Budowa i funkcje mitochondrium

Mitochondria to organella występujące w komórkach eukariotycznych, odpowiedzialne za proces oddychania tlenowego, czyli proces przekształcania energii chemicznej związków organicznych w energię wiązań ATP.

Liczba mitochondriów w komórce zależy od aktywności metabolicznej komórki, a więc od zapotrzebowania komórki na energię. Najliczniej mitochondria występują np. w komórkach mięśni poprzecznie prążkowanych czy komórkach wątroby (ponad 1000 !). Mogą one zmieniać swój kształt i rozmiary, a nowe mitochondria powstają przez wzrost i podział już istniejących.

Organella te są organellami półautonomicznymi, czyli w pewnym sensie niezależnymi od jądra komórkowego. Zawierają własne DNA z informacją o budowie swoistych białek i aparat translacyjny do syntezy tych białek. To pozwala na mnożenie się tych struktur niezależnie od podziałów komórki, a zależnie od zapotrzebowania w komórce na energię.

Budowa mitochondrium

• mitochondrium otoczone jest podwójną błoną biologiczną

• błona wewnętrzna wpukla się tworząc grzebienie mitochondrialne, na nich, od strony matriks, znajdują się kompleksy enzymów biorące udział w łańcuchu oddechowym - grzybki mitochondrialne, czyli oksysomy

• mitochondrium wypełnione jest substancją przypominającą składem i konsystencją cytoplazmę - matriks mitochondrialną

• w matriks zanurzone są: naga, kolista cząsteczka DNA i rybosomy o cechach przypominających DNA i rybosomy Procaryota

Funkcje mitochondrium

Ponieważ energia w komórce nie może istnieć w stanie wolnym (ulegałaby rozproszeniu) musi być ona zmagazynowana w wiązaniach chemicznych. Najlepiej do tego nadaje się ATP (adenozynotrifosforan), w którego budowie występują dwa wysokoenergetyczne wiązania. Synteza ATP odbywa się poprzez przyłączenie reszty kwasu fosforowego (Pi) do ADP (adenozynodifosforanu), przy udziale energii z rozpadu wiązań innych związków.
Reakcja ta to fosforylacja.

ADP + + energia --> ATP

ATP jest związkiem nietrwałym, łatwo ulega rozpadowi, dlatego nie może być transportowane z komórki do komórki. Każda komórka produkuje więc ATP tylko na własne potrzeby. Praktycznie całe wyprodukowane w danej sekundzie ATP jest zużywane na bieżąco.
Największym źródłem ATP są reakcje biologicznego spalania, czyli oddychanie komórkowe.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ --> 6CO₂ + 6H₂O + energia w wiązaniach ATP

Mitochondrium

• zachodzi w nim oddychanie tlenowe, a właściwie dwa ostatnie jego etapy: cykl Krebsa i łańcuch oddechowy

• w wyniku tych procesów powstaje ATP, które może być zużywane na potrzeby komórki (różne reakcje syntez, pracę mechaniczną czy transport aktywny)

• transportuje ATP, ponieważ mitochondria mogą przemieszczać się w cytoplazmie.

6. Klasyfikacja, budowa i funkcje plastydów

Plastydy to organella charakterystyczne dla komórek typu roślinnego, czyli komórek roślin i glonów, a niektóre typy plastydów występują także w komórkach grzybów.

Klasyfikacja plastydów
bezbarwne			barwne
proplastydy	etioplasty	leukoplasty	nieczynne w fotosyntezie	czynne w fotosyntezie
			chromoplasty	chloroplasty

Budowa i funkcje poszczególnych klas plastydów

Wszystkie plastydy mają dyskowaty lub walcowaty kształt i otoczone są podwójną błoną biologiczną.

• proplastydy to młodociane postaci wszystkich typów plastydów

  • występują w komórkach zarodkowych i z nich w zależności od potrzeb rośliny lub warunków środowiska powstają inne typy tych organelli

  • są to małe pęcherzyki

• etioplasty to organella rozwijające się z proplastydów wtedy gdy roślina rozwija się bez dostępu do światła (w czasie etiolacji)

  • zawierają nieczynną postać chlorofilu, czyli protochlorofil

  • jeżeli "zadziała" światło przekształcą się w chloroplasty

  • występują np. w pędach kiełkujących pod ziemią

• leukoplasty to struktury przeznaczone do magazynowania substancji zapasowych

  • nie zawierają żadnych barwników

  • występują w organach przetrwalnych i spichrzowych, np. w nasionach, korzeniach spichrzowych buraka, liściach spichrzowych kapusty czy w owocach

  • magazynują, ale zwykle osobno, następujące związki:
    
    - cukry, szczególnie skrobię, np. w bulwach ziemniaka,
    - tłuszcze,
    - białka.

• chromoplasty nadają barwę różnym częściom roślin

  • zawierają barwniki z grupy karotenoidów (żółte ksantofile i czerwone karoteny)

  • barwią płatki korony kwiatów słonecznika, owoce pomidorów, nasiona kukurydzy, korzenie marchwi, liście

  • odpowiedzialne są za "jesienną" barwę liści, kiedy to chloroplasty przekształcają się w chromoplasty - roślina wycofuje chlorofil do części trwałych, a w plastydach odsłaniają się barwniki karotenoidowe towarzyszące chlorofilowi

• chloroplasty to organella odpowiedzialne za samożywność roślin

  • zachodzi w nich fotosynteza

  • zawierają barwniki asymilacyjne: chlorofile a i b oraz karotenoidy

  • nadają zieloną barwę liściom i łodygom

  • znajdują się w miękiszu asymilacyjnym, w zielonych częściach roślin

  Plastydy, ponieważ mają wspólne pochodzenie, mogą przekształcać się w różne formy w zależności od warunków środowiska i stanu fizjologicznego rośliny.

  
  

Budowa chloroplastu

• chloroplast otoczony jest podwójną błoną biologiczną

• błona wewnętrzna wpukla się tworząc lamelle

• pęcherzyki utworzone z rozszerzeń lamelli to tylakoidy, tylakoidy zebrane są w grana (l. pojedyncza - granum)

• w błony gran wbudowany jest chlorofil

• chloroplast wypełnia stroma - substancja składem i konsystencją przypominająca cytoplazmę

• w stromie zanurzone są: naga, kolista cząsteczka DNA i rybosomy o cechach przypominających DNA i rybosomy Procaryota

Funkcje chloroplastów

W chloroplastach zachodzi fotosynteza. Fotosynteza jest formą autotroficznego odżywiania się organizmów. W dużym uproszczeniu polega na syntezie związków organicznych ze związków nieorganicznych przy udziale energii świetlnej.

6CO₂ + 6H₂O + energia świetlna --> C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Fotosynteza przebiega w dwóch fazach:

• faza jasna, = zależna od światła

  • przebiega w błonach gran, tam znajduje się chlorofil niezbędny do przeprowadzenia tej fazy

  • polega na transformacji energii - energia świetlna, zaabsorbowana przez chlorofile, zamieniona zostaje w energię wiązań chemicznych (ATP)

  • jej produktami są ATP i NADPH₂ - tzw. siła asymilacyjna - potrzebne do fazy niezależnej od światła oraz tlen, który wydzielany jest do atmosfery, gdyż jest produktem ubocznym fotosyntezy

• faza ciemna = niezależna od światła = cykl Calvina

  • przebiega w stromie chloroplastu

  • polega na transformacji materii - związki nieorganiczne (H₂O i CO₂) pobrane z otoczenia zostają zamienione w cukry proste (glukoza), czyli proste związki organiczne, przy udziale energii zmagazynowanej w fazie jasnej w postaci ATP

Budowa i funkcje organelli otoczonych pojedynczą błoną biologiczną

Organella otoczone pojedynczą błoną biologiczną powstają w młodych komórkach zwykle z wpukleń błony komorkowej. Są ze sobą połączone strukturalnie i funkcjonalnie, stąd, aby podkreślić zależności tych organelli, powstał termin - GERL (aparat Golgiego + Endoplazmatyczne Reticulum + Lizosomy).

Reticulum endoplazmatyczne = ER = siateczka śródplazmatyczna

ER to system kanałów i cystern przenikający całą cytoplazmę każdej komórki eukariotycznej. Błony reticulum połączone są (wykazują ciągłość) z błoną komórkową i błonami, które otaczają inne organella. Ze względu na obecność lub brak rybosomów wyróżniamy dwa typy reticulum:

• reticulum granularne = szorstkie = ERg

  • występują na nim rybosomy

  • jest miejscem biosyntezy białek w komórce

• reticulum agranularne = gładkie = Era

  • pozbawione rybosomów

  • jest miejscem syntezy kwasów tłuszczowych, metabolizmu fosfolipidów i sterydów.

Rybosomy to struktury występujące w każdej komórce, odpowiadają za proces biosyntezy białek. Struktury te składają się z dwóch okrągławych jednostek: mniejszej i większej. Ze względu na rozmiar i występowanie można podzielić rybosomy na dwie grupy:

rybosomy małe - występują w komórkach Procaryota oraz w mitochondriach i plastydach Eucaryota, charakteryzują się stałą sedymentacji 70S (w dużym uproszczeniu mówiąc stała sedymentacji zależy od gęstości badanego obiektu), nie są związane z błonami biologicznymi

• rybosomy duże - występują w cytoplazmie komórek Eucaryota, ich stała sedymentacji to 80S, związane są z błonami biologicznymi, zwykle są to błony reticulum endoplazmatycznego.

Funkcje reticulum endoplazmatycznego

• bierze udział w transporcie komórkowym,

• bierze udział w przekazywaniu informacji w komórce, np. impulsu nerwowego do wnętrza komórek mięśniowych

• na błonach reticulum odbywają się syntezy białek i kwasów tłuszczowych

• w świetle kanałów ER odbywa się modyfikowanie białek powstałych na powierzchni błon reticulum

• ERa bierze udział w procesach detoksykacyjnych (odtruwaniu), np. rozkładanie związków rakotwórczych

• tworzy przedziały subkomórkowe, co umożliwia zachodzenie w bliskim sąsiedztwie przeciwstawnych reakcji

• z jego błon mogą powstawać aparaty Golgiego, lizosomy i wodniczki.

Aparaty Golgiego = aG

Aparat Golgiego to struktura występująca w komórkach eukariotycznych związana z funkcjami wydzielniczymi komórki. Organella te występują w komórce w okolicy jądra komórkowego, w szczytowych partiach komórek lub są bezładnie rozrzucone w cytoplazmie.

Budowa aparatu Golgiego

• ułożone w stos płaskie cysterny (od 3 do 12) zbudowane z błony biologicznej, które nie łączą się ze sobą

• odrywające się od cystern małe pęcherzyki

Często łączy się z aparatem Golgiego termin diktiosom, jednak w różnych podręcznikach terminu tego używa się do opisania różnych części aparatu: jednej cysterny, całego układu cystern lub jednego pęcherzyka.

Funkcje aparatów Golgiego

• w ich cysternach odbywają się syntezy różnych związków, np. w komórkach roślinnych są to wielocukry do budowy ściany komórkowej

• tu odbywa się sprzęganie białek z cząsteczkami cukrów i dalsze modyfikacje tak powstałych cząsteczek oraz dalsze modyfikacje białek powstałych w ERg

• cząsteczki o różnym pochodzeniu są pakowane w pęcherzyki odrywające się od cystern i transportowane do innych organelli lub po fuzji z błoną komórkową wydalane na zewnątrz komórki

Szczególnie dużo jest struktur Golgiego w komórkach, które produkują dużo substancji "na eksport", czyli wydzielają wyprodukowane przez siebie białka na zewnątrz komórki.

Lizosomy, sferosomy, mikrociałka

Lizosomy (w komórce zwierzęcej) i sferosomy (w komórce roślinnej) są to małe pęcherzyki wypełnione enzymami trawiennymi. Znajdują się tam enzymy służące do trawienia lipidów (lipazy), cukrowców (amylazy), białek (proteazy) oraz kwasów nukleinowych (nukleazy). Enzymy te otoczone są błoną biologiczną

Funkcje lizosomów i sferosomów

• lizosomy w komórkach zwierzęcych trawią cząstki pokarmowe

• fagocytują ciała obce, np. wirusy czy bakterie

• biorą udział w rozkładaniu organelli komórkowych w sytuacji gdy w komórce brakuje energii, składniki, z których było zbudowane organellum posłużą jako źródło energii

• rozkładają obumarłe składniki komórki

Po obumarciu komórki błony lizosomów pękają uwalniając enzymy trawienne do cytoplazmy. To zjawisko jest przyczyną rozpadu wielu komórek po śmierci organizmu.

Mikrociałka to także małe pęcherzyki zawierające wiele enzymów katalizujących różne reakcje metaboliczne.

Wyróżniamy dwa typy mikrociałek:

• peroksysomy

  • zawierają enzymy rozkładające szkodliwe produkty metabolizmu lipidów

  • w komórkach wątroby i nerek także produkty rozkładu etanolu

  • w komórkach roślinnych, towarzyszą zwykle chloroplastom i biorą udział w fotooddychaniu

• glioksysomy

  • występujące tylko w komórkach roślinnych, zawierają enzymy przekształcające tłuszcze zapasowe w cukry

  • komórki zwierzęce nie posiadają glioksysomów, więc nie mogą przekształcać tłuszczy w cukry.