Pratite nas na facebook-u

android aplikacija
trazim posao
Preporučujemo

Sajt za nastavnike biologije Biologija za osnovce Božanstvena biologija
Violetina biologija
Riznica znanja
Volim biologiju
Ekoblogomanija

graficki dizajn

 

Mitohondrije

 

 

mitohondrijeSvi procesi koji se odvijaju u ćeliji, bilo da su procesi sinteze ili razgradnje, u nekoj od svojih faza zahtevaju utrošak energije. Hidrolizom ATP-a (adenozin-trifosfata) obezbeđuje se hemijska energija neophodna za te procese. Od ATP-a se odvaja jedna fosfatna grupa pri čemu nastaje adenozin-difosfat - ADP. Vremenom se ATP troši i mora biti sintetisan novi molekul ATP-a. Upravo to obnavljenje ATP-a koje je od suštinskog zanačaja za život ćelije odigrava se u mitohonrijama.

Mitohondrije su membranske organele prisutne u ćelijama skoro svih eukariotskih organizama. Predstavljaju kratke, sferične ili štapićaste strukture, širine od 0.5 do 1 µm, a dužine nekoliko mikrometara. Mogu biti takođe i granate. One su izuzetno pokretne organele koje konstantno menjaju svoj oblik spajajući se međusobno i ponovo razdvajajući. Mitohondrije su zaodenute dvema membranama, spoljašnjom, glatkom koja je u dodiru sa citoplazmom, i unutrašnjom, nabranom koja ograničava unutrašnjost mitohondrija. Između ove dve membrane nalazi se intermembranozni prostor. Unutrašnjost mitohondrija ispunjena je matriksom. Tipična eukariotska ćelija sadrži oko 2000 mitohondrija.

Spoljašnja mitohondrijalna membrana određuje oblik ove organele i zahvaljujući prisustvu velikog kanalskog proteina porin ona je propustljiva za određene molekule.
Unutrašnja mitohondrijalna membrana ima nekoliko puta veću površinu od spoljašnje membrane. Svoju površinu znatno uvećava naborima ili kristama orijentisanih ka centru organele. Kriste mogu varirati po broju, veličini i obliku.

mitohondrije

U nekim slučajevima unutrašnja membrana obrazuje formacije koje se slepo završavaju - tubule. Metabolički aktivne ćelije imaju mitohondrije sa većim brojem krista. Npr. u mitohondrijama srčanih mišićnih ćelija kriste su mnogobrojne i protežu se kroz celu organelu, dok su u mitohondrijama makrofaga one veoma retke i kratke. Ove kriste omogućavaju ovim malim organelama da rade koliko god je to moguće. Ako imate više prostora za rad, možete dobiti više posla. Sličnu strategiju koriste mikrovili u ćelijama creva. Na kristama se nalaze partikule koje su kratkim drškama pričvršćene za njih. Ove partikule sadrže ATP-sintaze, enzimski kompleks koji učestvuje u sintezi ATP-a.

Matriks ispunjava unutrašnjost mitohondrija i predstavlja mešavinu nekoliko stotina enzima koji konvertuju produkte metabolizma ugljenih-hidrata, lipida i proteina kroz Krebsov ciklus do ugljen-dioksida i vode uz oslobađanje energije u obliku molekula ATP-a. Prilikom ovog procesa elektroni se prenose duž respiratornog elektronskog lanca i dolazi do sinteze visokoenergetskog fosfatnog jedinjenja, ATP-a (oksidativna-fosforilacija).
Pored navedenih enzima u mitohondrijalnom matriksu nalazi se i manja količina DNK koja predstvalja dupli lanac kružno uobličen tako da je veoma sličan bakterijskom hromozomu. Ona kodira dve rRNK i 22tRNK.

Interesantno je ovde napomenuti da u procesu oplođenja zigot dobija mitohondrije samo od jajne ćelije, tako da se mitohondrijalna DNK na potomstvo prenosi samo od majke. Mitohondrijalna DNK u ćelijama čovekovog organizma kodira sintezu 13 proteina, dok se struktura ostalih mitohondrijalnih proteina kodira sa DNK u jedru. Oni se sintetišu na polizomima u citoplazmi i odatle transportuju u mitohondrije. Sinteza proteina u mitohondrijama odvija se na mitohondrijalnim ribozomima, koji se takođe nalaze u matriksu. Kod mnogih vrsta ćelija oni su veličine bakterijskog ribozoma (70S), dok su u mitohondrijama sisarskih ćelija i u ćelijama vodozemaca nešto manji.
Matriks takođe sadrži i tzv. guste granulacije, za koje se sumnja da predstavljaju akumulirane kalcijumove jone, što je u vezi sa potrebom da se održi niska koncetracija ovih jona u citosolu. Tako, kada je koncentracija Ca+ u citosolu visoka, mitohondrije ga upumpavaju u svoj matriks, odakle će po potrebi ćelije biti mobilisani.

Mitohondrijske membrane, kao i membrane brojnih drugih citoplazminih organela, izgrađuju lipidi, proteini i ugljeni hidrati. Na unurašnjoj membrani se nalaze enzimi transportnog lanca elektrona koji omogućuju stvaranje ATP u procesu ćelijskog disanja. Zbog proizvodnje ovog visokoenergetskog jedinjenja mitohondrije se opisuju i kao 'ćelijska elektrana'. Jednačina ćelijskog disanje je:

C6H12O6 + 6 O2 -----> 6CO2 + 6H2O + ATP ( energija)

Obzirom da su malih dimenzija ne mogu se videti svetlosnim mikroskopom. Fino proučavanje njihovih struktura omogućava elektronski mikroskop.

mitohondrije

Postoje ćelije sa jednom mitohondrijom i ćelije sa više hiljada mitohondrija. Broj zavisi od funkcije ćelije. Ukoliko je uloga ćelije prenos nervnih impulsa tu će biti manji broj mitohondrija nego u mišićnim ćelijama, kojima treba mnogo energije. Zreli eritrociti ih uopšte ne sadrže, dok metabolički aktivne ćelije, kao npr. ćelije jetre imaju između 1000 i 2000 mitohondrija. Mitohondrije su ustvari organele koje se ponašaju kao digestivni sistem koji uzima hranljive materije, razlaže ih i oslobađa energiju za ćeliju. Ovaj proces stvaranja energije poznat je kao ćelijsko disanje.
Unutar ćelije lokacija mitohondrija varira u skladu sa njenim funkcionalnim zahtevima. U pojedinim ćelijama mitohondrije su raspoređene po celoj citoplazmi, dok se u drugima nalaze koncentrisane na onim mestima gde se zahteva najviše energije. Tako su u ćelijama u kojima se sitetišu proteini smeštene uz ribozome, u ćelijama sa intenzivnim aktivnim transportom kroz ćelijsku membranu mitohondrije se nalaze u njenoj neposrednoj blizini, dok se u poprečno-prugastim mišićnim vlaknima one nalaze u blizini kontraktilnih elemenata.

Mitohondrije imaju nekoliko, za organele neuobičajenih karakteristika i po svojoj organizaciji su analogne bakterijskim ćelijama. To su:
    - semiautonomne organele koje imaju sopstveni dvostruki, kružno uobličeni lanac DNK, kao i ribozome slične bakterijama
    - nove mitohondrije nastaju procesom samoreprodukcije, odnosno deobom već postojećih, na sličan način kako se to odvija kod bakterija.


Po mišljenu mnogih autora, sve ovo upućuje na to da su mitohondrije nastale tokom evolucije od bakterija koje su kao intracelularni paraziti naseljavali krupnije i složenije eukariotske ćelije.

Energija je ćeliji potrebna za mnoge procese (sintetički procesi, ćelijski pokreti, ćelijska deoba, aktivni transport).

Univerzalni izvor energije za ćeliju je ATP. Stvaranje ATP-a uključuje izvlačenje energije iz molekula hrane. Hrana kao ugljeni hidrati, proteini i masti imaju veliki broj kovalentnih veza koje su potencijalni izvor energije. Kidanjem ovih veza oslobađa se energija koja se koristi za izgradnju ATP-a iz adenozin-difosfata (ADP-a) i fosfata. ATP nastaje vezivanjem tri fosfatne grupe (PO4) za molekul adenozina koji nastaje od adenina i riboze:

adenozin -----> adenin + riboza


Glavni izvor energije u svim animalnim ćelijama je glukoza (C6H12O6). Glukoza se razlaže u dve faze:


1.glikoliza
2.ćelijsko disanje

Prva faza - glikoliza


Glikoliza se odvija u citoplazmi u odsustvu kiseonika. U toku ovog procesa jedan molekul gluoze se razloži na dva molekula pirogrožđane kiseline (ima 3 C atoma) i pri tome se oslobodi 2 molekula ATP. U nedostatku dovoljne količine kiseonika (npr. pri napornom fizičkom radu u mišićnim ćelijama) molekul glukoze se prvo konvertuje u mlečnu (laktalnu) kiselinu, (što dovodi do zamora mišiĆa), a zatim pod dejstvom laktat dehidrogenaze (LDH) prelazi u pirogrožđanu kiselinu.

Određivanjem nivoa LDH može se odrediti stepen oštećenja nekih organa. LDH1 je prisutan u srčano-mišićnim ćelijama, a negovo prisustvo u krvi je znak srčanog infarkta. LDH5 je prisutan u jetrenim Ćelijama, a njegovo prisustvo u krvi ukazuje na oštećenje jetre zbog hepatitisa, trovanja lekovima ili alkoholom.
Druga faza - ćelijsko disanje


Odvija se u mitohondrijama u prisustvu kiseonika i obuhvata dva procesa: Krebsov ciklus (ciklus limunske kiseline) i transport elektrona.
1.Pre ulaska u Krebsov ciklus pirogrožđana kiselina iz citosola dospeva u matriks mitohondrija gde se oksidiše u acetilnu grupu (CH3CO).
2. Vodonik prihvata nikotinamid-denin-dinukleotid (NAD- akceptor vodonika) i redukuje se u NADH
3. Svaka stvorena acetilna grupa se veže za koenzim A (CoA) i formira se acetilCoA koji ulazi u Krebsov ciklus i razlaže se do CO2 i H2O . Acetil-CoA povezuje glikolizu i Krebsov ciklus. Ulaskom u Krebsov ciklus acetil-CoA se vezuje za oksal-sirćetnu kiselinu (4C atoma) pri čemu nastaje limunska kiselina (6 C atoma). Tokom ciklusa se oslobađa ugljen-dioksid (2 molekula pri svakom ciklusu) i obnavlja oksal-sirćetna kiselina. Na taj način je oksal-sirćetna stalno prisutna u ćeliji.
4.Nakon konačne oksidacije glukoze elektroni su još uvek na visokom energetskom nivou i oni korak po korak prelaze na nizak elektronski nivo kiseonika a energija koja se pri tome otpušta koristi se za stvaranje ATP-a iz iz ADP-a. Ovaj postepeni prelaz elektrona omogućuje serija prenosilaca elektrona (u mitohondrijama)- transportni lanac elektrona. Osnovna komponenta ovog lanca je citohrom koji se sastoji od porfirinskog prstena koja zatvara Fe++ koji prima i otpušta elektron predajuĆi ga sledećem citohromu na nešto nižem energetskom nivou, sve dok elektroni, potrošivši energiju ne pređu na krajnji akceptor - kiseonik. Kiseonik se dalje kombinuje sa vodonikovim jonima iz rastvora stvarajući vodu.

Katabolički putevi

ATP se može sintetisati i iz masti i proteina. Većina organizama čak energiju dobija iz ovih jedinjenja, a ne direktno iz glukoze.
Masti se najpre u digestivom traktu razlažu na glicerol i masne kiseline. Masne kiseline se razlažu u mitohondrijama do acetil-CoA, a on se dalje uključuje u Krebsov ciklus. Oksidacijom masnih kiselina se oslobađa 6 puta više energije nego pri oksidaciji glukoze. Proteini se u crevima razlažu na aminokiseline koje dalje dezaminacijom (uklanjanje amino grupe) prelaze u acetil grupu ili neko veće ugljenično jedinjenje koje ulazi u glavni put stvaranja ATP-a.

 

 



Literatura

- Matavulj, Milica: Ćelija i tkiva (skripta), Novi Sad, 2005
- Grozdanovic-Radovanovic, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000
- Šerban, M, Nada: Ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001