพลาสมาของไข่จากแม่เท่านั้น ซึ่งเป็นเหตุผลในการศึกษาสายเลือดของมารดา ขณะนี้เป็นที่ยอมรับแล้วว่าออร์แกเนลล์ตัวผู้บางตัวถูกนำเข้าสู่พลาสมาของไข่ที่ปฏิสนธิ (ไซโกต) ผ่านสเปิร์มด้วย พวกเขาคงจะได้รับการแก้ไขอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม มีหลายกรณีที่แพทย์สามารถพิสูจน์ได้ว่าไมโตคอนเดรียของเด็กนั้นมาจากสายเลือดบิดา โรคที่เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีนไมโตคอนเดรียนั้นถ่ายทอดมาจากแม่เท่านั้น

น่าสนใจ!คำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ยอดนิยม "โรงไฟฟ้าของเซลล์" ได้รับการประกาศเกียรติคุณในปี 1957 โดย Philip Sikiewitz

แผนภาพโครงสร้างไมโตคอนเดรีย

ให้เราพิจารณาลักษณะโครงสร้างของโครงสร้างที่สำคัญเหล่านี้ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากการรวมกันขององค์ประกอบหลายอย่าง เปลือกของออร์แกเนลล์เหล่านี้ประกอบด้วยเยื่อหุ้มด้านนอกและด้านใน ในทางกลับกัน ประกอบด้วยชั้นสองฟอสโฟไลปิดและโปรตีน เปลือกหอยทั้งสองมีคุณสมบัติต่างกัน ระหว่างนั้นมีช่องที่แตกต่างกันห้าช่อง: เยื่อหุ้มชั้นนอก, ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ (ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มทั้งสอง), เยื่อหุ้มชั้นใน, คริสตาและเมทริกซ์ (ช่องว่างภายในเยื่อหุ้มชั้นใน) โดยทั่วไป - โครงสร้างภายในของออร์แกเนลล์ .

ในภาพประกอบในตำราเรียน ไมโตคอนเดรียโดยหลักแล้วจะดูเหมือนออร์แกเนลล์รูปถั่วที่แยกจากกัน จริงเหรอ? ไม่ พวกมันก่อตัว เครือข่ายไมโตคอนเดรียแบบท่อซึ่งสามารถทะลุผ่านและเปลี่ยนหน่วยเซลลูลาร์ทั้งหมดได้ ไมโตคอนเดรียในเซลล์สามารถรวม (โดยการหลอมรวม) และการแบ่งตัวใหม่ (โดยการแบ่งตัว)

บันทึก!ในยีสต์ การหลอมรวมไมโตคอนเดรียประมาณสองครั้งเกิดขึ้นในหนึ่งนาที ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุจำนวนไมโตคอนเดรียในเซลล์ในปัจจุบันได้อย่างแม่นยำ

เยื่อหุ้มชั้นนอก

เปลือกนอกล้อมรอบออร์แกเนลล์ทั้งหมดและมีช่องของโปรตีนเชิงซ้อนที่ช่วยให้เกิดการแลกเปลี่ยนโมเลกุลและไอออนระหว่างไมโตคอนเดรียและไซโตซอล โมเลกุลขนาดใหญ่ ไม่สามารถผ่านเมมเบรนได้.

ชั้นนอกซึ่งทอดยาวไปทั่วทั้งออร์แกเนลล์และไม่พับ มีอัตราส่วนฟอสโฟไลปิดต่อน้ำหนักโปรตีน 1:1 จึงคล้ายกับพลาสมาเมมเบรนยูคาริโอต ประกอบด้วยโปรตีนและพอรินหลายชนิด Porins สร้างช่องทางที่ช่วยให้โมเลกุลแพร่กระจายอย่างอิสระโดยมีมวลมากถึง 5,000 ดาลตันผ่านเมมเบรน โปรตีนที่มีขนาดใหญ่กว่าสามารถบุกรุกได้เมื่อลำดับสัญญาณที่ปลาย N จับกับหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของโปรตีนทรานส์ล็อกเซส จากนั้นพวกมันจะเคลื่อนตัวไปตามเปลือกเมมเบรนอย่างแข็งขัน

หากรอยแตกร้าวเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มชั้นนอก โปรตีนจากช่องว่างระหว่างเมมเบรนสามารถหลุดออกไปในไซโตโซลได้ อาจทำให้เซลล์ตายได้. เมมเบรนด้านนอกสามารถหลอมรวมกับเยื่อเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม จากนั้นจึงสร้างโครงสร้างที่เรียกว่า MAM (ER ที่เกี่ยวข้องกับไมโตคอนเดรีย) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการส่งสัญญาณระหว่าง ER และไมโตคอนเดรีย ซึ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งด้วย

พื้นที่ระหว่างเมมเบรน

บริเวณที่เป็นช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นใน เนื่องจากโมเลกุลภายนอกช่วยให้โมเลกุลขนาดเล็กสามารถแทรกซึมได้อย่างอิสระ ความเข้มข้นของพวกมัน เช่น ไอออนและน้ำตาล ในพื้นที่ระหว่างเมมเบรนจึงเหมือนกับความเข้มข้นในไซโตโซล อย่างไรก็ตาม โปรตีนขนาดใหญ่จำเป็นต้องมีการถ่ายทอดลำดับสัญญาณที่เฉพาะเจาะจง ดังนั้นองค์ประกอบของโปรตีนจึงแตกต่างกันระหว่างช่องว่างระหว่างเมมเบรนและไซโตซอล ดังนั้นโปรตีนที่ยังคงอยู่ในช่องว่างระหว่างเมมเบรนคือไซโตโครม

เยื่อหุ้มชั้นใน

เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในประกอบด้วยโปรตีนที่มีหน้าที่สี่ประเภท:

• โปรตีน - ทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ
• อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต ซินเทส ซึ่งสร้าง ATP ในเมทริกซ์
• โปรตีนขนส่งจำเพาะที่ควบคุมการผ่านของสารระหว่างเมทริกซ์และไซโตพลาสซึม
• ระบบนำเข้าโปรตีน

โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในมีฟอสโฟไลปิดคู่ คาร์ดิโอลิพิน แทนที่ด้วยกรดไขมันสี่ตัว Cardiolipin มักพบในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียและเยื่อหุ้มพลาสมาของแบคทีเรีย มีอยู่ในร่างกายมนุษย์เป็นส่วนใหญ่ ในบริเวณที่มีกิจกรรมการเผาผลาญสูงหรือมีกิจกรรมที่มีพลังงานสูง เช่น ภาวะคาร์ดิโอไมโอไซต์หดตัวในกล้ามเนื้อหัวใจ

ความสนใจ!เยื่อหุ้มชั้นในประกอบด้วยโพลีเปปไทด์ที่แตกต่างกันมากกว่า 150 ชนิด หรือประมาณ 1/8 ของโปรตีนไมโตคอนเดรียทั้งหมด ส่งผลให้ความเข้มข้นของไขมันต่ำกว่าชั้นสองชั้นด้านนอกและความสามารถในการซึมผ่านของไขมันลดลง

เมื่อแบ่งออกเป็นคริสเตจำนวนมาก พวกมันจะขยายบริเวณด้านนอกของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน และเพิ่มความสามารถในการผลิต ATP

ในไมโตคอนเดรียในตับทั่วไป ตัวอย่างเช่น บริเวณด้านนอก โดยเฉพาะคริสเต มีขนาดประมาณห้าเท่าของพื้นที่เยื่อหุ้มชั้นนอก สถานีพลังงานของเซลล์ที่มีความต้องการ ATP สูงกว่า เช่น เซลล์กล้ามเนื้อมีคริสเตมากขึ้นมากกว่าไมโตคอนเดรียในตับทั่วไป

เปลือกชั้นในล้อมรอบเมทริกซ์ ซึ่งเป็นของเหลวชั้นในของไมโตคอนเดรีย มันสอดคล้องกับไซโตโซลของแบคทีเรียและมี DNA ของไมโตคอนเดรีย เอนไซม์ซิเตรตและไรโบโซมไมโตคอนเดรียของพวกมันเอง ซึ่งแตกต่างจากไรโบโซมในไซโตโซล (แต่จากแบคทีเรียด้วย) พื้นที่ระหว่างเมมเบรนประกอบด้วยเอนไซม์ที่สามารถฟอสโฟรีเลทนิวคลีโอไทด์โดยการบริโภค ATP

ฟังก์ชั่น

• เส้นทางการย่อยสลายที่สำคัญ: วงจรซิเตรต ซึ่งมีการนำไพรูเวตจากไซโตโซลเข้าสู่เมทริกซ์ จากนั้นไพรูเวตจะถูกดีคาร์บอกซิเลตโดยไพรูเวต ดีไฮโดรจีเนส ไปเป็นอะซิติลโคเอ็นไซม์เอ อีกแหล่งหนึ่งของอะซิติลโคเอ็นไซม์เอคือการย่อยสลายกรดไขมัน (β-ออกซิเดชัน) ซึ่งเกิดขึ้นในเซลล์สัตว์ในไมโตคอนเดรีย แต่ในเซลล์พืชเฉพาะในไกลออกซีโซมและเปอร์รอกซิโซม ด้วยเหตุนี้ อะซิล-โคเอ็นไซม์ A จะถูกถ่ายโอนจากไซโตซอลโดยจับกับคาร์นิทีนผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน และแปลงเป็นอะซิติล-โคเอ็นไซม์ A จากนี้ ค่ารีดิวซ์ส่วนใหญ่ที่เทียบเท่ากันในวงจรเครบส์ (หรือเรียกอีกอย่างว่าวงจรเครบส์หรือ วงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก) ซึ่งจะถูกแปลงเป็น ATP ในสายออกซิเดชัน
• โซ่ออกซิเดชั่น การไล่ระดับเคมีไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นระหว่างสเปซอินเทอร์เมมเบรนและเมทริกซ์ไมโตคอนเดรีย ซึ่งทำหน้าที่สร้าง ATP โดยใช้ ATP synthase ผ่านกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและการสะสมโปรตอน จะได้อิเล็กตรอนและโปรตอนที่จำเป็นในการสร้างการไล่ระดับสี โดยการย่อยสลายสารอาหารด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชั่น(เช่นกลูโคส) ที่ร่างกายดูดซึมได้ ไกลโคไลซิสเริ่มแรกเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม
• อะพอพโทซิส (การตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้)
• การเก็บแคลเซียม: ไมโตคอนเดรียจะเข้าไปแทรกแซงสภาวะสมดุลของเซลล์ด้วยความสามารถในการดูดซับไอออนแคลเซียมแล้วปล่อยออกมา
• การสังเคราะห์กลุ่มเหล็ก-ซัลเฟอร์จำเป็นต้องใช้เอนไซม์หลายชนิดในห่วงโซ่ทางเดินหายใจ ฟังก์ชันนี้ถือเป็นฟังก์ชันสำคัญของไมโตคอนเดรีย กล่าวคือ นี่คือเหตุผลว่าทำไมเซลล์เกือบทั้งหมดต้องอาศัยสถานีพลังงานเพื่อความอยู่รอด

เมทริกซ์

นี่คือช่องว่างที่รวมอยู่ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน มีโปรตีนประมาณสองในสามของทั้งหมด มีบทบาทสำคัญในการผลิต ATP ผ่านทาง ATP synthase ซึ่งรวมอยู่ในเยื่อหุ้มชั้นใน ประกอบด้วยเอนไซม์หลายร้อยชนิดที่มีความเข้มข้นสูง (ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายกรดไขมันและไพรูเวต), ไรโบโซมที่จำเพาะต่อไมโตคอนเดรีย, Messenger RNA และสำเนา DNA ของจีโนมไมโตคอนเดรียหลายชุด

ออร์แกเนลล์เหล่านี้มีจีโนมของตัวเอง เช่นเดียวกับอุปกรณ์เอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับ ดำเนินการสังเคราะห์โปรตีนด้วยตัวมันเอง.

ไมโตคอนเดรีย ไมโตคอนเดรียคืออะไร พร้อมหน้าที่ของมัน

โครงสร้างและการทำงานของไมโตคอนเดรีย

บทสรุป

ดังนั้นไมโตคอนเดรียจึงถูกเรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานเซลล์ซึ่งผลิตพลังงานและครองตำแหน่งผู้นำในชีวิตและการอยู่รอดของเซลล์แต่ละเซลล์โดยเฉพาะและสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไป ไมโตคอนเดรียเป็นส่วนสำคัญของเซลล์ที่มีชีวิต รวมถึงเซลล์พืชที่ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างถี่ถ้วน มีไมโตคอนเดรียจำนวนมากในเซลล์ที่ต้องการพลังงานมากขึ้น