Разница между митохондриями и хлоропластами

Митохондрии — нечто большее, чем «фабрики энергии»

Разница между митохондриями и хлоропластами

Митохондрии — это универсальные клеточные органеллы, обнаруживаемые почти у всех эукариот (живые организмы, клетки которых содержат ядро). Они критически важны, потому что производят энергию в форме АТФ, питая различные функции клеток (и организм в целом). По этой причине их часто называют «энергетическими станциями» или «фабриками энергии».

↪ ↩

Тем не менее, митохондрии — это нечто большее, чем просто «энергетические станции». Ведь именно их появлению внутри клеток мы обязаны такому огромному биоразнообразию животных и растений, которое мы сейчас наблюдаем. Дело в том, что хотя митохондрии и являются неотъемлемой частью клетки, теория симбиогенеза предполагает, что они произошли от бактерий.

Захват примитивными клетками (прокариотами) бактерий мог позволить им использовать кислород для генерации энергии, так необходимой для поддержания большого генетического аппарата (для эволюции).

Однако несмотря на миллиарды лет совместной эволюции, митохондрии сохранили многие черты самостоятельных организмов: собственная ДНК, и даже свои рибосомы, в которых тоже происходит синтез белка.

Количество митохондрий в клетке широко варьируется в зависимости от вида организма и типа ткани. Отдельная клетка может иметь от одной до нескольких миллионов митохондрий. Например, митохондрии составляют 10% массы человека, однако для некоторых энергоемких тканей и органов эта цифра может достигать 40 процентов.

Не все клетки одинаковые

Клетка может представлять из себя как «кирпичик» многоклеточного организма, так и целый организм.

За небольшим исключением, почти все клетки содержат генетический материал (ДНК и РНК), который регулирует метаболизм и синтез белков. Однако не у всех живых организмов клетки организованы одинаково.

Поэтому на основании различий в клеточной организации выделяют две группы: эукариоты и прокариоты.

Растения, животные и грибы являются эукариотами и имеют высокоупорядоченные клетки. Их генетический материал упакован в центральное ядро, которое окружено специализированными клеточными компонентами, называемыми органеллами.

Органеллы, такие как митохондрии, шероховатый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, работают как хорошо отлаженный конвейер. Одни производят энергию, другие синтезируют и упаковывают белки, третьи транспортируют их в различные части клетки и за ее пределы.

Ядро, как и большинство эукариотических органелл, связано мембранами, которые регулируют вход и выход белков, ферментов и другого клеточного материала в органеллу и из нее.

Прокариоты, с другой стороны, являются одноклеточными организмами, такими как бактерии и археи. Прокариотические клетки менее структурированы, чем эукариотические. У них нет ядра. Вместо этого их генетический материал свободно плавает в клетке. У них нет многих мембраносвязанных органелл, обнаруженных в эукариотических клетках, в том числе нет митохондрий.

«Митос» и «хондрос»

В обзоре истории митохондрий за 1981 год, опубликованном в журнале «Cell Biology», авторы Ларс Эрнстер и Готфрид Шатц отмечают, что первое истинное наблюдение за митохондриями было проведено Ричардом Альтманом в 1890 году. Хотя Альтман назвал их «биобластами», их нынешнее название было дано Карлом Бенда в 1898 году.

Оно происходит от двух греческих слов: «митос» и «хондрос», означающих нить и гранула. Дело в том, что митохондрии подстраиваются под количество поступаемой и расходуемой энергии. Добиваются они этого слиянием (образуя цепочки) и делением. При нехватке поступающей энергии они сливаются, а при избытке — делятся и утилизируют ее.

Длительная фрагментация, как и длительное слияние, влияют на качество митохондрий в клетках их функциональность.

Динамика митохондрий

Здоровые циклы деления и слияния («динамика митохондрий») – залог метаболического здоровья клетки.

Строение митохондрий

Отдельные митохондрии имеют форму капсул с наружной и волнообразной внутренней мембраной, напоминающей выступающие пальцы.

Их внутренние мембранные складки называются кристами и служат для увеличения общей площади поверхности. Они окружают матрикс, содержащий ферменты и ДНК.

На внутренней мембране также находится система окислительного фосфорилирования, работа которой обеспечивает окисление энергетических субстратов с образованием АТФ.

Митохондрии отличаются от большинства органелл (за исключением хлоропластов растений) тем, что у них есть собственный набор ДНК и генов, которые кодируют белки. По сравнению с кристой внешняя мембрана является более пористой и менее избирательной в отношении того, какие вещества она впускает.

Строение митохондрий

Основная функция митохондрий заключается в том, чтобы метаболизировать и расщеплять углеводы и жирные кислоты для выработки энергии. Эукариотические клетки используют энергию в форме химической молекулы, называемой АТФ (аденозинтрифосфат).

Генерация АТФ происходит в митохондриальном матриксе, но начальные этапы углеводного (глюкозного) метаболизма происходят вне органелл. Согласно второму изданию Джеффри Купера «The Cell: A Molecular Approach», глюкоза сначала превращается в пируват, а затем транспортируется в матрикс. С другой стороны, жирные кислоты попадают в митохондрии как есть.

Если упростить, то можно описать синтез АТФ в три связанных этапа:

  1. Используя ферменты, присутствующие в матриксе, пируват и жирные кислоты превращаются в молекулу, известную как ацетил-КоА;
  2. Ацетил-КоА становится исходным материалом для второй химической реакции, известной как цикл лимонной кислоты или цикл Кребса. Этот шаг производит много углекислого газа и две дополнительные молекулы, НАДН и ФАД, которые богаты электронами;
  3. НАДН и ФАД движутся к внутренней митохондриальной мембране и начинают третий этап: окислительное фосфорилирование. В этой последней химической реакции НАДН и ФАД отдают свои электроны кислороду, что приводит к условиям, подходящим для образования АТФ.

Однако роль «электростанции» — не единственная функция митохондрий. Кроме этого они выполняют:

  • Сигнальные функции. Ацетилирование, ретроградный сигналинг, дифферецировка клеток;
  • Функции синтеза. Синтез стероидов, гема и пуринов;
  • Функции апоптоза и метаболизма кальция. Метаболизм кальция важен для передачи нервных импульсов и т.д.

Различия в генах митохондрий

В ходе эволюции большая часть генома митохондрий была перенесена в ядро клетки, однако часть мтДНК была сохранена и все еще функциональна. Здесь и обнаруживается основное отличие митохондрии растений и животных, ведь ни смотря на то, что они не различаются по своей базовой структуре, их «остаточные» геномы совершенно разные.

Митохондриальные ДНК растений могут значительно отличаться и достигать 25 миллионов пар оснований, в то время как мтДНК млекопитающих имеют размер приблизительно от 15 000 до 16 000 п. о. (16568 у человека).

Один из наиболее маленьких митохондриальных геномов имеет малярийный плазмодий (около 6.000 п.о., содержит два гена рРНК и три гена, кодирующих белки).

Митохондриальный геном растения, хоть и изображен в виде кольца, может принимать альтернативные формы.

Карта митохондриального генома человека

У большинства многоклеточных организмов митохондриальная ДНК наследуется по материнской линии. Яйцеклетка содержит на несколько порядков больше копий митохондриальной ДНК, чем сперматозоид.

Мутации митохондрий

Как мы уже выяснили, митохондрии имеют свой генетический материал в виде кольцевой ДНК (может быть одна или несколько). С возрастом в митохондриальной ДНК накапливаются различные повреждения. Могут быть как точечные мутации, так и крупные повреждения (например, «частая» делеция 4977bp). Когда доля мутантных митохондрий в клетке достигает определенного порога возникает их дисфункция.

Есть несколько теорий почему возникают повреждения в мтДНК.

  • Повреждение свободными радикалами;
  • Ошибки репликации, клональная экспансия. Еще на этапе оплодотворения яйцеклетки могут передаваться мутантные митохондрии, количество которых увеличивается с возрастом;
  • «Войны» митохондрий между собой и иммунитетом. Эгоистичная мтДНК. Если митохондриальная ДНК выходит из митохондрии, то она является триггером иммунного воздействия.

Мы не сдаем анализы на «здоровость» своих митохондрий, но это не отменяет того факта, что нарушение их работы ведет к различным проблемам со здоровьем. К ним относятся неврологические проблемы, проблемы с сердцем, диабет, ожирение и, банально, ускоренное старение.

Происхождение митохондрий: теория эндосимбионтов

В своей статье 1967 года «О происхождении митозирующих клеток», опубликованной в «Журнале теоретической биологии», ученая Линн Маргулис предложила теорию, объясняющую, как образовались эукариотические клетки вместе с их органеллами. Она предположила, что митохондрии и хлоропласты растений когда-то были свободноживущими прокариотическими клетками, которые были поглощены примитивной эукариотической клеткой-хозяином.

Пути эволюции древнейших эукариот, согласно взглядам Линн Маргулис. Иллюстрация с сайта earthstep.wordpress.com, с изменениями

Гипотеза Маргулиса теперь известна как «теория эндосимбионтов». Деннис Сирси, почетный профессор Массачусетского университета в Амхерсте, объяснил это следующим образом:

«Две клетки начали жить вместе, обмениваясь каким-либо субстратом или метаболитом (продуктом метаболизма, таким как АТФ). Объединение стало обязательным, так что теперь клетка-хозяин не может жить отдельно».

Согласно статье Майкла Грея о эволюции митохондрий, опубликованной в 2012 году в журнале Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, Маргулис основывала свою гипотезу на двух ключевых фактах.

Во-первых, митохондрии имеют свою собственную ДНК.

Во-вторых, органеллы способны транслировать сообщения, закодированные в их генах, в белки без использования каких-либо ресурсов эукариотической клетки.

Секвенирование генома и анализ митохондриальной ДНК установили, что Маргулис была права относительно происхождения митохондрий. Происхождение органеллы было прослежено до примитивного бактериального предка, известного как альфа-протеобактерии.

Несмотря на подтверждение бактериального наследия митохондрий, теория эндосимбионтов продолжает изучаться. «Один из самых больших вопросов сейчас — «Кто является клеткой-хозяином?».

Как отмечает Грей в своей статье, остаются вопросы о том, возникли ли митохондрии после возникновения эукариотической клетки (как это было предположено в теории эндосимбионтов) или же возникли митохондрии и клетки-хозяева одновременно.

Рибосомы. Хлоропласты. Митохондрии

Разница между митохондриями и хлоропластами

Определение 1

Это небольшие гранулообразные сферические тельца, имеющие маленькие размеры – от 15 до 35 нм. В период функционирования состоят из двух субъединиц. Рибосомы расположены в цитоплазме или связаны с мембранами эндоплазматической сети.

Замечание 1

Основной функцией рибосом является синтез белка.

Субъединицы рибосом образуются в ядрышке и потом сквозь ядерные поры отдельно друг от друга поступают в цитоплазму.

Их количество в цитоплазме зависит от синтетической активности клетки и может составлять от сотни до тысяч на одну клетку. Наибольшее количество рибосом может быть в клетках, которые синтезируют протеины. Есть они также в митохондриальном матриксе и хлоропластах.

Рибосомы различных организмов – от бактерий до млекопитающих – характеризуются подобной структурой и составом, хотя клетки прокариот имеют рибосомы меньшего размера и в большем количестве.

Каждая субъединица состоит из нескольких разновидностей молекул рРНК и десятков разновидностей белков приблизительно в одинаковой пропорции.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Маленькая и большая субъединицы находятся в цитоплазме одиночно до тех пор, пока не будут задействованы в процессе биосинтеза белка. Они объединяются друг с другом и молекулой иРНК в случае необходимости синтеза и снова распадаются, когда процесс окончен.

Молекулы иРНК, которые были синтезированы в ядре, попадают в цитоплазму к рибосомам. Из цитозоля молекулы тРНК поставляют аминокислоты к рибосомам, где с участием ферментов и АТФ синтезируются белки.

Если с молекулой иРНК соединяются несколько рибосом, то образуются полисомы, которые содержат от 5 до 70 рибосом.

Пластиды: хлоропласты

Пластиды – характерные только для растительных клеток органоиды, отсутствующие в клетках животных, грибов, бактерий и цианобактерий.

Клетки высших растений содержат 10-200 пластид. Их размер от 3 до 10 мкм. Большинство из них имеют форму двояковыпуклой линзы, но иногда могут быть в форме пластинок, палочек, зёрен и чешуек.

В зависимости от присутствующего в пластиде пигмента пигмента эти органоиды делят на группы:

  • хлоропласты (гр. сhloros – зелёный) – зелёного цвета,
  • хромопласты – жёлтого, оранжевого и красноватого цвета,
  • лейкопласты – бесцветные пластиды.

Замечание 2

По мере развития растения пластиды одного типа способны преобразоваться в пластиды другого типа. Такое явление широко распространено в природе: изменение окраски листьев, меняется окраска плодов в процессе созревания.

Большинство водорослей вместо пластид имеют хроматофоры (обычно в клетке он один, имеет значительные размеры, имеет форму спиральной ленты, чаши, сетки или звёздчатой пластинки).

Пластиды имеют достаточно сложное внутреннее строение.

Хлоропласты имеют свои ДНК, РНК, рибосомы, включения: зёрна крахмала, капли жира.Снаружи хлоропласты ограничены двойной мембраной, внутреннее пространство заполнено стромой – полужидким веществом), которое содержит граны – особенные, свойственные лишь хлоропластам структуры.

Граны представлены пакетами плоских круглых мешочков (тилакоидов), которые сложены как столбик монет перпендикулярно широкой поверхности хлоропласта. Тилакоиды соседних гран между собой соединяются в единую взаимосвязанную систему мембранными каналами (межмембранными ламелами).

В толще и на поверхности гран в определённом порядке расположен хлорофилл.

Хлоропласты имеют разное количество гран.

Пример 1

В хлоропластах клеток шпината содержится по 40-60 гран.

Хлоропласты не прикреплены в определённых местах цитоплазмы, а могут изменять своё положение или пассивно, или активно перемещаются ориентировано к свету (фототаксис).

Особенно чётко активное движение хлоропластов наблюдается при значительном повышении одностороннего освещения. В таком случае хлоропласты скопляются у боковых стенок клетки, а к источнику света ориентируются ребром.

При слабом освещении хлоропласты ориентируются к свету более широкой стороной и располагаются вдоль стенки клетки, обращённой к свету. При средней силе освещения хлоропласты занимают срединное положение.

Таким образом достигаются наиболее благоприятные условия для процесса фотосинтеза.

Благодаря сложной внутренней пространственной организации структурных элементов хлоропласты способны эффективно поглощать и использовать лучистую энергию, а также происходит разграничение во времени и пространстве многочисленных и разнообразных реакций, составляющих процесс фотосинтеза. Реакции этого процесса, зависимые от света, происходят лишь в тилакоидах, а биохимические (темновые) реакции – в строме хлоропласта.

Замечание 3

Молекула хлорофилла очень подобна молекуле гемоглобина и отличается в основном тем, что в центре молекулы гемоглобина расположен атом железа, а не атом магния, как у хлорофилла.

В природе существует четыре типа хлорофилла: a, b, c, d.

Хлорофиллы a и b содержатся в хлоропластах высших растений и зелёных водорослей, диатомовые водоросли содержат хлорофиллы a и c, красные – a и d. Хлорофиллы a и b изучены лучше других (впервые их выделил в начале ХХ столетия российский учёный М.С. Цвет).

Кроме них существует четыре вида бактериохлорофиллов – зелёных пигментов зелёных и пурпурных бактерий: a, b, c, d.

Большинство бактерий, способных к фотосинтезу, содержат бактериохлорофилл а, некоторые – бактериохлорофилл b, зелёные бактерии – c и d.

Хлорофилл достаточно эффективно поглощает лучистую энергию и передаёт её другим молекулам. Благодаря этому хлорофилл – единственное вещество на Земле, способное обеспечивать процесс фотосинтеза.

Пластидам, как и митохондриям, свойственна в определённой степени автономность внутри клетки. Они способны размножаться в основном путём деления.

Наряду с фотосинтезом в хлоропластах происходит синтез других веществ, таких как белки, липиды, некоторые витамины.

Благодаря наличию в пластидах ДНК, они играют определённую роль в передаче признаков по наследству (цитоплазматическая наследственность).

Митохондрии – энергетические центры клетки

В цитоплазме большинства животных и растительных клеток содержатся достаточно большие овальные органеллы (0,2 – 7 мкм), покрытые двумя мембранами.

Митохондрии называют силовыми станциями клеток, потому что их основная функция – синтез АТФ.

Митохондрии превращают энергию химических связей органических веществ на энергию фосфатных связей молекулы АТФ, которая является универсальным источником энергии осуществления для всех процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.

АТФ, синтезированная в митохондриях, свободно выходит в цитоплазму и дальше идёт к ядру и органеллам клетки, где используется её химическая энергия.

Митохондрии содержатся почти во всех эукариотических клетках, за исключением анаэробных простейших и эритроцитов. Они расположены в цитоплазме хаотично, но чаще их можно определить возле ядра или в местах с высокой потребностью в энергии.

Пример 2

В мышечных волокнах митохондрии расположены между миофибриллами.

Эти органеллы могут изменять свою структуру и форму, а также двигаться внутри клетки.

Количество органелл может изменяться от десятков до нескольких тысяч в зависимости от активности клетки.

Пример 3

В одной клетке печени млекопитающих содержится более 1000 митохондрий.

Структура митохондрий в некоторой мере отличается у различных типов клеток и тканей, но все митохондрии имеют принципиально одинаковое строение.

Образуются митохондрии путём деления. Во время деления клетки они более-менее равномерно распределяются между дочерними клетками.

Внешняя мембрана гладкая, не образует никаких складок и выростов, легко проницаема для многих органических молекул. Содержит ферменты, которые превращают вещества на реакционно способные субстраты. Участвует в образовании межмембранного пространства.

Внутренняя мембрана плохо проницаема для большинства веществ. Образует много выпячиваний внутрь матрикса – крист. Количество крист в митохондриях разных клеток неодинакова. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причём особенно много их в митохондриях клеток, которые активно функционируют (мышечные). Содержит белки, которые участвуют в трёх важнейших процессах:

  • ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции дыхательной цепи и транспорта электронов;
  • специфические транспортные белки, участвующие в образовании катионов водорода в межмембранном пространстве;
  • ферментативный комплекс АТФ-синтетазы, который синтезирует АТФ.

Матрикс – внутреннее пространство митохондрии, ограниченное внутренней мембраной. Он содержит сотни различных ферментов, которые участвуют в разрушении органических веществ вплоть до углекислого газа и воды.

При этом освобождается энергия химических связей между атомами молекул, которая в дальнейшем превращается на энергию макроэргических связей в молекуле АТФ.

В матриксе также есть рибосомы и молекулы митохондриальной ДНК.

Замечание 4

Благодаря ДНК и рибосомам самих митохондрий обеспечивается синтез белков, необходимых самой органелле, и которые в цитоплазме не образуются.

Разница между хлоропластом и митохондриями

Разница между митохондриями и хлоропластами

Хлоропласт и митохондрии – две органеллы, найденные в клетке. Хлоропласт является мембраносвязанной органеллой, встречающейся только в клетках водорослей и растений. Митохондрии встречаются в грибах, растениях и животных, как эукариотические клетки.

главное отличие между хлоропластами и митохондриями есть их функции; хлоропласты ответственны за производство сахаров с помощью солнечного света в процессе, называемом фотосинтезом, в то время как митохондрии являются движущей силой клетки, которая расщепляет сахар для захвата энергии в процессе, называемом клеточным дыханием.

Эта статья смотрит на,

1. Что такое хлоропласт
      – структура и функции
2. Что такое Митохондрия
      – структура и функции
3. В чем разница между хлоропластом и митохондриями


Что такое хлоропласт

Хлоропласты представляют собой тип пластид, встречающихся в клетках водорослей и растений. Они содержат хлорофилловые пигменты для проведения фотосинтеза. Хлоропласт состоит из собственной ДНК. Основная функция хлоропласта – производство органических молекул глюкозы из СО.2 и H2О с помощью солнечного света.

Состав

Хлоропласты идентифицируются как пигменты в форме линз зеленого цвета у растений. Они имеют диаметр 3-10 мкм и толщину около 1-3 мкм. Растительные клетки обрабатывают 10-100 хлоропластов на клетку. Различные формы хлоропластов можно найти в водорослях. Водорослевая клетка содержит один хлоропласт, который может иметь форму сетки, чашки или ленточной спирали.

Рисунок 1: Структура хлоропласта в растениях

Три мембранные системы могут быть идентифицированы в хлоропласте. Это наружная хлоропластовая мембрана, внутренняя хлоропластная мембрана и тилакоиды.

Наружная хлоропластная мембрана

Внешняя мембрана хлоропласта является полупористой, что позволяет небольшим молекулам легко диффундировать. Но большие белки не могут диффундировать. Следовательно, белки, необходимые для хлоропласта, транспортируются из цитоплазмы комплексом ТОС во внешней мембране.

Внутренняя хлоропластная мембрана

Внутренняя хлоропластная мембрана поддерживает постоянную среду в строме, регулируя прохождение веществ. После прохождения белков через комплекс TOC они транспортируются через комплекс TIC во внутренней мембране. Стромы – это выпячивания мембран хлоропластов в цитоплазму.

Строма хлоропласта – это жидкость, окруженная двумя мембранами хлоропласта. Тилакоиды, хлоропластная ДНК, рибосомы, крахмальные гранулы и многие белки плавают в строме.

Рибосомы в хлоропластах имеют вид 70S и отвечают за трансляцию белков, кодируемых ДНК хлоропластов. ДНК хлоропласта называется ктДНК или кПДНК. Это единственная кольцевая ДНК, расположенная в нуклеоиде в хлоропласте.

Размер ДНК хлоропласта составляет около 120-170 кб, содержит 4-150 генов и инвертированные повторы. ДНК хлоропласта реплицируется через блок двойного смещения (D-петля).

Большая часть ДНК хлоропластов переносится в геном хозяина путем эндосимбиотического переноса генов. Расщепляемый транзитный пептид добавляется к N-концу к белкам, транслированным в цитоплазме, в качестве системы нацеливания для хлоропласта.

тилакоидов

Тилакоидная система состоит из тилакоидов, представляющих собой совокупность высокодинамичных мембранных мешков. Тилакоиды состоят из хлорофилла сине-зеленый пигмент, который отвечает за световую реакцию при фотосинтезе.

Помимо хлорофиллов в растениях могут присутствовать два типа фотосинтетических пигментов: каротиноиды желто-оранжевого цвета и фикобилины красного цвета. Грана – это стеки, образованные расположением тилакоидов вместе. Различные граны связаны между собой стромальными тилакоидами.

Хлоропласты С4 растения и некоторые водоросли состоят из свободно плавающих хлоропластов.

функция

Хлоропласты можно найти в листьях, кактусах и стеблях растений. Растительная клетка, состоящая из хлорофилла, упоминается как хлоренхима.

Хлоропласты могут менять свою ориентацию в зависимости от наличия солнечного света. Хлоропласты способны продуцировать глюкозу, используя СО2 и H2O с помощью энергии света в процессе, называемом фотосинтезом.

Фотосинтез протекает в два этапа: светлая реакция и темная реакция.

Свет реакции

Световая реакция происходит в тилакоидной мембране. Во время легкой реакции кислород образуется при расщеплении воды. Энергия света также сохраняется в NADPH и ATP от NADP.+ восстановление и фотофосфорилирование соответственно. Таким образом, двумя энергоносителями для темной реакции являются АТФ и НАДФН. Подробная диаграмма световой реакции показана на фигура 2.

Рисунок 2: Легкая реакция

Темная реакция

Темная реакция также называется циклом Кальвина. Встречается в строме хлоропласта. Цикл Кальвина проходит три фазы: фиксация углерода, восстановление и регенерация рибулозы. Конечным продуктом цикла Кальвина является глицеральдегид-3-фосфат, который может быть удвоен с образованием глюкозы или фруктозы.

Рисунок 3: Цикл Кальвина

Хлоропласты также способны самостоятельно продуцировать все аминокислоты и азотистые основания клетки. Это исключает необходимость их экспорта из цитозоля. Хлоропласты также участвуют в иммунном ответе растения для защиты от патогенов.

Что такое Митохондрия

Митохондрия представляет собой мембраносвязанную органеллу, обнаруженную во всех эукариотических клетках. Химический источник энергии клетки, который является АТФ, генерируется в митохондриях. Митохондрии также содержат собственную ДНК внутри органеллы.

Наружная митохондриальная мембрана

Наружная митохондриальная мембрана содержит большое количество интегральных мембранных белков, называемых поринами. Транслоказа – это белок наружной мембраны.

Связанная с транслоказой N-концевая сигнальная последовательность крупных белков позволяет белку проникать в митохондрии.

Ассоциация митохондриальной наружной мембраны с эндоплазматическим ретикулумом образует структуру, называемую MAM (митохондриально-ассоциированная ER-мембрана). MAM позволяет транспорт липидов между митохондриями и ER через передачу сигналов кальция.

Внутренняя митохондриальная мембрана

Внутренняя митохондриальная мембрана состоит из более чем 151 различных типов белков, функционирующих во многих отношениях. Не хватает поринов; тип транслоказы во внутренней мембране называется комплексом TIC. Межмембранное пространство расположено между внутренней и наружной митохондриальными мембранами.

Пространство, окруженное двумя митохондриальными мембранами, называется матрицей. Митохондриальная ДНК и рибосомы с многочисленными ферментами суспендированы в матрице. Митохондриальная ДНК представляет собой круговую молекулу.

Размер ДНК составляет около 16 кб, кодирующих 37 генов. Митохондрия может содержать 2-10 копий своей ДНК в органелле. Внутренняя митохондриальная мембрана образует складки в матрице, которые называются кристами.

Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны.

Функции митохондриальной внутренней мембраны

  • Выполнение окислительного фосфорилирования
  • Синтез АТФ
  • Проведение транспортных белков для регулирования прохождения веществ
  • Холдинг ТИЦ комплекс для перевозки
  • Вовлечение в деление и слияние митохондрий

Другие функции митохондрий

  • Регуляция обмена веществ в клетке
  • Синтез стероидов
  • Хранение кальция для передачи сигнала в клетке
  • Регулирование мембранного потенциала
  • Активные виды кислорода, используемые в сигнализации
  • Синтез порфирина в пути синтеза гема
  • Гормональная передача сигналов
  • Регуляция апоптоза

Тип ячейки

хлоропласты: Хлоропласты обнаружены в растительных и водорослевых клетках.

Митохондрии: Митохондрии обнаруживаются во всех аэробных эукариотических клетках.

цвет

хлоропласты: Хлоропласты зеленого цвета.

Митохондрии: Митохондрии обычно бесцветные.

форма

хлоропласты: Хлоропласты имеют форму диска.

Митохондрии: Митохондрии имеют бобовидную форму.

Внутренняя мембрана

хлоропласты: Складки во внутренней мембране образуют стромулы.

Митохондрии: Складки во внутренней мембране образуют кристы.

Грана

хлоропластовТилакоиды образуют стопки дисков, которые называются гранами.

Митохондрии: Кристы не образуют граны.

Отсеки

хлоропласты: Можно выделить два отсека: тилакоиды и строма.

Митохондрии: Можно найти два отсека: кристы и матрицу.

Пигменты

хлоропласты: Хлорофилл и каротиноиды присутствуют в виде фотосинтетических пигментов в тилакоидной мембране.

Митохондрии: В митохондриях нет пигментов.

Преобразование энергии

хлоропласты: Хлоропласт накапливает солнечную энергию в химических связях глюкозы.

Митохондрии: Митохондрии превращают сахар в химическую энергию, которая является АТФ.

Сырье и конечные продукты

хлоропласты: Хлоропласты используют СО2 и H2О, чтобы накапливать глюкозу.

Митохондрии: Митохондрии расщепляют глюкозу на СО2 и H2О.

кислород

хлоропласты: Хлоропласты выделяют кислород.

Митохондрии: Митохондрии потребляют кислород.

Процессы

хлоропласты: Фотосинтез и фотодыхание происходят в хлоропласте.

Митохондрии: Митохондрии являются участком цепи переноса электронов, окислительного фосфорилирования, бета-окисления и фотодыхания.

Заключение

Хлоропласты и митохондрии являются мембраносвязанными органеллами, которые участвуют в преобразовании энергии. Хлоропласт накапливает энергию света в химических связях глюкозы в процессе, называемом фотосинтезом.

Митохондрии преобразуют энергию света, запасенную в глюкозе, в химическую энергию в форме АТФ, которая может использоваться в клеточных процессах. Этот процесс называется клеточным дыханием. Обе органеллы используют CO2 и O2 в своих процессах.

И хлоропласты, и митохондрии участвуют в клеточной дифференцировке, передаче сигналов и гибели клеток, помимо их основной функции. Кроме того, они контролируют рост клеток и клеточный цикл. Обе органеллы считаются возникшими в результате эндосимбиоза.

Они содержат свою собственную ДНК. Но основное различие между хлоропластами и митохондриями заключается в их функции в клетке.

Ссылка:
1.

Строение и функции митохондрий. Сходства и различия с хлоропластом

Разница между митохондриями и хлоропластами

Митохондрии — это микроскопические мембранные органоиды, которые обеспечивают клетку энергией. Поэтому их называют энергетическими станциями (аккумулятором) клеток.

Митохондрии отсутствуют в клетках простейших организмов, бактерий, энтамеб, которые живут без использования кислорода. Некоторые зеленые водоросли, трипаносомы содержат одну большую митохондрию, а клетки сердечной мышцы, мозга имеют от 100 до 1000 данных органелл.

Особенности строения

Митохондрии относятся к двухмембранным органеллам, имеют внешнюю и внутреннюю оболочки, межмембранное пространство между ними и матрикс.

Внешняя мембрана. Она гладкая, не имеет складок, отграничивает внутреннее содержимое от цитоплазмы. Ширина ее равна 7нм, в составе находятся липиды и белки. Важную роль выполняет порин — белок, образующий каналы во внешней мембране. Они обеспечивают ионный и молекулярный обмен.

Межмембранное пространство. Величина межмембранного пространства около 20нм. Вещество, заполняющее его по составу сходно с цитоплазмой, за исключением крупных молекул, которые могут сюда проникнуть только путем активного транспорта.

Внутренняя мембрана. Построена в основном из белка, только треть отводится на липидные вещества. Большое количество белков являются транспортными, так как внутренняя мембрана лишена свободно проходимых пор.

Она формирует много выростов – крист, которые выглядят, как приплюснутые гребни. Окисление органических соединений до CO2 в митохондриях происходит на мембранах крист. Этот процесс кислородзависимый и осуществляется под действием АТФ-синтетазы.

Высвобожденная энергия сохраняется в виде молекул АТФ и используется по мере необходимости.

Матрикс – внутренняя среда митохондрий, имеет зернистую однородную структуру. В электронном микроскопе можно увидеть гранулы и нити в клубках, которые свободно лежат между кристами.

В матриксе находится полуавтономная система синтеза белка – здесь расположены ДНК, все виды РНК, рибосомы.

Но все же большая часть белков поставляется с ядра, поэтому митохондрии называют полуавтономными органеллами.

Расположение в клетке и деление

Хондриом – это группа митохондрий, которые сосредоточены в одной клетке. Они по-разному располагаются в цитоплазме, что зависит от специализации клеток.

Размещение в цитоплазме также зависит от окружающих ее органелл и включений.  В клетках растений они занимают периферию, так как к оболочке митохондрии отодвигаются центральной вакуолью.

В клетках почечного эпителия мембрана образует выпячивания, между которыми находятся митохондрии.

В стволовых клетках, где энергия используется равномерно всеми органоидами, митохондрии размещены хаотично. В специализированных клетках они, в основном, сосредоточены в местах наибольшего потребления энергии.

К примеру, в поперечно-полосатой мускулатуре они расположены возле миофибрилл. В сперматозоидах они спирально охватывают ось жгутика, так как для приведения его в движение и перемещения сперматозоида нужно много энергии.

Простейшие, которые передвигаются при помощи ресничек, также содержат большое количество митохондрий у их основания.

Деление. Митохондрии способны к самостоятельному размножению, имея собственный геном. Органеллы делятся с помощью перетяжки или перегородок. Формирование новых митохондрий в разных клетках отличается периодичностью, например, в печеночной ткани они сменяются каждые 10 дней.

Функции в клетке

  1. Основная функция митохондрий – образование молекул АТФ.
  2. Депонирование ионов Кальция.
  3. Участие в обмене воды.
  4. Синтез предшественников стероидных гормонов.

Молекулярная биология – это наука, изучающая роль митохондрий в метаболизме. В них также идет превращение пирувата в ацетил-коэнзим А, бета-окисление жирных кислот.

Таблица: строение и функции митохондрий (кратко)
Структурные элементыСтроениеФункции
Наружная мембранаГладкая оболочка, построена из липидов и белковОтграничивает внутреннее содержимое от цитоплазмы
Межмембранное пространствоНаходятся ионы водорода, белки, микромолекулыСоздает протонный градиент
Внутренняя мембранаОбразует выпячивания – кристы, содержит белковые транспортные системыПеренос макромолекул, поддержание протонного градиента
МатриксМесто расположения ферментов цикла Кребса, ДНК, РНК, рибосомАэробное окисление с высвобождением энергии, превращение пирувата в ацетил-коэнзим А.
РибосомыОбъединённые две субъединицыСинтез белка

Сходство митохондрий и хлоропластов

Общие свойства для митохондрий и хлоропластов обусловлены, прежде всего, наличием двойной мембраны.

Признаки сходства также заключаются в способности самостоятельно синтезировать белок. Эти органеллы имеют свое ДНК, РНК, рибосомы.

И митохондрии и хлоропласты могут делиться с помощью перетяжки.

Объединяет их также возможность продуцировать энергию, митохондрии более специализированы в этой функции, но хлоропласты во время фотосинтезирующих процессов тоже образуют молекулы АТФ. Так, растительные клетки имеют меньше митохондрий, чем животные, потому что частично функции за них выполняют хлоропласты.

Опишем кратко сходства и различия:

  • Являются двомембранными органеллами;
  • внутренняя мембрана образует выпячивания: для митохондрий характерны кристы, для хлоропластов – тиллакоиды;
  • обладают собственным геномом;
  • способны синтезировать белки и энергию.

Различаются данные органоиды своими функциями: митохондрии предназначены для синтеза энергии, здесь осуществляется клеточное дыхание, хлоропласты нужны растительным клеткам для фотосинтеза.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (11 4,18 из 5)
Загрузка…

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.