Mitokondria adalah organel membran mikroskopis yang menyediakan sel dengan energi. Oleh karena itu, mereka disebut stasiun energi (akumulator) sel.

Mitokondria tidak ada dalam sel organisme paling sederhana, bakteri, entameba, yang hidup tanpa menggunakan oksigen. Beberapa ganggang hijau, trypanosomes mengandung satu mitokondria besar, dan sel-sel otot jantung, otak memiliki 100 hingga 1000 organel ini.

Fitur struktural

Mitokondria adalah organel dua membran, mereka memiliki cangkang luar dan dalam, ruang antar membran di antara mereka, dan matriks.

membran luar . Halus, tidak memiliki lipatan, membatasi isi internal dari sitoplasma. Lebarnya 7nm, mengandung lipid dan protein. Peran penting dimainkan oleh porin, protein yang membentuk saluran di membran luar. Mereka menyediakan pertukaran ion dan molekul.

ruang antar-membran. Ukuran ruang antar membran adalah sekitar 20 nm. Substansi yang mengisinya memiliki komposisi yang mirip dengan sitoplasma, kecuali molekul besar yang dapat menembus di sini hanya dengan: transportasi aktif.

Membran dalam. Itu dibangun terutama dari protein, hanya sepertiga yang dialokasikan untuk zat lipid. Sejumlah besar protein diangkut, karena membran bagian dalam tidak memiliki pori-pori yang dapat dilewati dengan bebas. Ini membentuk banyak hasil - krista, yang terlihat seperti punggungan yang rata. Oksidasi senyawa organik menjadi CO2 di mitokondria terjadi pada membran krista. Proses ini bergantung pada oksigen dan dilakukan di bawah aksi ATP sintetase. Energi yang dilepaskan disimpan sebagai Molekul ATP dan digunakan sesuai kebutuhan.

Matriks – lingkungan internal mitokondria, memiliki granular struktur homogen. PADA mikroskop elektron Anda dapat melihat butiran dan benang dalam bola yang terletak bebas di antara krista. Matriks berisi sistem sintesis protein semi-otonom - DNA, semua jenis RNA, ribosom terletak di sini. Tetapi tetap saja kebanyakan Protein berasal dari nukleus, itulah sebabnya mitokondria disebut organel semi-otonom.

Lokasi dan pembelahan sel

chondriome adalah sekelompok mitokondria yang terkonsentrasi dalam satu sel. Mereka terletak berbeda di sitoplasma, yang tergantung pada spesialisasi sel. Penempatan dalam sitoplasma juga tergantung pada organel dan inklusi di sekitarnya. Dalam sel tumbuhan, mereka menempati pinggiran, karena mitokondria dipindahkan ke cangkang oleh vakuola pusat. Dalam sel-sel epitel ginjal, membran membentuk tonjolan, di antaranya ada mitokondria.

Dalam sel punca, di mana energi digunakan secara merata oleh semua organel, mitokondria ditempatkan secara acak. Dalam sel khusus, mereka terutama terkonsentrasi di tempat-tempat dengan konsumsi energi tertinggi. Misalnya, pada otot lurik mereka terletak di dekat miofibril. Dalam spermatozoa, mereka secara spiral menutupi sumbu flagel, karena banyak energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan dan menggerakkan spermatozoa. Protozoa, yang bergerak dengan bantuan silia, juga mengandung sejumlah besar mitokondria di dasarnya.

Divisi. Mitokondria mampu bereproduksi secara independen, memiliki genom sendiri. Organel membelah dengan penyempitan atau septa. Pembentukan mitokondria baru di sel yang berbeda berbeda dalam frekuensi, misalnya, di jaringan hati mereka diganti setiap 10 hari.

Fungsi dalam sel

1. Fungsi utama mitokondria adalah pembentukan molekul ATP.
2. Pengendapan ion kalsium.
3. Partisipasi dalam pertukaran air.
4. Sintesis prekursor hormon steroid.

Biologi molekuler adalah ilmu yang mempelajari peran mitokondria dalam metabolisme. Mereka juga mengubah piruvat menjadi asetil koenzim A, beta-oksidasi asam lemak.

Persamaan antara mitokondria dan kloroplas

Sifat umum untuk mitokondria dan kloroplas terutama karena adanya membran ganda.

Tanda-tanda kesamaan juga terletak pada kemampuan untuk mensintesis protein secara mandiri. Organel ini memiliki DNA, RNA, ribosom sendiri.

Baik mitokondria dan kloroplas dapat membelah dengan penyempitan.

Mereka juga disatukan oleh kemampuan untuk menghasilkan energi, mitokondria lebih khusus dalam fungsi ini, tetapi kloroplas juga membentuk molekul ATP selama proses fotosintesis. Jadi, sel tumbuhan memiliki lebih sedikit mitokondria daripada hewan, karena kloroplas melakukan sebagian fungsinya untuk mereka.

Mari kita uraikan secara singkat persamaan dan perbedaannya:

• Mereka adalah organel membran ganda;
• membran bagian dalam membentuk tonjolan: krista adalah karakteristik mitokondria, tilakoid adalah karakteristik kloroplas;
• memiliki genom sendiri;
• mampu mensintesis protein dan energi.

Organel-organel ini berbeda dalam fungsinya: mitokondria dirancang untuk mensintesis energi, respirasi seluler terjadi di sini, kloroplas dibutuhkan oleh sel tumbuhan untuk fotosintesis.

Mitokondria - pengubah energi dan pemasoknya untuk memastikan fungsi seluler - menempati sebagian besar sitoplasma sel dan terkonsentrasi di tempat-tempat dengan konsumsi ATP yang tinggi (misalnya, di epitel tubulus ginjal mereka terletak di dekat plasma membran (menyediakan reabsorpsi), dan di neuron - di sinapsis (menyediakan elektrogenesis).dan sekresi).Jumlah mitokondria dalam sel diukur dalam ratusan.Mitokondria memiliki genomnya sendiri.Organel berfungsi rata-rata 10 hari, pembaruan mitokondria terjadi melalui pembelahannya.

Morfologi mitokondria

Mitokondria sering berbentuk silinder dengan diameter 0,2-1 mikron dan panjang hingga 7 mikron (rata-rata sekitar 2 mikron). Mitokondria memiliki dua membran - luar dan dalam; yang terakhir membentuk krista. Antara membran luar dan dalam terdapat ruang antar membran. Volume ekstramembran mitokondria adalah matriks.

∙ membran luar permeabel terhadap banyak molekul kecil.

∙ ruang antar-membran. Di sinilah ion H + yang dipompa keluar dari matriks menumpuk, yang menciptakan gradien konsentrasi proton di kedua sisi membran dalam.

∙ Membran dalam selektif permeabel; mengandung sistem transpor untuk transfer zat (ATP, ADP, P 1 , piruvat, suksinat, -ketoglurat, malat, sitrat, sitidin trifosfat, GTP, difosfat) di kedua arah dan kompleks rantai transpor elektron yang terkait dengan enzim fosforilasi oksidatif, sebagai serta dengan suksinat dehidrogenase (SDH).

∙ Matriks. Matriks mengandung semua enzim siklus Krebs (kecuali SDH), enzim -oksidasi asam lemak, dan beberapa enzim dari sistem lain. Matriks mengandung butiran dengan Mg 2+ dan Ca 2+ .

∙ Penanda sitokimia mitokondria- sitokrom oksidase dan SDH.

Fungsi Mitokondria

Mitokondria melakukan banyak fungsi dalam sel: oksidasi dalam siklus Krebs, transpor elektron, kopling kemiosmotik, fosforilasi ADP, kopling oksidasi dan fosforilasi, fungsi mengontrol konsentrasi kalsium intraseluler, sintesis protein, dan pembangkitan panas. Peran mitokondria dalam kematian sel terprogram (diatur) sangat besar.

∙ Reproduksi termal. Mekanisme alami uncoupling fungsi fosforilasi oksidatif dalam sel lemak coklat. Dalam sel-sel ini, mitokondria memiliki struktur atipikal (volumenya berkurang, kepadatan matriks meningkat, ruang antarmembran diperluas) - mitokondria kental. Mitokondria tersebut dapat secara intensif menangkap air dan membengkak sebagai respons terhadap tiroksin, peningkatan konsentrasi Ca 2+ dalam sitosol, sementara pelepasan fosforilasi oksidatif ditingkatkan, dan panas dilepaskan. Proses ini disediakan oleh thermogenin protein uncoupling khusus. Norepinefrin dari divisi simpatik sistem saraf otonom meningkatkan ekspresi protein yang tidak berpasangan dan merangsang produksi panas.

∙ Apoptosis. Mitokondria bermain peran penting dalam kematian sel yang diatur (terprogram) - apoptosis, melepaskannya ke dalam faktor sitosol yang meningkatkan kemungkinan kematian sel. Salah satunya adalah sitokrom C, protein yang mentransfer elektron antara kompleks protein di membran dalam mitokondria. Dilepaskan dari mitokondria, sitokrom C termasuk dalam apoptosom yang mengaktifkan caspases (perwakilan dari keluarga protease pembunuh).

Apa itu mitokondria? Jika jawaban atas pertanyaan ini membuat Anda kesulitan, maka artikel kami hanya untuk Anda. Kami akan mempertimbangkan fitur struktural organel ini sehubungan dengan fungsinya.

Apa itu organel?

Tapi pertama-tama, mari kita ingat apa itu organel. Mereka disebut permanen struktur sel. Mitokondria, ribosom, plastida, lisosom... Semua ini adalah organel. Seperti sel itu sendiri, setiap struktur tersebut memiliki rencana keseluruhan bangunan. Organel terdiri dari peralatan permukaan dan konten internal - matriks. Masing-masing dapat dibandingkan dengan organ makhluk hidup. Organel juga memiliki ciri khasnya sendiri yang menentukan peran biologisnya.

Klasifikasi struktur sel

Organel dikelompokkan menurut struktur peralatan permukaannya. Ada struktur sel permanen satu, dua dan non-membran. Kelompok pertama meliputi lisosom, kompleks Golgi, retikulum endoplasma, peroksisom dan jenis yang berbeda vakuola. Nukleus, mitokondria, dan plastida adalah dua membran. Dan ribosom pusat sel dan organel gerak sama sekali tidak memiliki peralatan permukaan.

Teori simbiogenesis

Apa itu mitokondria? Untuk doktrin evolusi itu bukan hanya struktur sel. Menurut teori simbiosis, mitokondria dan kloroplas adalah hasil metamorfosis prokariotik. Ada kemungkinan mitokondria berasal dari bakteri aerob, dan plastida dari bakteri fotosintetik. Bukti dari teori ini adalah fakta bahwa struktur ini memiliki peralatan genetiknya sendiri, yang diwakili oleh molekul DNA melingkar, membran ganda, dan ribosom. Ada juga anggapan bahwa sel eukariotik hewan nantinya berasal dari mitokondria, dan sel tumbuhan berasal dari kloroplas.

Lokasi di sel

Mitokondria adalah bagian integral dari sel-sel bagian utama tumbuhan, hewan dan jamur. Mereka tidak ada hanya dalam anaerobik eukariota uniseluler hidup di lingkungan bebas oksigen.

Struktur dan peran biologis mitokondria untuk waktu yang lama tetap menjadi misteri. Untuk pertama kalinya dengan bantuan mikroskop, Rudolf Kölliker berhasil melihatnya pada tahun 1850. Dalam sel otot, ilmuwan menemukan banyak butiran yang tampak seperti bulu dalam cahaya. Memahami peran struktur luar biasa ini menjadi mungkin berkat penemuan Profesor universitas Pennsylvania Peluang Inggris. Dia merancang perangkat yang memungkinkan dia untuk melihat melalui organel. Dengan demikian, struktur ditentukan dan peran mitokondria dalam menyediakan energi untuk sel dan tubuh secara keseluruhan terbukti.

Bentuk dan ukuran mitokondria

Rencana umum bangunan

Pertimbangkan apa itu mitokondria dalam hal fitur strukturalnya. Mereka adalah organel membran ganda. Selain itu, bagian luarnya halus, dan bagian dalamnya memiliki pertumbuhan. Matriks mitokondria diwakili oleh berbagai enzim, ribosom, monomer bahan organik, ion dan kelompok molekul DNA sirkular. Komposisi ini memungkinkan untuk yang paling penting reaksi kimia: siklus asam trikarboksilat, urea, fosforilasi oksidatif.

Nilai kinetoplast

membran mitokondria

Membran mitokondria tidak identik dalam struktur. Bagian luar yang tertutup halus. Ini dibentuk oleh lapisan ganda lipid dengan fragmen molekul protein. Ketebalan totalnya adalah 7 nm. Struktur ini melakukan fungsi delimitasi dari sitoplasma, serta hubungan organel dengan lingkungan. Yang terakhir ini dimungkinkan karena adanya protein porin, yang membentuk saluran. Molekul bergerak di sepanjang mereka melalui transpor aktif dan pasif.

Protein membentuk dasar kimia membran dalam. Ini membentuk banyak lipatan di dalam organoid - krista. Struktur ini sangat meningkatkan permukaan aktif organel. Fitur utama Struktur membran bagian dalam benar-benar kedap terhadap proton. Itu tidak membentuk saluran untuk penetrasi ion dari luar. Di beberapa tempat, bagian luar dan bagian dalam saling bersentuhan. Berikut adalah protein reseptor khusus. Ini adalah semacam konduktor. Dengan bantuannya, protein mitokondria yang dikodekan dalam nukleus menembus ke dalam organel. Di antara membran ada ruang dengan ketebalan hingga 20 nm. Ini mengandung berbagai jenis protein yang merupakan komponen penting dari rantai pernapasan.

Fungsi Mitokondria

Struktur mitokondria berhubungan langsung dengan fungsi yang dilakukan. Yang utama adalah sintesis adenosin trifosfat (ATP). Ini adalah makromolekul yang akan menjadi pembawa energi utama dalam sel. Komposisinya meliputi basa nitrogen adenin, monosakarida ribosa dan tiga residu asam fosfat. Di antara unsur-unsur terakhir inilah jumlah energi utama tertutup. Ketika salah satu dari mereka putus, ia dapat melepaskan hingga 60 kJ sebanyak mungkin. Secara umum, sel prokariotik mengandung 1 miliar molekul ATP. Struktur ini terus beroperasi: keberadaan masing-masing dalam bentuk yang tidak berubah tidak bertahan lebih dari satu menit. Molekul ATP secara konstan disintesis dan dipecah, menyediakan energi bagi tubuh pada saat dibutuhkan.

Untuk alasan ini, mitokondria disebut "stasiun energi". Di dalamnya oksidasi zat organik terjadi di bawah aksi enzim. Energi yang dihasilkan dalam proses ini disimpan dan disimpan dalam bentuk ATP. Misalnya, selama oksidasi 1 g karbohidrat, 36 makromolekul zat ini terbentuk.

Struktur mitokondria memungkinkan mereka untuk melakukan fungsi lain. Karena semi-otonomi mereka, mereka adalah pembawa tambahan informasi turun temurun. Para ilmuwan telah menemukan bahwa DNA organel itu sendiri tidak dapat berfungsi sendiri. Faktanya adalah bahwa mereka tidak mengandung semua protein yang diperlukan untuk pekerjaan mereka, oleh karena itu mereka meminjamnya dari bahan turun-temurun dari peralatan nuklir.

Jadi, dalam artikel kami, kami memeriksa apa itu mitokondria. Ini adalah struktur seluler dua membran, di mana matriksnya terdiri dari sejumlah kompleks proses kimia. Hasil kerja mitokondria adalah sintesis ATP - senyawa yang menyediakan tubuh jumlah yang diperlukan energi.

Mitokondria.

Mitokondria- organel yang terdiri dari dua membran dengan ketebalan sekitar 0,5 mikron.

Stasiun energi sel; fungsi utamanya adalah oksidasi senyawa organik dan penggunaan energi yang dilepaskan selama peluruhannya dalam sintesis molekul ATP (sumber energi universal untuk semua proses biokimia).

Dalam strukturnya, mereka adalah organel silindris yang ditemukan dalam sel eukariotik dalam jumlah dari beberapa ratus hingga 1-2 ribu dan menempati 10-20% dari volume internalnya. Ukuran (dari 1 hingga 70 m) dan bentuk mitokondria juga sangat bervariasi. Pada saat yang sama, lebar bagian sel ini relatif konstan (0,5-1 m). Mampu berubah bentuk. Bergantung pada bagian sel mana pada setiap momen tertentu yang mengalami peningkatan konsumsi energi, mitokondria dapat bergerak melalui sitoplasma ke zona konsumsi energi tertinggi, menggunakan struktur kerangka sel sel eukariotik untuk bergerak.

Mitokondria kecantikan dalam tampilan 3D)

Alternatif untuk banyak mitokondria kecil yang berbeda, berfungsi secara independen satu sama lain dan memasok area kecil sitoplasma dengan ATP, adalah keberadaan mitokondria yang panjang dan bercabang, yang masing-masing dapat menyediakan energi untuk bagian sel yang jauh. varian dari sistem yang diperluas semacam itu juga dapat berupa asosiasi spasial yang teratur dari banyak mitokondria (kondria atau mitokondria), yang memastikan kerja kooperatif mereka.

Jenis chondriome ini sangat kompleks di otot, di mana kelompok mitokondria bercabang raksasa terhubung satu sama lain menggunakan kontak intermitokondria (IMCs). Yang terakhir dibentuk oleh membran mitokondria luar yang berdekatan satu sama lain, akibatnya ruang antarmembran di zona ini memiliki kerapatan elektron yang meningkat (banyak partikel bermuatan negatif). MMC sangat berlimpah di sel otot jantung, di mana mereka mengikat banyak mitokondria individu ke dalam sistem kerja sama yang koheren.

Struktur.

membran luar.

Membran luar mitokondria tebalnya sekitar 7 nm, tidak membentuk invaginasi atau lipatan, dan tertutup sendiri. membran luar menyumbang sekitar 7% dari luas permukaan semua membran organel sel. Fungsi utamanya adalah untuk memisahkan mitokondria dari sitoplasma. Membran luar mitokondria terdiri dari lapisan lemak ganda (seperti pada membran sel) dan protein yang menembusnya. Protein dan lemak dalam proporsi yang sama menurut beratnya.
memainkan peran khusus porin - protein pembentuk saluran.
Ini membentuk lubang di membran luar dengan diameter 2-3 nm, di mana mereka dapat menembus molekul kecil dan ion. Molekul besar hanya dapat melintasi membran luar melalui transpor aktif melintasi protein transpor membran mitokondria. Membran luar mitokondria dapat berinteraksi dengan membran retikulum endoplasma; itu memainkan peran penting dalam transportasi lipid dan ion kalsium.

membran dalam.

Membran bagian dalam membentuk banyak lipatan seperti punggungan - krista,
secara signifikan meningkatkan luas permukaannya dan, misalnya, dalam sel hati adalah sekitar sepertiga dari semuanya membran sel. fitur komposisi membran bagian dalam mitokondria adalah kehadiran di dalamnya kardiolopin - spesial lemak kompleks, mengandung empat asam lemak sekaligus dan membuat membran benar-benar kedap terhadap proton (partikel bermuatan positif).

Fitur lain dari membran bagian dalam mitokondria adalah kandungan protein yang sangat tinggi (hingga 70% berat), diwakili oleh protein transpor, enzim rantai pernapasan, serta kompleks enzim besar yang menghasilkan ATP. Membran dalam mitokondria, tidak seperti membran luar, tidak memiliki bukaan khusus untuk pengangkutan molekul dan ion kecil; di atasnya, di sisi yang menghadap matriks, ada molekul enzim penghasil ATP khusus, yang terdiri dari kepala, kaki, dan basa. Ketika proton melewati mereka, atf dibuat.
Di dasar partikel, mengisi seluruh ketebalan membran, adalah komponen rantai pernapasan. membran luar dan dalam bersentuhan di beberapa tempat, ada protein reseptor khusus yang mendorong pengangkutan protein mitokondria yang dikodekan dalam nukleus ke matriks mitokondria.

Matriks.

Matriks- ruang yang dibatasi oleh membran internal. Dalam matriks (zat merah muda) mitokondria terdapat sistem enzim untuk oksidasi piruvat asam lemak, serta enzim seperti asam trikarboksilat (siklus respirasi sel). Selain itu, DNA mitokondria, RNA, dan alat sintesis protein mitokondria sendiri juga terletak di sini.

piruvat (garam asam piruvat)- penting senyawa kimia dalam biokimia. Mereka adalah produk akhir metabolisme glukosa dalam proses pemecahannya.

DNA mitokondria.

Beberapa perbedaan dari DNA nuklir:

DNA mitokondria berbentuk sirkular, tidak seperti DNA inti, yang dikemas ke dalam kromosom.

- antara varian evolusioner DNA mitokondria yang berbeda dari spesies yang sama, pertukaran wilayah yang sama tidak mungkin.

Jadi seluruh molekul berubah hanya dengan bermutasi perlahan selama ribuan tahun.

- mutasi kode dalam DNA mitokondria dapat terjadi secara independen dari DNA inti.

Mutasi kode inti DNA terjadi terutama selama pembelahan sel, tetapi mitokondria membelah secara independen dari sel, dan dapat menerima mutasi kode secara terpisah dari DNA inti.

- struktur DNA mitokondria disederhanakan, karena banyak proses penyusun membaca DNA telah hilang.

- RNA transpor memiliki struktur yang sama. tetapi RNA mitokondria hanya terlibat dalam sintesis protein mitokondria.

Memiliki alat genetiknya sendiri, mitokondria juga memiliki sistem sintesis proteinnya sendiri, sebuah fitur di mana ribosom sangat kecil dalam sel hewan dan jamur.

Fungsi.

pembangkit energi.

Fungsi utama mitokondria adalah sintesis ATP - bentuk energi kimia universal di setiap sel hidup.

Molekul ini dapat dibentuk dengan dua cara:

- oleh reaksi di mana energi yang dilepaskan pada tahap oksidatif tertentu dari fermentasi disimpan dalam bentuk ATP.

- berkat energi yang dilepaskan selama oksidasi zat organik dalam proses respirasi seluler.

Mitokondria mengimplementasikan kedua jalur ini, yang pertama adalah karakteristik dari proses awal oksidasi dan terjadi dalam matriks, dan yang kedua melengkapi proses produksi energi dan berhubungan dengan krista mitokondria.
Pada saat yang sama, orisinalitas mitokondria sebagai organel pembentuk energi dari sel eukariotik menentukan dengan tepat cara kedua pembentukan ATP, yang disebut "konjugasi kemiosmotik."
Secara umum, seluruh proses produksi energi di mitokondria dapat dibagi menjadi empat tahap utama, dua yang pertama terjadi dalam matriks, dan dua yang terakhir - pada krista mitokondria:

1) Transformasi piruvat (produk akhir pemecahan glukosa) dan asam lemak dari sitoplasma ke mitokondria menjadi asetil-koa;

asetil koa- senyawa penting dalam metabolisme, digunakan dalam banyak reaksi biokimia. miliknya fungsi utama- mengantarkan atom karbon (c) dengan gugus asetil (ch3 co) ke siklus respirasi seluler sehingga teroksidasi dengan pelepasan energi.

respirasi seluler - keseluruhan reaksi biokimia terjadi dalam sel organisme hidup, di mana karbohidrat, lemak dan asam amino dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air.

2) Oksidasi asetil-koa dalam siklus respirasi seluler, yang mengarah pada pembentukan nadn;

NADH– koenzim, melakukan fungsi pembawa elektron dan hidrogen, yang diterimanya dari zat teroksidasi.

3) Transfer elektron dari nadn ke oksigen di sepanjang rantai pernapasan;

4) Pembentukan ATP sebagai hasil dari aktivitas kompleks pembuat ATP membran.

ATP sintase.

ATP sintetase– stasiun untuk produksi molekul ATP.

Dalam istilah struktural dan fungsional, sintetase ATP terdiri dari dua fragmen besar, dilambangkan dengan simbol F1 dan F0. Yang pertama (faktor konjugasi F1) diputar ke arah matriks mitokondria dan secara nyata menonjol dari membran dalam bentuk formasi bola setinggi 8 nm dan lebar 10 nm. Ini terdiri dari sembilan subunit yang diwakili oleh lima jenis protein. Rantai polipeptida dari tiga subunit dan jumlah subunit yang sama dikemas ke dalam butiran protein yang serupa dalam struktur, yang bersama-sama membentuk heksamer (αβ)3, yang terlihat seperti bola yang agak pipih.

Subunit adalah komponen struktural dan fungsional dari partikel apa pun
polipeptida - senyawa organik mengandung 6 hingga 80-90 residu asam amino.
Percikan adalah keadaan makromolekul di mana getaran unit kecil.
heksamer- senyawa yang mengandung 6 subunit.

Seperti irisan jeruk yang padat, subunit dan yang berurutan membentuk struktur yang dicirikan oleh simetri di sekitar sudut rotasi 120°. Di tengah heksamer ini adalah subunit , yang dibentuk oleh dua rantai polipeptida yang diperpanjang dan menyerupai batang melengkung yang sedikit berubah bentuk dengan panjang sekitar 9 nm. Di mana Bagian bawah subunit menonjol dari bola sejauh 3 nm menuju kompleks membran F0. Juga di dalam heksamer adalah subunit minor yang terkait dengan . Subunit terakhir (kesembilan) dilambangkan dengan simbol dan terletak di di luar F1.

minor- subunit tunggal.

Bagian membran dari ATP sintetase adalah kompleks protein anti air yang menembus membran dan memiliki dua setengah saluran di dalam untuk lewatnya proton hidrogen. Secara total, kompleks F0 mengandung satu subunit protein dari tipe sebuah, dua salinan subunit b, serta 9 hingga 12 salinan subunit kecil c. Subunit sebuah (massa molekul 20 kDa) benar-benar terbenam dalam membran, di mana ia membentuk enam bagian heliks yang melintasinya. Subunit b(berat molekul 30 kDa) hanya mengandung satu daerah heliks yang relatif pendek yang terendam dalam membran, sedangkan sisanya menonjol dari membran menuju F1 dan melekat pada subunit yang terletak di permukaannya. Masing-masing dari 9-12 salinan subunit c(berat molekul 6-11 kDa) adalah protein yang relatif kecil dari dua -heliks anti air yang terhubung satu sama lain oleh loop menarik air pendek yang berorientasi pada F1, dan bersama-sama mereka membentuk satu ensemble tunggal, berbentuk silinder terendam dalam membran. Subunit yang menonjol dari kompleks F1 menuju F0 hanya terbenam di dalam silinder ini dan terikat kuat padanya.
Dengan demikian, dua kelompok subunit protein dapat dibedakan dalam molekul ATPase, yang dapat disamakan dengan dua bagian motor: rotor dan stator.

"Stator" tidak bergerak relatif terhadap membran dan mencakup heksamer bulat (αβ)3 yang terletak di permukaannya dan subunit , serta subunit sebuah dan b kompleks membran F0.

Bergerak relatif terhadap desain ini "rotor" terdiri dari subunit dan , yang menonjol dari kompleks (αβ)3, terhubung ke cincin subunit yang terbenam dalam membran. c.

Kemampuan untuk mensintesis ATP adalah properti dari kompleks tunggal F0F1, dikombinasikan dengan transfer proton hidrogen melalui F0 ke F1, di mana pusat reaksi berada yang mengubah ADP dan fosfat menjadi molekul ATP. Kekuatan pendorong untuk kerja ATP sintetase adalah potensi proton (bermuatan positif) yang dibuat pada membran bagian dalam mitokondria sebagai akibat dari operasi rantai transpor elektron (bermuatan negatif).
Gaya yang menggerakkan "rotor" ATP sintetase terjadi ketika perbedaan potensial tercapai antara bagian luar dan sisi dalam membran > 220 10−3 Volt dan disediakan oleh aliran proton yang mengalir melalui saluran khusus di F0, yang terletak di batas antara subunit sebuah dan c. Dalam hal ini, jalur transfer proton mencakup elemen struktural berikut:

1) Dua "semi-channel" yang terletak pada sumbu yang berbeda, yang pertama memastikan aliran proton dari ruang antarmembran ke esensial kelompok fungsional F0, dan yang lainnya memastikan pelepasannya ke dalam matriks mitokondria;

2) Cincin subunit c, yang masing-masing mengandung gugus karboksil terprotonasi (COOH) di bagian tengahnya, yang mampu menambahkan H+ dari ruang antarmembran dan mendonorkannya melalui saluran proton yang sesuai. Sebagai hasil dari perpindahan periodik subunit Dengan, karena aliran proton melalui saluran proton, subunit diputar, terbenam dalam cincin subunit Dengan.

Dengan demikian, aktivitas pemersatu ATP sintetase secara langsung berkaitan dengan rotasi "rotornya", di mana rotasi subunit menyebabkan perubahan simultan dalam konformasi ketiga subunit pemersatu, yang pada akhirnya memastikan pengoperasian enzim. . Selain itu, dalam hal pembentukan ATP, "rotor" berputar searah jarum jam dengan kecepatan empat putaran per detik, dan rotasi itu sendiri terjadi dalam lompatan tepat 120 °, yang masing-masing disertai dengan pembentukan satu molekul ATP. .
Kerja ATP sintetase dikaitkan dengan gerakan mekanis dia bagian terpisah, yang memungkinkan untuk menghubungkan proses ini dengan tipe khusus fenomena yang disebut "katalisis rotasi". Mirip dengan listrik dalam belitan motor menggerakkan rotor relatif terhadap stator, transfer proton yang diarahkan melalui ATP sintetase menyebabkan rotasi subunit individu dari faktor konjugasi F1 relatif terhadap subunit lain dari kompleks enzim, sebagai akibatnya penghasil energi unik ini kinerja perangkat pekerjaan kimia- mensintesis molekul ATP. Selanjutnya, ATP memasuki sitoplasma sel, di mana ia digunakan untuk berbagai proses yang bergantung pada energi. Transfer semacam itu dilakukan oleh enzim translocase ATP/ADP khusus yang dibangun ke dalam membran mitokondria.

ADP-translocase- protein yang menembus membran dalam yang menukar ATP yang baru disintesis dengan ADP sitoplasma, yang menjamin keamanan dana di dalam mitokondria.

Mitokondria dan keturunan.

DNA mitokondria diwarisi hampir secara eksklusif melalui garis ibu. Setiap mitokondria memiliki beberapa bagian nukleotida DNA yang identik di semua mitokondria (yaitu, ada banyak salinan DNA mitokondria di dalam sel), yang sangat penting bagi mitokondria yang tidak dapat memperbaiki DNA dari kerusakan (diamati frekuensi tinggi mutasi). Mutasi pada DNA mitokondria adalah penyebab sejumlah penyakit keturunan manusia.

model 3d

Penemuan

Dengan akting suara bahasa Inggris

Sedikit tentang respirasi sel dan mitokondria dalam bahasa asing

Struktur bangunan

Kuliah nomor 6.

Jumlah jam: 2

MITOCHONDRIA DAN PLASTIDA

1.

2. Plastida, struktur, varietas, fungsi

3.

Mitokondria dan plastida adalah organel dua membran sel eukariotik. Mitokondria ditemukan di semua sel hewan dan tumbuhan. Plastida merupakan ciri sel tumbuhan yang melakukan proses fotosintesis. Organel ini memiliki rencana struktural yang serupa dan beberapa properti Umum. Namun, dalam hal proses metabolisme dasar, mereka berbeda secara signifikan satu sama lain.

1. Mitokondria, struktur, nilai fungsional

karakteristik umum mitokondria. Mitokondria (Yunani "mitos" - benang, "chondrion" - butir, butiran) adalah organel dua membran berbentuk bulat, lonjong atau batang dengan diameter sekitar 0,2-1 mikron dan panjang hingga 7-10 mikron. Organel inidapat dideteksi menggunakan mikroskop cahaya, karena ukurannya cukup dan kepadatan tinggi. Keunikan struktur internal mereka hanya dapat dipelajari dengan mikroskop elektron.Mitokondria ditemukan pada tahun 1894 oleh R. Altman, yang memberi mereka nama "bioblas".Istilah "mitokondria" diperkenalkan oleh K. Benda pada tahun 1897. Mitokondria hadir praktis dalam semua sel eukariotik. Pada organisme anaerob ( amuba usus dll.) mitokondria tidak ada. Nomormitokondria dalam sel berkisar antara 1 sampai 100 ribu.dan tergantung pada jenis, aktivitas fungsional dan usia sel. Jadi di sel tumbuhan mitokondria lebih kecil dari pada hewan; dan masukada lebih banyak sel muda daripada yang tua.Siklus hidup mitokondria adalah beberapa hari. Dalam sel, mitokondria biasanya menumpuk di dekat area sitoplasma di mana ada kebutuhan akan ATP. Misalnya, di otot jantung, mitokondria terletak di dekat miofibril, sedangkan di sel sperma mereka membentuk selubung spiral di sekitar sumbu flagel.

Struktur ultramikroskopik mitokondria. Mitokondria dibatasi oleh dua membran, masing-masing setebal 7 nm. Membran luar dipisahkan dari membran dalam oleh ruang antar membran dengan lebar sekitar 10-20 nm. Selaput luar halus, dan bagian dalam membentuk lipatan - krista ("crista" Latin - puncak, pertumbuhan), meningkatkan permukaannya. Jumlah krista tidak sama di mitokondria sel yang berbeda. Mereka bisa dari beberapa puluh hingga beberapa ratus. Ada banyak krista di mitokondria sel yang berfungsi aktif, misalnya sel otot. Krista mengandung rantai transpor elektron dan fosforilasi ADP terkait (fosforilasi oksidatif). Ruang batin Mitokondria diisi dengan zat homogen yang disebut matriks. Krista mitokondria biasanya tidak sepenuhnya menghalangi rongga mitokondria. Oleh karena itu, seluruh matriks kontinu. Matriks tersebut mengandung molekul DNA sirkular, ribosom mitokondria, dan terdapat endapan garam kalsium dan magnesium. Pada DNA mitokondria, molekul RNA dari berbagai jenis disintesis, dan ribosom terlibat dalam sintesis sejumlah protein mitokondria. Ukuran kecil DNA mitokondria tidak memungkinkan penyandian sintesis semua protein mitokondria. Oleh karena itu, sintesis sebagian besar protein mitokondria berada di bawah kendali inti dan dilakukan di sitoplasma sel. Tanpa protein ini, pertumbuhan dan fungsi mitokondria tidak mungkin terjadi. DNA mitokondria mengkodekan protein struktural, bertanggung jawab untuk integrasi yang benar dari komponen fungsional individu dalam membran mitokondria.

Reproduksi mitokondria. Mitokondria berkembang biak dengan penyempitan atau fragmentasi mitokondria besar menjadi yang lebih kecil. Mitokondria yang terbentuk dengan cara ini dapat tumbuh dan membelah kembali.

Fungsi mitokondria. Fungsi utama mitokondria adalah sintesis ATP. Proses ini terjadi sebagai akibat dari oksidasi substrat organik dan fosforilasi ADP. Tahap pertama dari proses ini terjadi di sitoplasma dalam kondisi anaerobik. Karena substrat utamanya adalah glukosa, prosesnya disebut glikolisis. pada tahap ini substrat mengalami pembelahan enzimatik menjadi asam piruvat dengan sintesis simultan sejumlah kecil ATP. Langkah kedua terjadi di mitokondria dan membutuhkan kehadiran oksigen. Pada tahap ini, oksidasi asam piruvat lebih lanjut terjadi dengan pelepasan CO2 dan transfer elektron ke akseptor. Reaksi-reaksi ini dilakukan dengan bantuan sejumlah enzim dari siklus asam trikarboksilat, yang terlokalisasi dalam matriks mitokondria. Elektron yang dilepaskan selama proses oksidasi dalam siklus Krebs ditransfer ke rantai pernapasan (rantai transpor elektron). Dalam rantai pernapasan, mereka bergabung dengan oksigen molekuler untuk membentuk molekul air. Akibatnya, energi dilepaskan dalam porsi kecil, yang disimpan dalam bentuk ATP. Oksidasi lengkap satu molekul glukosa dengan pembentukan karbon dioksida dan air menyediakan energi untuk pengisian ulang 38 molekul ATP (2 molekul di sitoplasma dan 36 di mitokondria).

Analog mitokondria pada bakteri. Bakteri tidak memiliki mitokondria. Sebaliknya, mereka memiliki rantai transpor elektron yang terlokalisasi di membran sel.

2. Plastida, struktur, varietas, fungsi. Masalah asal usul plastida

Plastida (dari bahasa Yunani. plastida- menciptakan, membentuk) adalah organel dua membran karakteristik organisme eukariotik fotosintesis.Ada tiga jenis utama plastida: kloroplas, kromoplas, dan leukoplas. Jumlah plastida dalam sel disebut plastidoma. Plastida saling berhubungan oleh satu asal dalam ontogeni dari proplastid sel meristematik.Masing-masing jenis ini, dalam kondisi tertentu, dapat melewati satu sama lain. Seperti mitokondria, plastida mengandung molekul DNA mereka sendiri. Oleh karena itu, mereka juga dapat bereproduksi secara independen dari pembelahan sel.

Kloroplas(dari bahasa Yunani."kloro" - hijau, "plastik» - kuno)adalah plastida tempat berlangsungnya fotosintesis.

Ciri-ciri umum kloroplas. Kloroplas adalah organel hijau dengan panjang 5-10 m dan lebar 2-4 m. Ganggang hijau memiliki kloroplas raksasa (kromatofora), mencapai panjang 50 mikron. Kloroplas pada tumbuhan tingkat tinggi memiliki berbentuk bikonveks atau elips. Jumlah kloroplas dalam sel dapat bervariasi dari satu (beberapa ganggang hijau) hingga seribu (bercinta). PADADalam sel tumbuhan tingkat tinggi rata-rata terdapat 15-50 kloroplas.Biasanya kloroplas tersebar merata di seluruh sitoplasma sel, tetapi kadang-kadang mengelompok di dekat nukleus atau dinding sel. Rupanya, itu tergantung pada pengaruh eksternal (intensitas cahaya).

Struktur ultramikroskopik kloroplas. Kloroplas dipisahkan dari sitoplasma oleh dua membran, yang masing-masing memiliki tebal sekitar 7 nm. Di antara membran terdapat ruang antar membran dengan diameter sekitar 20-30 nm. Selaput luar halus, yang dalam memiliki struktur terlipat. Di antara lipatan adalah tilakoid, memiliki bentuk disk. Tilakoid membentuk tumpukan seperti kolom koin, yang disebut biji-bijian. Mgrana dihubungkan satu sama lain oleh tilakoid lainnya ( lamela, fret). Jumlah tilakoid dalam satu segi bervariasi dari beberapa sampai 50 atau lebih. Pada gilirannya, dalam kloroplas tumbuhan tingkat tinggi terdapat sekitar 50 butir (40-60), tersusun dalam pola kotak-kotak. Pengaturan ini memastikan pencahayaan maksimum setiap butir. Di tengah grana terdapat klorofil yang dikelilingi oleh lapisan protein; kemudian ada lapisan lipoid, lagi-lagi protein dan klorofil. Klorofil memiliki kompleks struktur kimia dan ada dalam beberapa modifikasi ( a, b, c, d ). Tumbuhan tingkat tinggi dan alga mengandung x sebagai pigmen utama.lorofil a dengan rumus C 55 H 72 O 5 N 4 M g . Mengandung klorofil tambahan b (tumbuhan tingkat tinggi, ganggang hijau), klorofil c (coklat dan diatom), klorofil d (alga merah).Pembentukan klorofil hanya terjadi dengan adanya cahaya dan besi, yang berperan sebagai katalis.Matriks kloroplas adalah zat homogen tidak berwarna yang mengisi ruang antara tilakoid.Dalam matriks adalahenzim" fase gelap fotosintesis, DNA, RNA, ribosom.Selain itu, pengendapan primer pati dalam bentuk butiran pati terjadi di dalam matriks.

Sifat-sifat kloroplas:

· semi-otonom (mereka memiliki alat sintesis protein sendiri, tetapi sebagian besar informasi genetik ada di dalam nukleus);

· kemampuan untuk bergerak secara mandiri (jauh dari sinar matahari langsung);

· kemampuan untuk bereproduksi secara mandiri.

reproduksi kloroplas. Kloroplas berkembang dari proplastid, yang mampu bereplikasi dengan membelah diri. Pada tumbuhan tingkat tinggi, pembelahan kloroplas dewasa juga terjadi, tetapi sangat jarang. Dengan penuaan daun dan batang, pematangan buah, kloroplas kehilangan warna hijaunya, berubah menjadi kromoplas.

Fungsi kloroplas. Fungsi utama kloroplas adalah fotosintesis. Selain fotosintesis, kloroplas melakukan sintesis ATP dari ADP (fosforilasi), sintesis lipid, pati, dan protein. Kloroplas juga mensintesis enzim yang menyediakan fase cahaya fotosintesis.

Kromoplas(dari bahasa Yunani chromatos - warna, cat dan " plastik "- kuno)adalah plastida berwarna. Warnanya disebabkan oleh adanya pigmen berikut: karoten (oranye-kuning), likopen (merah) dan xantofil (kuning). Kromoplas sangat banyak di sel kelopak bunga dan membran buah. Kebanyakan kromoplas ditemukan pada buah-buahan dan bunga serta daun yang memudar. Kromoplas dapat berkembang dari kloroplas, yang kehilangan klorofil dan mengakumulasi karotenoid. Ini terjadi ketika banyak buah matang: setelah diisi dengan jus matang, mereka menguning, menjadi merah muda atau memerah.Fungsi utama kromoplas adalah memberikan warna pada bunga, buah, dan biji.

Tidak seperti leukoplas dan terutama kloroplas, membran dalam kloroplas tidak membentuk tilakoid (atau membentuk tilakoid tunggal). Kromoplas merupakan hasil akhir dari perkembangan plastida (kloroplas dan plastida berubah menjadi kromoplas).

Leukoplas(dari bahasa Yunani leucos - putih, plastos - kuno, dibuat). Ini adalah plastida tidak berwarna.bulat, bulat telur, berbentuk gelendong. Terletak di bagian bawah tanah tanaman, biji, kulit ari, inti batang. terutama kaya leukoplas umbi kentang.Cangkang bagian dalam membentuk beberapa tilakoid. Dalam cahaya, kloroplas terbentuk dari kloroplas.Leukoplas tempat pati sekunder disintesis dan terakumulasi disebut amiloplas, minyak - Eilaloplas, protein - proteoplas. Fungsi utama leukoplas adalah akumulasi nutrisi.

3. Masalah asal usul mitokondria dan plastida. Otonomi relatif

Ada dua teori utama tentang asal usul mitokondria dan plastida. Ini adalah teori filiasi langsung dan endosimbiosis berturut-turut. Menurut teori filiasi langsung, mitokondria dan plastida dibentuk oleh kompartementalisasi sel itu sendiri. Eukariota fotosintesis berevolusi dari prokariota fotosintesis. Dalam sel eukariotik autotrofik yang dihasilkan, mitokondria dibentuk oleh diferensiasi intraseluler. Akibat hilangnya plastida, hewan dan jamur berasal dari autotrof.

Yang paling dibuktikan adalah teori endosimbiosis berturut-turut. Menurut teori ini, munculnya sel eukariotik melalui beberapa tahap simbiosis dengan sel lain. Pada tahap pertama, sel-sel dari jenis bakteri heterotrofik anaerobik termasuk yang hidup bebas bakteri aerob diubah menjadi mitokondria. Secara paralel, di sel inang, genofor prokariotik dibentuk menjadi nukleus yang diisolasi dari sitoplasma. Dengan cara ini, sel eukariotik pertama muncul, yang heterotrofik. Sel eukariotik yang muncul melalui simbiosis berulang termasuk ganggang biru-hijau, yang menyebabkan munculnya struktur tipe kloroplas di dalamnya. Dengan demikian, mitokondria sudah ada dalam sel eukariotik heterotrofik ketika yang terakhir memperoleh plastida sebagai hasil simbiosis. Nanti akibatnya seleksi alam mitokondria dan kloroplas telah kehilangan sebagian materi genetiknya dan berubah menjadi struktur dengan otonomi terbatas.

Bukti untuk teori endosimbiosis:

1. kesamaan struktur dan proses energi pada bakteri dan mitokondria, di satu sisi, dan pada ganggang biru-hijau dan kloroplas, di sisi lain.

2. Mitokondria dan plastida memilikisistem spesifik sintesis protein (DNA, RNA, ribosom). Kekhususan sistem ini terletak pada otonominya dan perbedaan yang tajam dari yang ada di dalam sel.

3. DNA mitokondria dan plastida adalahmolekul siklik atau linier kecilyang berbeda dari DNA nukleus dan dalam karakteristiknya mendekati DNA sel prokariotik.Sintesis DNA mitokondria dan plastida tidakbergantung pada sintesis DNA inti.

4. Di dalam mitokondria dan kloroplas terdapat m-RNA, t-RNA, r-RNA. Ribosom dan rRNA organel ini sangat berbeda dari yang ada di sitoplasma. Secara khusus, ribosom mitokondria dan kloroplas, tidak seperti ribosom sitoplasma, sensitif terhadap antibiotik kloramfenikol, yang menekan sintesis protein dalam sel prokariotik.

5. Peningkatan jumlah mitokondria terjadi melalui pertumbuhan dan pembelahan mitokondria asli. Peningkatan jumlah kloroplas terjadi melalui perubahan proplastida, yang, pada gilirannya, berkembang biak dengan pembelahan.

Teori ini menjelaskan dengan baik pelestarian sisa-sisa sistem replikasi di mitokondria dan plastida dan memungkinkan untuk membangun filogeni yang konsisten dari prokariota ke eukariota.

Otonomi relatif kloroplas dan plastida. Dalam beberapa hal, mitokondria dan kloroplas berperilaku seperti organisme otonom. Misalnya, struktur ini hanya terbentuk dari mitokondria dan kloroplas asli. Hal ini ditunjukkan dalam percobaan pada sel tumbuhan, di mana pembentukan kloroplas dihambat oleh antibiotik streptomisin, dan pada sel ragi, di mana pembentukan mitokondria dihambat oleh obat lain. Setelah pengaruh seperti itu, sel-sel tidak pernah mengembalikan organel yang hilang. Alasannya adalah bahwa mitokondria dan kloroplas mengandung sejumlah materi genetik (DNA) mereka sendiri yang mengkode bagian dari struktur mereka. Jika DNA ini hilang, yang terjadi ketika pembentukan organel ditekan, maka strukturnya tidak dapat dibuat kembali. Kedua jenis organel memiliki sistem sintesis protein sendiri (ribosom dan RNA transfer), yang agak berbeda dari sistem sintesis protein utama sel; diketahui, misalnya, bahwa sistem organel yang mensintesis protein dapat ditekan oleh antibiotik, sementara mereka tidak mempengaruhi sistem utama. DNA organel bertanggung jawab atas sebagian besar pewarisan ekstrakromosomal, atau sitoplasma. Keturunan ekstrakromosomal tidak mematuhi hukum Mendel, karena selama pembelahan sel, DNA organel ditransmisikan ke sel anak dengan cara yang berbeda dari kromosom. Studi tentang mutasi yang terjadi pada DNA organel dan DNA kromosom telah menunjukkan bahwa DNA organel hanya bertanggung jawab atas sebagian kecil struktur organel; sebagian besar protein mereka dikodekan dalam gen yang terletak di kromosom. Otonomi relatif mitokondria dan plastida dianggap sebagai salah satu bukti asal simbiosis mereka.