If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Митохондрии и хлоропласти

Структура и функция на митохондриите и хлоропластите. Ендосимбиоза.

Ключови точки:

  • Митохондриите са "енергийните фабрики" на клетката, те разграждат молекули-"горива" и улавят енергия чрез клетъчно дишане.
  • Хлоропластите се срещат в растенията и водораслите. Те са отговорни за улавяне на светлинна енергия за производство на захари чрез фотосинтеза.
  • Вероятно е митохондриите и хлоропластите да са започнали като бактерии, погълнати от по-големи клетки (ендосимбионтна теория).

Въведение

Може би знаеш, че тялото ти се състои от клетки (трилиони и трилиони клетки). Може би също така знаеш, че ядеш храна, например зеленчуци, за да си набавиш енергия, с която да вършиш неща като да спортуваш, да учиш, да ходиш и дори да дишаш.
Но какво точно трябва да се случи в организма ти, за да превърнеш енергията от храната, складирана в броколите, във форма, която тялото ти може да използва? И като начало, как изобщо енергията се съхранява в броколите?
Отговорите на тези въпроси са свързани с два важни органела: митохондриите и хлоропластите.
  • Хлоропластите са органели, които се срещат в клетките на броколите, както и в клетките на други растения и водорасли. Те улавят светлинната енергия и я съхраняват под формата на молекули-"горива" в тъканите на растението.
  • Митохондриите се откриват в твоите клетки, както и в клетките на растенията. Те превръщат енергията, съхранена в молекули от броколите (или други молекули-"горива"), във форма, която клетката може да използва.
Нека разгледаме от по-близо тези два много важни органела.

Хлоропласти

Хлоропластите се срещат само в растения и фотосинтезиращи водорасли. (Хората и другите животни нямат хлоропласти.) Работата на хлоропласта е да извършва процес, наречен фотосинтеза.
При фотосинтезата енергията от светлината се събира и се използва за изграждане на захари от въглероден диоксид. Захарите, произведени чрез фотосинтеза, могат да бъдат използвани от растителната клетка или да бъдат консумирани от животни, които се хранят с растения, като хората. Енергията, която се съдържа в захарите, се оползотворява чрез процес, наречен клетъчно дишане. Той се осъществява в митохондриите на растителните и на животинските клетки.
Хлоропластите са органели с дисковидна форма, разположени в цитозола на клетката. Те имат външна и вътрешна мембрана, разделени от междумембранно пространство. Ако преминеш през двата мембранни слоя и стигнеш до пространството в центъра на хлоропласта, ще откриеш мембранни дискове с името тилакоиди, които са свързани и подредени като стълбчета монети. Тези стълбчетата се наричат грани (ед. ч. грана).
Диаграма на хлоропласт, показваща външната мембрана, вътрешната мембрана, междумембранното пространство, стромата и тилакоидите, подредени в стълбчета, наречени грани.
_Изображение, модифицирано от "Chloroplast mini" от Келвин Ма (CC BY 3.0)._
Мембраната на един тилакоиден диск съдържа комплекси, които улавят енергията от светлината и включват хлорофил – пигментът, който дава на растенията техния зелен цвят. Тилакоидните дискове са кухи и пространството вътре в диска се нарича тилакоидно пространство или лумен, докато течността около тилакоидите се нарича строма.
Можеш да научиш повече за хлоропластите, хлорофила и фотосинтезата в раздела на тема фотосинтеза.

Митохондрии

Митохондриите (ед. ч. митохондрия) често се наричат електроцентрали или енергийни фабрики на клетката. Тяхната работа е да осигуряват постоянни доставки от аденозинтрифосфат (АТФ) – основната молекула-носител на енергия в клетката. При производството на АТФ се използва химична енергия от "горива" като захарите. Този процес се нарича клетъчно дишане и много от неговите стъпки протичат в митохондриите.
Митохондриите са разположени в желеподобния цитозол на клетката. Те са с овална форма и имат две мембрани: външна, която обгражда целия органел, и вътрешна, която има множество нагъвания, наречени кристи. Кристите увеличават повърхността на мембраната.
Снимка на митохондрия, направена с електронен микроскоп – виждаме матрикс, кристи, външна мембрана и вътрешна мембрана.
_Изображения: горна снимка - "Еукариотни клетки: фигура 7" от колеж Оупънстакс, Биология (CC BY 3.0). Modification of work by Матю Бритън; данни за мащаба от Мат Ръсел. Долна фигура - модификация от "Mitochondrion mini" от Келвин Ма (обществено достояние)._
Някога кристите били смятани за широки, вълнисти гънки, но както Сал разказва в това видео за митохондриите, днес си представяме кристите като дълги кухини.start superscript, 1, end superscript Тук виждаме 3D реконструкция на част от митохондрия:
Изображение: "MitochondrionCAM" от Карман (обществено достояние).squared
Пространството между мембраните се нарича междумембранно пространство, а отделението, заградено от вътрешната мембрана – митохондриален матрикс. В матрикса се намират митохондриална ДНК и рибозоми. Ще разкажем накратко защо митохондриите (и хлоропластите) имат своя собствена ДНК и собствени рибозоми.
Структура с много отделения, като митохондрията, може да ни се струва сложна. Това е така, но се оказва, че различните отделения са много полезни за клетъчното дишане. Те позволяват отделянето на различните реакции една от друга, както и поддържането на различни концентрации на веществата в различните "помещения" на органела.
Въпреки че митохондриите се откриват в повечето видове човешки клетки, както и в повечето видове животински и растителни клетки, техният брой зависи от функцията на клетката и от нейните енергийни нужди. Например мускулните клетки се нуждаят от много енергия, както и от голям брой митохондрии, докато червените кръвни клетки, които отговарят за транспорта на кислород, нямат никакви митохондрии.cubed

Откъде идват тези органели?

Митохондриите и хлоропластите имат свои собствени рибозоми и ДНК. Защо тези органели се нуждаят от ДНК и рибозоми, когато в ядрото на клетката има ДНК, а в циотозола ѝ има рибозоми?
Силни доказателства сочат към ендосимбиозата като отговор на тази загадка. Симбиозата е взаимоотношение, при което организми от два отделни вида живеят в тясна и зависима връзка. Ендосимбиозата (endo– = "вътре") е специфичен вид симбиоза, при който един организъм живее в друг.
  1. Първо ендосимбионтно събитие: еукариотна клетка предшественик поглъща аеробни бактерии, които ще еволюират в митохондрии.
  2. Второ ендосимбионтно събитие: ранните еукариоти поглъщат фотосинтезиращи бактерии, които еволюират в хлоропласти."
_Изображение, модифицирано от "Произход на еукариотите: фигура 4," от Колеж Оупънстакс, Биология, CC BY 4.0._
Бактериите, митохондриите и хлоропластите имат сходен размер. Бактериите имат ДНК и рибозоми, подобни на тези на митохондриите и хлоропластите. start superscript, 4, end superscript Въз основа на тези и други доказателства учените смятат, че много отдавна клетки гостоприемници и бактерии са формирали ендосимбионтни отношения. Тогава отделна клетка гостоприемник е погълнала аеробни (използващи кислород) и фотосинтезиращи бактерии, но не ги е унищожила. Чрез милиони години еволюция аеробните бактерии се превърнали в митохондрии, а фотосинтезиращите – в хлоропласти.