Строение и функции митохондрий. Механизмы образования АТФ в клетке при биологическом окислении.
Митохондрии или хондриосомы (от греч. mitos – нить, chondrion — зернышко, soma — тельце) представляют собой гранулярные или нитевидные органеллы, присутствующие в цитоплазме простейших, растений и животных. Митохондрии можно наблюдать в живых клетках, так как они обладают достаточно высокой плотностью. В живых клетках митохондрии могут двигаться, перемещаться, сливаться друг с другом. В митохондриях происходит аккумуляция(накопление) энергии дыхания в аденозинтрифосфате (АТФ). Энергия, запасаемая в АТФ, служит основным источником для физиологической деятельности клетки. Митохондрии обычно имеют удлиненную палочковидную форму длиной 4—7 мкм и диаметром 0,5—2 мкм. Число митохондрий в клетке может быть различным от 500 до 1000 и зависит от роли данного органа в процессах энергетического обмена.
Химический состав митохондрий несколько колеблется. В основном это белково-липидные органеллы. Содержание белка в них составляет 60—65%, причем структурные и ферментативные белки содержатся примерно в равной пропорции, а также около 30% липидов. Митохондрии содержат нуклеиновые кислоты: РНК — 1 % и ДНК —0,5%. В митохондриях имеется не только ДНК, но и вся система синтеза белка, в том числе рибосомы.
Митохондрии окружены двойной мембраной. Толщина мембран составляет 6—10 нм. Мембраны митохондрий на 70% состоят из белка. Фосфолипиды мембран представлены фосфатидтилхолином, фосфатидилэтаноламином, а также специфическими фосфолипидами, например, кардиолипином. Мембраны митохондрий не пропускают Н+ и служат барьером для их транспорта.
Между мембранами находится заполненное жидкостью перимитохондриальное пространство. Внутреннее пространство митохондрий заполняет матрикс в виде студнеобразной полужидкой массы. В матриксе сосредоточены ферменты цикла Кребса. Внутренняя мембрана дает выросты — кристы в виде пластин и трубочек, они разделяют внутреннее пространство митохондрий на отдельные отсеки. Во внутренней мембране локализована дыхательная цепь (цепь переноса электронов).
Митохондрии способны к движению. Это имеет большое значение в жизни клетки, так как митохондрии передвигаются к тем местам, где идет усиленное потребление энергии. Они могут ассоциировать друг с другом, как путем тесного сближения, так и при помощи связующих тяжей. Наблюдаются также контакты митохондрий с эндоплазматической сетью, ядром, хлоропластами.
Функции митохондрий: 1) осуществление окислительных реакций, являются источниками электронов; 2) перенос электронов по цепи компонентов, синтез АТФ; 3) катализируют синтетические реакции, идущие с использованием энергии АТФ; 4) регулируют биохимические процессы в цитоплазме.
Механизмы образования АТФ в клетке при биологическом окислении.
Различают 2 механизма АТФ: а) окислительное фосфорилирование – образование АТФ за счет освобождения и аккумуляции энергии, выделяемой в процессе окисления питательных веществ. Этот механизм протекает в митохондриях и является основным путем образования АТФ. б) субстратное фосфорилирование – образование АТФ за счет энергии, заключенной в высокоэнергетических соединениях. (макроэргических субстратах). Этот механизм имеет второстепенное значение, не сопряжен с окислительным распадом веществ, протекает в основном в цитоплазме. К субстратам, богатым энергией, относятся фосфоглицериновая кислота, фосфоэнолпируват (ФЭП), сукцинил-СоА, креатинфосфат, и ряд других.
Биологическое окисление в организме может протекать двумя путями: а) путем дегидрирования – отщепления протонов и электронов от окисляемого субстрата. В зависимости от условий (аэробных или анаэробных) акцептором протонов и электронов может быть либо кислород, либо пируват, который восстанавливается в лактат. Аэробный путь окисления протекает в митохондриях и связан с процессами образования АТФ. Распад органических соединений в живых тканях, сопровождающийся поглощением кислорода и выделением воды и углекислого газа называется тканевым дыханием
б) путем непосредственного присоединения кислорода к молекуле окисляемого субстрата. Этот путь протекает в микросомальной фракции, не связан с образованием АТФ и участвует в пластических и детоксикационных процессах, протекающих в организме.