Биология клетки/Часть 1. Клетка как она есть/5/5

Материал из Викиучебника — открытых книг для открытого мира
Перейти к навигации Перейти к поиску
Глава 5.5 Следующая глава →
Дыхание. Строение и функции митохондрий

Клеточное дыхание, его распространенность среди живых организмов[править]

Строение митохондрий[править]

Митохондрии — округлые или цилиндрические тельца диаметром 1-2 микрометра, окруженные двумя мембранами. Во внутреннюю мембрану заключено содержимое митохондрии — матрикс. Матрикс содержит генетический материал митохондрий (кольцевые, реже линейные молекулы ДНК), рибосомы и другие компоненты системы синтеза белка, ферменты, участвующие в цикле Кребса). Внутренняя мембрана митохондрий образует впячивания — кристы. Во внутреннюю мембрану встроены белки цепи переноса электронов, а также протонная АТФ-синтетаза.

Митохондрии разных эукариот сильно различаются по размерам и числу в клетке, форме крист, количеству и структуре молекул ДНК и другим признакам.

[1] Ченцов Ю. С. Хондриом — совокупность митохондрий клетки. СОЖ, 1997, N 12, с. 10-16

Теория симбиогенеза: происхождение митохондрий[править]

Гипотеза симбиотического происхождения хлоропластов впервые появилась в 1883 году. Её предложил Андреас Шимпер. Достаточно подробно в 1910-е годы теорию симбиогенеза обосновал К.С. Мережковский. В 1920-е годы теория симбиогенеза была развита Б.М. Козо-Полянским, был предложен вариант симбиотического происхождения митохондрий. Активное развитие теории началось уже в работе Линн Маргулис с 1960 года.

Согласно теории симбиогенеза митохондрии произошли от бактерий-симбионтов. Древние протоэукариоты не могли использовать кислород для генерации энергии, поэтому они вступили в симбиотическую связь с будущими митохондриями, захватив их в результате фагоцитоза. В результате эволюции они больше не могут существовать без клеток.

http://biotriton.narod.ru/text/fagocitoz.gif - Анимация фагоцитоза

Митохондрии обладают признаками бактерий:

1. У них имеется 2 замкнутые мембраны, унаследованные от их предков - грамотрицательных бактерий.

2. Размножаются бинарным делением, и только делением.

3. Есть кольцевая ДНК.

4. Имеют рибосомы прокариотического типа для синтеза белков.

То же самое можно сказать и о пластидах.

Основные процессы, происходящие в митохондриях. Цикл Кребса и электронтранспортная цепь[править]

Основные процессы, происходящие в митохондриях. Строение и работа АТФ-синтетазы[править]

Молекулярная модель АТФ-синтазы

Созданный протонный градиент использует для синтеза АТФ белок со сложной четвертичной структурой - протонная АТФ-синтетаза. Этот белок состоит из закрепленного во внутренней мембране митохондрии статора и вращающегося ротора. При одном обороте ротор пропускает через себя с наружной стороны мембраны на внутреннюю, в матрикс, около десятка протонов через специальный канал. За счет энергии, которая при этом расходуется, меняется конформация трех субъединиц ротора, где происходит синтез трех молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.При этом электрическая энергия протонного градиента преобразуется сначала в механическую, а затем - в энергию химических связей АТФ. КПД этого процесса приближается к 100% - больше, чем у любых созданных человеком устройств, преобразующих энергию.


[2]Тихонов А. Н. Молекулярные моторы. Часть 1. Вращающиеся моторы живой клетки // СОЖ. 1999, № 6, с. 8-16

[3]- Лекция «Молекулярные машины» (ФМБФ физтеха; в начале лекции речь идет о наследовании групп крови, а затем про АТФ-синтазу)

[4] — Анимация и видео (текст на английском)