Двойная мембранная органелла – митохондрия – характерна для эукариотических клеток. Функционирование организма в целом зависит от функций митохондрий.

Строение

Митохондрии состоят из трех взаимосвязанных компонентов:

  • внешняя мембрана;
  • внутренняя мембрана;
  • матрица.

Наружная гладкая мембрана состоит из липидов, между которыми находятся гидрофильные белки, образующие канальцы. Молекулы проходят через эти канальцы во время транспорта веществ.

Внешняя и внутренняя мембраны располагаются на расстоянии 10-20 нм. Межмембранное пространство заполнено ферментами. В отличие от лизосомальных ферментов, участвующих в расщеплении веществ, ферменты в межмембранном пространстве переносят на субстрат остатки фосфорной кислоты с расходом АТФ (процесс фосфорилирования).

Внутренняя мембрана упакована под наружной в виде множества складок — крист.
Они образованы:

  • липиды, проницаемые только для кислорода, углекислого газа, воды;
  • ферментативные, транспортные белки, участвующие в окислительных процессах и транспорте веществ.

Здесь за счет дыхательной цепи происходит второй этап клеточного дыхания и образование 36 молекул АТФ.

Между складками находится полужидкое вещество – матрица.
Матрица включает в себя:

  • ферменты (сотни различных типов);
  • жирная кислота;
  • белки (67% митохондриальных белков);
  • митохондриальная кольцевая ДНК;
  • митохондриальные рибосомы.

Наличие рибосом и ДНК свидетельствует об определенной автономии органеллы.

Функции митохондрий

Рис. 1. Строение митохондрий.

Ферментативные белки матрикса участвуют в окислении пирувата – пировиноградной кислоты в ходе клеточного дыхания.

Значение

Основная функция митохондрий в клетке — синтез АТФ, т.е производство энергии. В результате клеточного дыхания (окисления) образуется 38 молекул АТФ. Синтез АТФ основан на окислении органических соединений (субстрата) и фосфорилировании АДФ. Субстратом для митохондрий являются жирные кислоты и пируват.

Функции митохондрий

Рис. 2. Образование пирувата в результате гликолиза.

Общая характеристика процесса дыхания представлена ​​в таблице.

Где это происходит

Вещества

Процессы

Цитоплазма

Глюкоза

В результате гликолиза она расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты, которые попадают в матрикс

Матрица

Пируват

Отщепляется ацетильная группа, которая присоединяется к коферменту А (КоА), образуя ацетил-кофермент А (ацетил-КоА), и высвобождается молекула углекислого газа. Ацетил-КоА также может образовываться из жирных кислот в отсутствие синтеза углеводов

Ацетил-КоА

Вступает в цикл Кребса или цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот). Цикл начинается с образования лимонной кислоты. Затем в результате семи реакций образуются две молекулы углекислого газа НАДН и ФАДН2

Криста

НАДН и ФАДН2

В ходе окисления НАДН расщепляется до НАД+, двух высокоэнергетических электронов (е–) и двух протонов Н+. Электроны передаются в дыхательную цепь, содержащую три ферментных комплекса, на внутренней мембране. Прохождение электрона через комплексы сопровождается выделением энергии. При этом в межмембранное пространство высвобождаются протоны. Свободные протоны имеют тенденцию возвращаться в матрицу, создавая электрический потенциал. По мере увеличения напряжения H+ устремляется внутрь через АТФ-синтазу, специальный белок. Энергия протонов используется для фосфорилирования АДФ и синтеза АТФ. H+ соединяется с кислородом, образуя воду

Функции митохондрий

Рис. 3. Процесс клеточного дыхания.

Митохондрии – органеллы, от которых зависит работа целого организма. Признаками нарушения функций митохондрий являются снижение скорости потребления кислорода, увеличение проницаемости внутренней мембраны, набухание митохондрии. Эти изменения происходят вследствие токсического отравления, инфекционного заболевания, гипоксии.

Что мы узнали?

На уроках биологии мы узнали об особенностях строения митохондрий и кратко изучили функции и процесс клеточного дыхания. Благодаря работе митохондрий пировиноградная кислота, образующаяся при гликолизе, и жирные кислоты окисляются до углекислого газа и воды. В результате клеточного дыхания выделяется энергия, которая используется для жизнедеятельности организма.