1 - membrana zewnętrzna;
3 - matryca;
2 - membrana wewnętrzna;
4 - przestrzeń okołomitochondrialna.
Właściwości mitochondriów (białka, budowa) są kodowane częściowo w mitochondrialnym DNA, a częściowo w jądrze komórkowym. Zatem genom mitochondrialny koduje białka rybosomalne i częściowo system nośników łańcucha transportu elektronów, a genom jądrowy koduje informację o białkach enzymatycznych cyklu Krebsa. Porównanie wielkości mitochondrialnego DNA z liczbą i wielkością białek mitochondrialnych pokazuje, że zawiera on informację o prawie połowie białek. To pozwala nam uważać mitochondria, podobnie jak chloroplasty, za półautonomiczne, to znaczy nie całkowicie zależne od jądra. Mają własne DNA i własny system syntezy białek i to z nimi i z plastydami wiąże się tak zwane dziedziczenie cytoplazmatyczne. W większości przypadków jest to dziedziczenie matczyne, ponieważ początkowe cząsteczki mitochondriów są zlokalizowane w jaju. Zatem mitochondria zawsze powstają z mitochondriów. Szeroko dyskutowano nad tym, jak postrzegać mitochondria i chloroplasty z perspektywy ewolucyjnej. Już w 1921 roku rosyjski botanik B.M. Kozo-Polyansky wyraził opinię, że komórka jest układem symbiotroficznym, w którym współistnieje kilka organizmów. Obecnie powszechnie przyjmuje się endosymbiotyczną teorię pochodzenia mitochondriów i chloroplastów. Zgodnie z tą teorią mitochondria były w przeszłości organizmami niezależnymi. Według L. Margelisa (1983) mogą to być eubakterie zawierające szereg enzymów oddechowych. Na pewnym etapie ewolucji przedostały się do prymitywnej komórki zawierającej jądro. Okazało się, że DNA mitochondriów i chloroplastów swoją strukturą znacznie różni się od jądrowego DNA roślin wyższych i jest podobne do DNA bakteryjnego (struktura kołowa, sekwencja nukleotydów). Podobieństwo widać także w wielkości rybosomów. Są mniejsze niż rybosomy cytoplazmatyczne. Synteza białek w mitochondriach, podobnie jak synteza bakterii, jest hamowana przez antybiotyk chloramfenikol, który nie wpływa na syntezę białek na rybosomach eukariotycznych. Ponadto system transportu elektronów u bakterii zlokalizowany jest w błonie komórkowej, co przypomina organizację łańcucha transportu elektronów w wewnętrznej błonie mitochondrialnej.
Mitochondria są „elektrowniami” eukariontów, wytwarzającymi energię do aktywności komórkowej. Generują one energię, przekształcając ją w formy, które mogą być wykorzystane przez komórkę. Znajdujące się w nich mitochondria służą jako „baza” oddychania komórkowego. - proces generujący energię do działania komórek. Mitochondria biorą także udział w innych procesach komórkowych, takich jak wzrost i.
Charakterystyczne cechy
Mitochondria mają charakterystyczny podłużny lub owalny kształt i są pokryte podwójną błoną. Występują zarówno w, jak i w. Liczba mitochondriów w komórce różni się w zależności od rodzaju i funkcji komórki. Niektóre komórki, takie jak dojrzałe czerwone krwinki, w ogóle nie zawierają mitochondriów. Brak mitochondriów i innych organelli pozostawia miejsce dla milionów cząsteczek hemoglobiny potrzebnych do transportu tlenu w całym organizmie. Z drugiej strony komórki mięśniowe mogą zawierać tysiące mitochondriów, które wytwarzają energię potrzebną do aktywności mięśni. Mitochondria są również bogate w komórki tłuszczowe i komórki wątroby.
DNA mitochondrialne
Mitochondria mają własne DNA (mtDNA) i mogą syntetyzować własne białka. mtDNA koduje białka biorące udział w przenoszeniu elektronów i fosforylacji oksydacyjnej zachodzącej podczas oddychania komórkowego. Fosforylacja oksydacyjna w macierzy mitochondrialnej wytwarza energię w postaci ATP. Białka syntetyzowane z mtDNA są również kodowane w celu wytworzenia cząsteczek RNA, które przenoszą RNA i rybosomalny RNA.
DNA mitochondrialny różni się od DNA występującego w tym, że nie posiada mechanizmów naprawy DNA, które pomagają zapobiegać mutacjom w DNA jądrowym. W rezultacie mtDNA ma znacznie wyższy współczynnik mutacji niż DNA jądrowy. Narażenie na reaktywny tlen wytwarzany przez fosforylację oksydacyjną również uszkadza mtDNA.
Struktura mitochondriów
Mitochondria są otoczone podwójnym . Każda z tych membran jest dwuwarstwą fosfolipidową z osadzonymi białkami. Zewnętrzna membrana jest gładka, ale wewnętrzna membrana ma wiele fałd. Te fałdy nazywane są cristae. Zwiększają „produktywność” oddychania komórkowego poprzez zwiększenie dostępnej powierzchni.
Podwójne membrany dzielą mitochondrium na dwie odrębne części: przestrzeń międzybłonową i macierz mitochondrialną. Przestrzeń międzybłonowa to wąska część pomiędzy dwiema błonami, natomiast macierz mitochondrialna to część zamknięta w błonach.
Macierz mitochondrialna zawiera mtDNA, rybosomy i enzymy. Niektóre etapy oddychania komórkowego, w tym cykl kwasu cytrynowego i fosforylacja oksydacyjna, zachodzą w macierzy ze względu na wysokie stężenie enzymów.
Mitochondria są półautonomiczne, ponieważ ich replikacja i wzrost tylko częściowo zależą od komórki. Mają własne DNA, rybosomy, białka i kontrolę nad ich syntezą. Podobnie jak bakterie, mitochondria mają kolisty DNA i replikują się w procesie reprodukcji zwanym podziałem binarnym. Przed replikacją mitochondria łączą się ze sobą w procesie zwanym fuzją. Jest to konieczne do utrzymania stabilności, ponieważ bez tego mitochondria będą się kurczyć podczas podziału. Zredukowane mitochondria nie są w stanie wytworzyć wystarczającej ilości energii niezbędnej do normalnego funkcjonowania komórek.
Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.
Mitochondria to mikroskopijne organelle związane z błoną, które dostarczają komórce energię. Dlatego nazywane są stacjami energetycznymi (bateriami) ogniw.
Mitochondria nie występują w komórkach organizmów prostych, bakterii i entameb, które żyją bez użycia tlenu. Niektóre zielone algi, trypanosomy, zawierają jedno duże mitochondrium, a komórki mięśnia sercowego i mózgu mają od 100 do 1000 takich organelli.
Cechy strukturalne
Mitochondria to organelle dwubłonowe; mają błonę zewnętrzną i wewnętrzną, przestrzeń międzybłonową między nimi oraz macierz.
Zewnętrzna membrana. Jest gładka, nie ma fałd i oddziela zawartość wewnętrzną od cytoplazmy. Jego szerokość wynosi 7 nm i zawiera lipidy i białka. Ważną rolę odgrywa porina, białko tworzące kanały w błonie zewnętrznej. Zapewniają wymianę jonową i molekularną.
Przestrzeń międzybłonowa. Rozmiar przestrzeni międzybłonowej wynosi około 20 nm. Wypełniająca ją substancja ma podobny skład do cytoplazmy, z wyjątkiem dużych cząsteczek, które mogą tu przedostać się jedynie poprzez transport aktywny.
Wewnętrzna membrana. Zbudowany jest głównie z białka, tylko jedna trzecia przypada na substancje lipidowe. Duża liczba białek to białka transportowe, ponieważ w błonie wewnętrznej brakuje swobodnie przepuszczalnych porów. Tworzy wiele odrostów - cristae, które wyglądają jak spłaszczone grzbiety. Utlenianie związków organicznych do CO 2 w mitochondriach zachodzi na błonach cristae. Proces ten jest zależny od tlenu i zachodzi pod wpływem syntetazy ATP. Uwolniona energia jest magazynowana w postaci cząsteczek ATP i wykorzystywana w miarę potrzeb.
Matryca– środowisko wewnętrzne mitochondriów ma ziarnistą, jednorodną strukturę. W mikroskopie elektronowym można zobaczyć granulki i włókna w kulkach swobodnie leżących pomiędzy cristae. W matrixie znajduje się półautonomiczny układ syntezy białek - znajdują się tu DNA, wszystkie rodzaje RNA i rybosomy. Mimo to większość białek pochodzi z jądra, dlatego mitochondria nazywane są organellami półautonomicznymi.
Lokalizacja i podział komórki
Hondriom to grupa mitochondriów skupiona w jednej komórce. Są one różnie zlokalizowane w cytoplazmie, co zależy od specjalizacji komórek. Umieszczenie w cytoplazmie zależy również od otaczających organelli i inkluzji. W komórkach roślinnych zajmują obrzeża, ponieważ mitochondria są wypychane w kierunku błony przez centralną wakuolę. W komórkach nabłonka nerek błona tworzy wypustki, pomiędzy którymi znajdują się mitochondria.
W komórkach macierzystych, gdzie energia jest zużywana równomiernie przez wszystkie organelle, mitochondria są rozmieszczone chaotycznie. W wyspecjalizowanych ogniwach skupiają się one głównie w obszarach o największym zużyciu energii. Na przykład w mięśniach prążkowanych znajdują się one w pobliżu miofibryli. W plemnikach pokrywają one spiralnie oś wici, gdyż do jej wprawienia i poruszenia plemnikiem potrzeba dużo energii. Zawierają także pierwotniaki poruszające się za pomocą rzęsek duża liczba mitochondria u ich podstawy.
Dział. Mitochondria są zdolne do niezależnej reprodukcji, mając własny genom. Organelle są podzielone przewężeniami lub przegrodami. Częstotliwość powstawania nowych mitochondriów w różnych komórkach jest różna, np. w tkance wątroby są one wymieniane co 10 dni.
Funkcje w komórce
- Główną funkcją mitochondriów jest tworzenie cząsteczek ATP.
- Odkładanie jonów wapnia.
- Udział w wymianie wody.
- Synteza prekursorów hormonów steroidowych.
Biologia molekularna to nauka badająca rolę mitochondriów w metabolizmie. Przekształcają także pirogronian w acetylokoenzym A i beta-oksydację kwasów tłuszczowych.
| Tabela: budowa i funkcje mitochondriów (w skrócie) | ||
|---|---|---|
| Elementy konstrukcyjne | Struktura | Funkcje |
| Zewnętrzna membrana | Gładka skorupa zbudowana z lipidów i białek | Oddziela zawartość wewnętrzną od cytoplazmy |
| Przestrzeń międzybłonowa | Są jony wodoru, białka, mikrocząsteczki | Tworzy gradient protonowy |
| Wewnętrzna membrana | Tworzy wypustki - cristae, zawiera systemy transportu białek | Transfer makrocząsteczek, utrzymanie gradientu protonów |
| Matryca | Lokalizacja enzymów cyklu Krebsa, DNA, RNA, rybosomów | Utlenianie tlenowe z uwolnieniem energii, konwersja pirogronianu do acetylokoenzymu A. |
| Rybosomy | Połączone dwie podjednostki | Synteza białek |
Podobieństwa między mitochondriami i chloroplastami
Wspólne właściwości mitochondriów i chloroplastów wynikają przede wszystkim z obecności podwójnej błony.
Oznaki podobieństwa obejmują także zdolność do samodzielnej syntezy białka. Organelle te mają własne DNA, RNA i rybosomy.
Zarówno mitochondria, jak i chloroplasty mogą dzielić się przez zwężenie.
Łączy je również zdolność do wytwarzania energii; mitochondria są bardziej wyspecjalizowane w tej funkcji, ale chloroplasty wytwarzają również cząsteczki ATP podczas procesów fotosyntezy. Zatem komórki roślinne mają mniej mitochondriów niż komórki zwierzęce, ponieważ chloroplasty częściowo pełnią za nie funkcje.
Opiszmy pokrótce podobieństwa i różnice:
- Są to organelle dwubłonowe;
- wewnętrzna błona tworzy wypukłości: cristae są charakterystyczne dla mitochondriów, a thillacoidy są charakterystyczne dla chloroplastów;
- mają swój własny genom;
- zdolne do syntezy białek i energii.
Organelle te różnią się funkcjami: mitochondria służą do syntezy energii, zachodzi tu oddychanie komórkowe, chloroplasty są potrzebne komórkom roślinnym do fotosyntezy.
Każde mitochondria składają się z plenerowy I membrany wewnętrzne, pomiędzy którymi jest przestrzeń międzybłonowa (ryc..7). Wewnętrzna membrana tworzy fałdy - święta, zwrócone do wnętrza mitochondriów. Przestrzeń ograniczona błoną wewnętrzną wypełniona jest mitochondriami matryca, - materiał drobnoziarnisty o zmiennej gęstości elektronowej.
Ryc.7.
Zewnętrzna membrana mitochondria zawierają wiele cząsteczek wyspecjalizowanych białek transportowych (np. poriny), co zapewnia jej wysoką przepuszczalność, a także białka receptorowe rozpoznające białka transportowane przez obie błony mitochondrialne w specjalnych punktach ich styku – strefach adhezji.
Wewnętrzna membrana mitochondria tworzą fałdy - święta, dzięki czemu znacznie wzrasta powierzchnia wewnętrzna mitochondria. Błona wewnętrzna zawiera białka transportowe; enzymy łańcucha oddechowego i dehydrogenaza bursztynianowa; Kompleks syntetazy ATP. Na cristae znajdują się cząstki elementarne ( oksysomy lub cząstki F1), składające się z okrągłej główki (9 nm) i cylindrycznej nogi. To na nich sprzężone są procesy utleniania i fosforylacji (ADP → ATP).
Najczęściej cristae są zlokalizowane prostopadle do długiej osi mitochondriów i mają blaszkowate (blaszkowate) kształt. W komórkach syntetyzujących hormony steroidowe cristae wyglądają jak rurki lub pęcherzyki - cristae rurkowo-pęcherzykowe. W tych komórkach enzymy syntezy steroidów są częściowo zlokalizowane na wewnętrznej błonie mitochondrialnej
Liczba i powierzchnia cristae odzwierciedlają działalność funkcjonalna komórki: największą powierzchnię cristae charakteryzują np. mitochondria komórek mięśnia sercowego, gdzie zapotrzebowanie na energię jest stale bardzo duże.
Macierz mitochondrialna – drobnoziarnista substancja wypełniająca jamę mitochondrialną. Matryca zawiera kilkaset enzymów: enzymów Cykl Krebsa, utlenianie kwasów tłuszczowych, białko synteza . Czasami można tu znaleźć komórki mitochondrialne granulki, a także zlokalizowane mitochondrialne DNA, mRNA, tRNA, rRNA I rybosomy mitochondrialne. Granulki mitochondrialne to cząstki o dużej gęstości elektronowej o średnicy 20-50 nm, zawierające jony Ca i Mg.
DNA mitochondrialny ma kształt kolisty i zawiera 37 genów. Informacja genetyczna mitochondrialnego DNA zapewnia syntezę około 5-6% białek mitochondrialnych (enzymów układu transportu elektronów). Synteza innych białek mitochondrialnych jest kontrolowana przez DNA jądrowy. Dziedziczenie mitochondrialnego DNA następuje wyłącznie w linii matczynej.
Uszkodzenie mitochondrialnego DNA w wyniku mutacji może prowadzić do rozwoju szeregu patologii - cytopatii mitochondrialnych (zespoły Bartha, Patersona, MERRF (czerwone uszkodzone włókna) itp.).
LIZOSOMY- organelle błonowe, które zapewniają trawienie wewnątrzkomórkowe(rozszczepienie) makrocząsteczek pochodzenia zewnątrzkomórkowego i wewnątrzkomórkowego oraz odnowa składników komórkowych.
Morfologicznie lizosomy to okrągłe pęcherzyki otoczone błoną i zawierające dużą liczbę różnych hydrolaz (ponad 60 enzymów). Najbardziej charakterystycznymi enzymami lizosomów są: kwaśna fosfataza (marker lizosomy), proteazy, nukleazy, sulfatazy, lipazy, glikozydazy. Wszystkie enzymy lityczne lizosomów są hydrolazy kwasowe, tj. maksimum ich aktywności występuje przy pH≈5.
Błona lizosomu (o grubości około 6 nm) ma pompa protonowa powodując zakwaszenie środowiska wewnątrz organelli, zapewnia dyfuzję drobnocząsteczkowych produktów trawienia makrocząsteczek do hialoplazmy i zapobiega przedostawaniu się enzymów litycznych do hialoplazmy.
Uszkodzenie błony prowadzi do zniszczenia komórek w wyniku samotrawienia.
Lizosomy są obecne we wszystkich komórkach. Szczególnie wiele lizosomów znajduje się w komórkach, w których aktywnie zachodzą procesy fagocytozy, a następnie trawienie wychwyconego materiału (na przykład w granulocytach neutrofili, makrofagach, osteoklastach).
Lizosomy dzielą się na podstawowy (nieaktywny) I wtórny (aktywny).
Pierwotne lizosomy(pęcherzyki hydrolazy) to małe okrągłe pęcherzyki (zwykle o średnicy około 50 nm) z drobnoziarnistą, jednorodną, gęstą matrycą. Wiarygodna identyfikacja pierwotnych lizosomów możliwa jest jedynie poprzez histochemiczne wykrycie charakterystycznych enzymów ( kwaśna fosfataza ). Lizosomy pierwotne to struktury nieaktywne, które nie weszły jeszcze w procesy rozszczepiania substratów.
Lizosomy wtórne– organelle aktywnie biorące udział w procesach trawienia wewnątrzkomórkowego. Średnica lizosomów wtórnych wynosi zwykle 0,5–2 µm; ich kształt i struktura mogą się znacznie różnić w zależności od trawionego substratu, ale zazwyczaj zawartość lizosomów wtórnych jest niejednorodna.
Lizosom wtórny powstaje w wyniku fuzji lizosomu pierwotnego z fagosomem lub autofagosomem (ryc. 8).
Fagolizosom powstaje w wyniku fuzji pierwotnego lizosomu z fagosomem – pęcherzykiem błonowym zawierającym materiał wychwycony przez komórkę z zewnątrz. Proces niszczenia tego materiału nazywa się heterofagia. Heterofagia odgrywa ważną rolę w funkcjonowaniu wszystkich komórek. Szczególne znaczenie heterofagia dotyczy komórek pełniących funkcję ochronną, takich jak makrofagi i leukocyty neutrofilowe, które wychwytują i trawią patogeny.
Autofagolizosom powstaje w wyniku fuzji pierwotnego lizosomu z autofagosomem, pęcherzykiem błonowym zawierającym własne składniki komórki, które ulegają zniszczeniu. Nazywa się proces trawienia materiału wewnątrzkomórkowego autofagia. Autofagia zapewnia ciągłą odnowę struktur komórkowych w wyniku trawienia mitochondriów, polisomów i fragmentów błon.
Ryc.8.
Pozostałości ciał– lizosomy zawierające niestrawiony materiał, który może znajdować się w cytoplazmie długo. W niektórych długowiecznych komórkach (neuronach, kardiomiocytach, hepatocytach) brązowy endogenny pigment lipofuscyna, „pigment starzejący się”, gromadzi się w ciałach resztkowych.
Niedobór enzymu lizosomalnego może prowadzić do rozwoju szeregu chorób (choroby spichrzeniowe) spowodowanych gromadzeniem się w komórkach niestrawionych substancji, które upośledzają ich funkcjonowanie. Przykłady obejmują: choroba Hürlera, w którym z powodu braku α-L-iduronidazy fibroblasty i osteoblasty gromadzą siarczan dermatanu, a u pacjentów występują liczne defekty w chondro- i osteogenezie oraz upośledzenie umysłowe; Choroba Tay-Sachsa(z powodu niedoboru heksozominidazy A glikolipidy gromadzą się w komórki nerwowe i układ nerwowy jest dotknięty); Choroba Gauchera(z powodu dziedzicznego defektu glukocerebrozydazy, glikolipidy gromadzą się w makrofagach, co wpływa na wątrobę i śledzionę) i inne.
Peroksysomy– kuliste organelle błonowe o średnicy 0,05 – 1,5 µm, o średnio gęstej, jednorodnej lub drobnoziarnistej matrycy. Małe peroksysomy znajdują się we wszystkich komórkach, a duże peroksysomy znajdują się w hepatocytach, makrofagach i komórkach kanalików nerkowych. Macierz peroksysomów zawiera aż 50 różnych enzymów, z których najważniejsze to: katalaza(marker peroksysomów), peroksydaza, oksydazy aminokwasowe, oksydaza moczanowa.
U niektórych gatunków zwierząt peroksysomy wykazują gęstszy krystaliczny rdzeń - nukleoid, składający się z oksydazy moczanowej. W peroksysomach komórek ludzkich nie ma nukleotydu, ponieważ nie ma zdolności do metabolizowania moczanów.
Funkcje peroksysomów:
Utlenianie aminokwasów i innych substratów;
Chroni komórkę przed działaniem nadtlenku wodoru, silnego utleniacza powstającego w wyniku utleniania związków organicznych i mającego szkodliwy wpływ na komórkę. W tym przypadku katalaza peroksysomalna rozkłada nadtlenek wodoru na wodę i tlen.
Udział w rozkładzie kwasów tłuszczowych;
Udział w neutralizacji szeregu substancji (alkohol itp.).
Zaburzenia aktywności peroksysomów powodują szereg chorób dziedzicznych - choroby peroksysomalne z ciężkimi zaburzeniami układ nerwowy(zespół Zellwegera itp.)
Ryc.9.
Cytoszkielet– złożona trójwymiarowa sieć organelli niebłonowych (ryc. 9):
· mikrotubule;
· mikrofilamenty;
· włókna pośrednie.
Główną funkcją cytoszkieletu jest układ mięśniowo-szkieletowy:
Utrzymanie i zmiana kształtu komórki;
Ruch składników w komórce;
Transport substancji do i z komórki;
Zapewnienie ruchliwości komórek
Mikrotubule- największe elementy cytoszkieletu. Mikrotubule to wydrążone cylindryczne formacje o różnej długości, średnicy 24-25 nm i grubości ścianki 5 nm.
Ściana mikrotubul składa się ze spirali
zlokalizowane wątki - profile, utworzony przez dimery globularnych cząsteczek białka - α- i β- tubulina.
Ściana mikrotubuli składa się z 13 podjednostek profilamentowych.
Mikrotubule mogą być zlokalizowane w cytoplazmie w postaci pojedynczych elementów, w postaci wiązek, w których są połączone cienkimi mostkami krzyżowymi, lub mogą częściowo łączyć się ze sobą, tworząc dublety(w aksonemie rzęsek i wici) i trojaczki(w ciele podstawnym i centriolach.
Mikrotubule to labilny układ, w którym zachowana jest równowaga pomiędzy ich ciągłym składaniem i dysocjacją.
Centra organizacyjne mikrotubul (MTOC) to satelity – kuliste struktury białkowe zawarte w ciałach podstawnych rzęsek i centrum komórkowym, a także centromery chromosomów.
Funkcje mikrotubul:
· utrzymanie stabilnego kształtu komórki i kolejności rozmieszczenia jej składników;
· zapewnienie transportu wewnątrzkomórkowego, w tym organelli, pęcherzyków, ziarnistości wydzielniczych (dzięki niektórym białkom związanym z mikrotubulami);
· tworzenie podstawy centrioli i wrzeciona achromatyny oraz zapewnienie ruchu chromosomów podczas mitozy;
· tworzenie podstawy rzęsek i wici oraz zapewnienie ich ruchu.
Zahamowanie samoorganizacji mikrotubul pod działaniem blokerów (kolchicyny itp.) na komórkę powoduje śmierć szybko dzielących się komórek z powodu braku wrzeciona mitotycznego, zaburzenie procesów transportu w komórce (transport aksonalny w neuronach, wydzielanie ), zmiany kształtu komórek, dezorganizacja organelli komórkowych (w szczególności cystern EPS).
Centrum komórek utworzone przez dwie puste w środku cylindryczne struktury - centriole, które są względem siebie ustawione pod kątem prostym.
Każda centriola jest krótkim cylindrem o długości ~0,5 µm i średnicy ~0,2 µm, składającym się z 9 trójek częściowo połączonych rurek (A, B i C), połączonych mostkami międzybiałkowymi (ryc. 10).
Wzór na strukturę centrioli opisano jako (9 × 3) + 0 , ponieważ w części środkowej nie ma mikrotubul. Każda trójka centrioli jest powiązana z kulistymi ciałami białkowymi - satelitami, z których rozciągają się mikrotubule, tworząc centrosferę.
Ryc. 10.
W niedzielącej się komórce wykryto jedną parę centrioli - diplosom, który zwykle znajduje się w pobliżu jądra. Przed podziałem komórki w okresie S interfazy, duplikacja centrioli: Pod kątem prostym do każdej dojrzałej (matki) centrioli pary tworzy się nowa (córka) centriola.
We wczesnej profazie mitozy pary centrioli rozchodzą się w stronę biegunów komórkowych i służą jako centra tworzenia mikrotubul wrzeciona achromatyny.
Rzęsy I wici są wyrostkami cytoplazmy, które mają ruchliwość. Podstawą rzęsek i wici jest szkielet mikrotubul zwany aksonem ( Ryc. 11).
Długość rzęsek wynosi 2-10 mikronów, a ich liczba na powierzchni jednej komórki może sięgać nawet kilkuset.
W organizmie człowieka wić występuje tylko w jednym typie komórek – plemniku. W tym przypadku jeden plemnik ma jedną wici o długości 50-70 mikronów.
Ryc. 11.
Aksonem utworzony przez 9 obwodowych par mikrotubul (mikrotubul A i B) oraz jedną parę centralnie położoną; taką strukturę opisuje wzór (9 × 2) + 2. Centralna para mikrotubul jest otoczona centralną powłoką, z której promieniowe szprychy odchodzą do obwodowych dubletów. Dublety obwodowe są połączone ze sobą mostkami białkowymi neksyny, a „uchwyty” białek rozciągają się od mikrotubuli A do mikrotubuli B sąsiedniego dubletu dyneina, który ma aktywność ATPazy, która jest niezbędna do przesuwania się sąsiednich dubletów w aksonemie, powodując ruch (bicie) rzęsek i wici
Mutacje powodujące zmiany w białkach rzęsek i wici prowadzą do różnych dysfunkcji komórek. Zatem w przypadku braku uchwytów dyneinowych ( Naprawiono zespół rzęsek, Lub zespół Kartagenera ), pacjentki cierpią na przewlekłe choroby układu oddechowego i niepłodność (w wyniku unieruchomienia plemników i zaburzeń ruchu komórek jajowych przez jajowód).
U podstawy każdej rzęski lub wici leży ciało podstawowe, podobną budową do centrioli. Na poziomie wierzchołkowego końca trzonu podstawnego kończy się mikrotubula C trójki, podczas gdy mikrotubule A i B przechodzą do odpowiednich mikrotubul aksonemu rzęski. Podczas rozwoju rzęsek lub wici ciało podstawne pełni rolę matrycy, na której gromadzą się składniki aksonemu
Mikrofilamenty– cienkie włókna białkowe o średnicy 5-7 nm, zlokalizowane w cytoplazmie pojedynczo, w formie sieci lub w uporządkowanych wiązkach (w mięśniach szkieletowych i sercowych). Głównym białkiem mikrofilamentów jest aktyna– występuje w komórkach zarówno w formie monomerycznej (globularna G-aktyna), jak i w postaci polimerycznej fibrylarnej F-aktyny.
Funkcje mikrofilamentów:
We włóknach mięśniowych i komórkach mikrofilamenty aktynowe tworzą uporządkowane wiązki i podczas interakcji z włóknami miozyny zapewniają ich skurcz.
W komórkach innych niż mięśniowe mikrofilamenty tworzą sieć korową (końcową), w której mikrofilamenty są usieciowane za pomocą specjalnych białek (filaminy itp.). Sieć korowa z jednej strony zapewnia utrzymanie kształtu komórki, z drugiej zaś sprzyja zmianom kształtu plazmalemy, zapewniając w ten sposób funkcje endo- i egzocytozy, migrację komórek i tworzenie pseudopodiów .
Mikrofilamenty są ściśle związane z organellami, pęcherzykami transportowymi i ziarnistościami wydzielniczymi i odgrywają ważną rolę w ich ruchu w cytoplazmie.
Mikrofilamenty tworzą zwężenie kurczliwe (ciało środkowe) podczas cytotomii, która kończy podział komórek.
Mikrofilamenty biorą udział w organizowaniu struktury połączeń międzykomórkowych (zonula przylegająca – pas adhezyjny).
Mikrofilamenty są podstawą specjalnych przerostów cytoplazmy - mikrokosmków i stereocili.
Mikrokosmki– palcowate wyrostki cytoplazmy komórkowej o średnicy 0,1 µm i długości 1 µm, których podstawę tworzą mikrofilamenty aktynowe (ryc. 12).
Mikrokosmki zapewniają wielorakie zwiększenie powierzchni komórek. Na wierzchołkowej powierzchni niektórych komórek aktywnie biorących udział w procesach rozkładu i wchłaniania substancji znajduje się do kilku tysięcy mikrokosmków, które razem tworzą granica pędzla
(nabłonek jelita cienkiego i kanaliki nerkowe).
Ryc. 12.
Podstawą każdego mikrokosmka jest wiązka zawierająca około 40 mikrofilamentów rozmieszczonych wzdłuż jego długiej osi. Mikrofilamenty są usieciowane z białek (fimbryna, kosmka) i są przymocowane do plazmalemy za pomocą specjalnych mostków białkowych (minimiozyna). U podstawy mikrokosmków mikrofilamenty wiązki są wplecione w sieć końcową
Stereocilia- długie, czasem rozgałęzione mikrokosmki z szkieletem mikrofilamentów. Są rzadkie (na przykład w głównych komórkach przewodu nabłonkowego najądrza).
Filamenty pośrednie– mocne i stabilne włókna białkowe o grubości około 10 nm (tj mediator wartość pomiędzy grubością mikrotubul i mikrofilamentów). Włókna pośrednie znajdują się w postaci trójwymiarowych sieci w różnych częściach cytoplazmy, otaczają jądro, uczestniczą w tworzeniu kontaktów międzykomórkowych (desmosomów) i utrzymują kształt procesów.
Główna funkcja włókna pośrednie - wspierający i wspierający.
Włókna pośrednie w różnych typach komórek różnią się między sobą charakter chemiczny i masę cząsteczkową. Istnieje 6 głównych klas włókien pośrednich
Cytokeratyny – włókna pośrednie charakterystyczne dla komórek nabłonkowych. Klasa ta obejmuje około 20 blisko spokrewnionych polipeptydów (tonofilamentów). Włókna keratynowe wchodzą w skład desmosomów i półdesmosomów, uczestniczą w tworzeniu substancji rogowej w nabłonku skóry oraz są głównym składnikiem włosów i paznokci.
Desmins– włókna pośrednie tkanki mięśniowej (z wyjątkiem miocytów naczyniowych). Desminy odgrywają ważną rolę w organizowaniu miofibryli w tkance mięśniowej i zapewnianiu funkcji skurczowej
Wimentina– włókna charakterystyczne dla różnych komórek mezenchymalny pochodzenia (fibroblasty, makrofagi, osteoblasty, śródbłonek i miocyty gładkie naczyń).
Neurofilamenty- włókna pośrednie neuronów, które odgrywają ważną rolę w utrzymaniu kształtu procesów komórek nerwowych.
Komórki glejowe zawierać kwaśne białko włókniste glejowe i występują wyłącznie w komórkach neurogleju (astrocyty, oligodendrocyty).
Identyfikacja klas włókien pośrednich (metodami immunocytochemicznymi z przeciwciałami przeciwko ten typ włókna pośrednie). wielka wartość w diagnostyce nowotworów, a co za tym idzie, w rokowaniu i wyborze leczenia przeciwnowotworowego. Zatem identyfikacja różne formy keratyny wskazują na niezróżnicowane nowotwory pochodzenia nabłonkowego, raki, gruczolakoraki. Desmina jest markerem nowotworów pochodzenia mięśniowego, a kwaśne włókniste białko glejowe jest markerem nowotworów pochodzenia glejowego.
WŁĄCZENIA
W przeciwieństwie do organelli, inkluzje cytoplazmatyczne są niestabilnymi składnikami cytoplazmy, które pojawiają się i znikają w zależności od stanu metabolicznego komórek.
Inkluzje dzielą się na troficzne, wydzielnicze, wydalnicze i pigmentowe.
Inkluzje troficzne dzielimy w zależności od charakteru zgromadzonej substancji na lipidy, węglowodany i białka. Inkluzje lipidowe to kropelki tłuszczu obojętnego o różnej średnicy, które gromadzą się w cytoplazmie i stanowią rezerwę substratów energetycznych wykorzystywanych przez komórkę. Spośród wtrąceń węglowodanowych najczęstsze są granulki glikogenu (polimer glukozy); wtrącenia te są również wykorzystywane jako źródło energii. Przykładem inkluzji białkowych są rezerwy białka witeliny w jajach zwierzęcych. Stanowią źródło pożywienia we wczesnych stadiach rozwoju zarodka.
Wtrącenia wydzielnicze mają postać pęcherzyków otoczonych błoną i zawierających substancje biologicznie czynne, które są syntetyzowane w samej komórce, a następnie uwalniane (wydzielane) podczas środowisko zewnętrzne. Do takich inkluzji należą granulki wydzielnicze zawierające proenzymy trawienne (granulki zymogenu), hormony, mediatory itp.
Wtręty wydalnicze mają podobną strukturę do wtrąceń wydzielniczych, ale w przeciwieństwie do nich zawierają szkodliwe produkty przemiany materii, które należy usunąć z cytoplazmy komórek.
Wtrącenia pigmentowe to nagromadzenia endogennych (syntetyzowanych przez komórkę) lub egzogennych (wychwytywanych przez komórkę z zewnątrz) substancji barwnych – pigmentów. Najczęstszymi pigmentami endogennymi są hemoglobina, hemosyderyna, bilirubina, melanina, lipofuscyna; Do pigmentów egzogennych zalicza się karoten, różne barwniki, cząsteczki kurzu itp. Melanina to ciemnobrązowy pigment, który zwykle występuje w skórze, włosach i błonie pigmentowej siatkówki w postaci melanosomów – granulek otoczonych błoną. Lipofuscyna – żółto-brązowe granulki pigmentu powstające z produktów trawienia lizosomalnego – gromadzi się w długowiecznych komórkach (neuronach, kardiomiocytach) i dlatego uważana jest za „pigment starzejący się”.
Charakterystyka zdecydowanej większości komórek. Główną funkcją jest utlenianie związków organicznych i wytwarzanie cząsteczek ATP z uwolnionej energii. Małe mitochondrium jest główną stacją energetyczną całego organizmu.
Pochodzenie mitochondriów
Obecnie wśród naukowców panuje bardzo popularna opinia, że mitochondria nie pojawiły się w komórce samodzielnie w trakcie ewolucji. Najprawdopodobniej stało się to z powodu wychwytywania przez prymitywną komórkę, która w tym czasie nie była w stanie samodzielnie wykorzystywać tlenu, bakterii, która mogła to zrobić i dlatego była doskonałym źródłem energii. Taka symbioza okazała się skuteczna i utrzymała się w kolejnych pokoleniach. Teorię tę potwierdza obecność własnego DNA w mitochondriach.
Jak zbudowane są mitochondria?
Mitochondria mają dwie błony: zewnętrzną i wewnętrzną. Główną funkcją błony zewnętrznej jest oddzielenie organelli od cytoplazmy komórki. Składa się z warstwy bilipidowej i przenikających przez nią białek, przez które odbywa się transport cząsteczek i jonów niezbędnych do pracy. Choć gładka, wewnętrzna tworzy liczne fałdy – cristae, które znacznie zwiększają jej powierzchnię. Błona wewnętrzna składa się głównie z białek, w tym enzymów łańcucha oddechowego, białek transportowych i dużych kompleksów syntetazy ATP. To właśnie w tym miejscu zachodzi synteza ATP. Pomiędzy błoną zewnętrzną i wewnętrzną znajduje się przestrzeń międzybłonowa z zawartymi w niej enzymami.
Wewnętrzna przestrzeń mitochondriów nazywana jest matrix. Znajdują się tu układy enzymatyczne utleniania kwasów tłuszczowych i pirogronianu, enzymy cyklu Krebsa, a także dziedziczny materiał mitochondriów - DNA, RNA i aparat do syntezy białek.
Do czego potrzebne są mitochondria?
Główną funkcją mitochondriów jest synteza uniwersalnej formy energii chemicznej – ATP. Biorą także udział w cyklu kwasów trikarboksylowych, przekształcając pirogronian i kwasy tłuszczowe w acetylo-CoA, a następnie go utleniając. W tej organelli przechowywany i dziedziczony jest mitochondrialny DNA, kodujący reprodukcję tRNA, rRNA i niektórych białek niezbędnych do normalnego funkcjonowania mitochondriów.