Митохондрии

Нека влезем в света на митохондриите, които може би са любимите ми органели. Ще си припомним какво са митохонриите и след това ще разгледаме в повече подробности тяхната структура. Да помислим за клетката, но не каква да е клетка, а еукариотна клетка. Това е клетъчната мембрана. Когато хората чуят еукариотна клетка, обикновено казват: "О! Тази клетка има ДНК в ядрото си, а ядрото е обградено от ядрена обвивка." Това е така. Ще нарисувам ядрото, обградено от ядрената обвивка. Това е ядрената мембрана. А тук вътре имаме ДНК. Ще я нарисувам. Но когато говорим за еукариотни клетки, те притежават не само ядро, обвито от мембрана, а и други органели, оградени с мембрана. На второ място по важност, много близо до ядрото, са други органели, обвити от мембрана, това са митохондриите. Ще нарисувам няколко митоходнрии. Ще поговоря малко за тези извити линии, които рисувам вътре в митохондриите. Това малко прилича на фигура от учебник. Както ще рабереш след малко, в наши дни имаме доста по-точно разбиране за сложните процеси, които протичат в митохондриите, но все още не сме отговорили на всички въпроси. Ще направя фигурата по-ясна – това са митохондрии. Това е множестевното число на митохондрий. Ще говорим за един от тях, ще говорим за един митохондрий. Един от митохондриите. Може вече да знаеш от училище или от друго видео в Кан Академия, че тези органели се смятат за фабрики за АТФ в клетката. Ще го запиша. Фабрики за АТФ. В клиповете за АТФ или за клетъчно дишане, както и в други клипове, много често казвам, че АТФ е енергийната валута в клетката. Когато енергията е под формата на АТФ, имаме аденозинтрифосфат. Ако отделим една от фосфатните групи, ако махнем едното Ф, се освобождава енергия, която тялото използва, за да прави най-различни неща. От движение до мислене и какво ли още не, всичко което се случва в тялото. Вероятно се досещаш, че митохондриите са много важни за доставяне на енергия за функциите на клетката. Затова ще откриеш повече митохондрии в мускулните клетки например, както и в други видове клетки, които използват много енергия. Преди да преминем към структурата на митохондриите, искам да поговорим за тяхното забележително минало. Смятаме клетките за основната градивна единица на живите системи, това е така, това твърдение идва от клетъчната теория. Но се оказва, че най-разпространената теория за това как митохондриите са се появили в клетките ни е, че в миналото предшествениците на митохондриите са били свободни, независими микроорганизми. Те са произлезли от подобни на бактерии микроорганизми, които може да се живели самостоятелно и да са били много добри в обработката на енергия, може да са се справяли добре и с други неща. На определен етап в еволюцията си те били погълнати от предшествениците на нашите клетки. Вместо да бъдат разкъсани на парчета, смлени и рециклирани от клетката, еволюцията си казала: "Чакай, ако тези неща останат тук, клетките ще имат по-голям шанс да оцелеят, защото те ще им помагат с разграждането на глюкоза или с производството на енергия." Клетките, които успели да заживеят в симбиоза и да дадат място за живот на митохондриите или на пре-митохондриите, оцелели в процеса на естествения отбор. И днес асоциираме митохондриите с еуракиотните клетки. Намирам идеята за това един организъм да живее в симбиоза в друг организъм на клетъчно ниво за изумителна идея. Но както и да е, спирам да говоря за това и да се върнем към настоящето. Да поговорим за структурата на митохондриите. Първо ще направя опростена рисунка на митохондрий – ще нарисувам напречен разрез. Ще нарисувам напречно сечение, ще покажа какво се вижда, ако разрежем един митохондий на две. Това тук ще е външната мембрана. Това е външната мембрана, ще я означа. Външна мембрана. Всички тези мембрани, които рисувам, представляват двойни фосфолипидни слоеве. Ако погледнем по-отблизо ето тук, ако погледнем по-отблизо, ще видим двоен фосфолипиден слой. Виждаме хидрофилните глави, които сочат навън, и хидрофобни опашки, които сочат навътре. Така. Виждаме нещо такова – всички мембрани са двойни фосфолипидни слоеве. Но те не са изградени само от фосфолипиди. Всички тези мембрани съдържат и различни белтъци. Клетките са изключително сложни структури, но дори органели като митохондриите са забележителни. Може да ги наричаме подструктури, но самите те имат най-различни интересни протеини и ензими в мембраните си, които помагат с регулацията на случващото се във вътрешността на органелите, както и извън тях. Едни от белтъците във външната мембрана на митохондриите се наричат порини. Те не се срещат само при митохондриите. Те имат формата на тунел и образуват отвор във външната мембрана. Рисувам ги, колкото мога по-добре. Това са порини. Интересното за тях е, че не позволяват на големи молекули да преминават пасивно през мембраната, а само малки молекули като захари или йони могат да преминават пасивно през порините. Затова концентрацията на йони и на малки молекули е сходна от двете страни на тази мембрана, от двете страни на външната мембрана. Но това не е единствената мембрана в митохондриите. Има и вътрешна мембрана. Ще я нарисувам в жълто. Имаме и вътрешна мембрана. Първо ще я нарисувам като във фигура от учебник и след това ще поговорим повече за нея, тъй като вече се смята, че този модел не е напълно верен. Но на тази фигура ще нарисувам вътрешната мембрана. Тя има гънки или гребени, които увеличават повърхността ѝ. Размерът на повърхността е много важен за вътрешната мембрана, защото в нея се осъществяват процесите от електрон-транспортната верига. Тези мембрани са много важни. Ако искаме още по-голяма повърхност на мембраната, ни трябват повече гънки. Тези гънки си имат име. Ако говорим за една от тях, ако говорим за една от тези гънки, тя се нарича криста. Ако говорим за повече от една, ги наричаме кристи. Кристи е множественото число на криста. Вътрешната нагъната мембрана също представлява двоен фосфолипиден слой. Можеш ли да се досетиш как ще се казва пространството между мембраните? Между външната и вътрешната мембрана имаме междумембранно пространство. Не е много оригинално име – междумембранно пространство. Благодарение на порините концентрациите на малки молекули в междумембранното пространство и извън митохондрия – в цитозола – концентрациите са близки. Но вътрешната мембрана няма порини, затова концентрациите от двете ѝ страни могат да са различни. Това е много важно за електрон-транспортната верига. Важен аспект от електрон-транспортната верига е създаването на градиент на водородните йони от двете страни на мембраната. След това те преминават по посока на концентрационния си градиент през протеин, наречен АТФ-синтаза, който спомага за синтеза на АТФ. Ще говорим повече за това по-късно във видеото или в следващо видео. Но нека завършим с всички части на митохондрия. Във вътрешната мембрана имаме тази зона тук, която се нарича матрикс. Ще използвам друг цвят – това е матриксът. Нарича се матрикс, защото има много по-висока концентрация на протеини и е много по-плътен от цитозола, който е извън и около митохондрия. Това тук е матрикс. Клетъчното дишане има много фази. Често говорим за гликолиза. Гликолизата протича в цитозола. Но друга основна фаза от клетъчното дишане – цикълът на лимонената киселина или цикълът на Кребс протича в матрикса. Цикълът на Кребс протича в матрикса. Както казах, процесите в електрон-транспортната верига, които са отговорни за производството на по-голямата част от АТФ в клетката, се осъществяват от протеини във вътрешната мембрана на митохондриите. Или в кристите – ето тук. Но още не сме приключили. Може би едно от най-забележителните неща за митохондриите е това, че мислим, че те са произлезли от древни независими форми на живот. Една древна независима форма на живот би трябвало да съдържа генетична информация и по някакъв начин да може да я предава на поколенията. Оказва се, че митхондриите имат своя собствена генетична информация. Те имат митохондриалната ДНК и често имат не само едно копие от нея, а няколко. Митохондриалната ДНК е кръгова и прилича на бактериалната. Всъщност митохондиралната ДНК бактериалната ДНК имат много прилики и това е една от причините да смятаме, че предшествениците на митохондриите са живели самостоятелно. Може да са били бактериални форми или други форми на живот, свързани с бактериите. Това тук е кръговата митохондриална ДНК. По-голямата част от ДНК, която е в теб, е ядрената ДНК, но имаш и малко митохондирална ДНК. Интересното при митохонриалната ДНК е, че тя се наследява само от майката, защото когато яйцеклетката се оплоди, а човешката яйцеклетка има тонове митохондрии, очевидно не рисувам всички органели на човешката яйцеклетка – тя има ядро и всичко останало. Сперматозоидът има митохондрии, те му трябват, за да успее да спечели оспорваното състезание за това кой ще оплоди яйцеклетката. Но според настоящата теория всичките или повечето от тези митохондрии се смилат или разрушават, когато сперматозоидът навлезе в яйцеклетката. А и самата яйцеклетка има много повече митохондрии, така че митохондриалната ДНК е наследена от майката. Този вид ДНК се използва за различни проучвания. Когато хората говорят за "древната Ева", първата жена на Земята, или се опитват да проследят изначалната майка на човешката раса, те изследват митохондриална ДНК. Това е забележително. Както казах по-рано, митохондриите имат своя собствена ДНК. Тъй като имат собствана ДНК, могат да синтезират собствена РНК, имат и собствени рибозоми, ето ги. Но митохондриите не синтезират сами всички белтъци, които ги изграждат. Много от тях са кодирани в ядрената ДНК и се синтезират извън митохондрия. След това те навлизат вътре в него. Митохондриите са забележителни органели. Има малки живи същества, които да живеят в симбиоза в клетките ни и могат да се реплицират сами. Намирам това за изключително интересно. Както и да е. Казах, че това е диаграма от учебник и на пръв поглед се оказва, че ако погледнем снимка на митохондрий от електронен микроскоп, тя подкрепя диаграмата, виждаме гънките, кристите. Но ако можем да видим митохондриите още по-добре, се оказва, че това не са просто гънки, а че вътрешната мембрана на практика се закача за матрикса. Освен това има и малки тунели, които свързват вътрешността на кристите с междумембранното пространство. Харесвам този пример, тъй като от него става ясно, че когато разглеждаме фигурите в учебниците, виждаме митохондрии и си казваме, "О, да, разбира се, това се фабрики за АТФ.", но всъщност те все още се изучават. Все още учените се опитват да разберат как точно работят и дори каква е структурата им. При този модел виждаме, че кристите влизат и излизат от различни страни. Този модел вече не се приема за точна визуализация на структурата на митохондриите. Има друг модел, който се смята за по-точен. Ако нарисувам напречно сечение на митохондрия, ще нарисувам външната мембрана и вътрешната мембрана, след това ще нарисувам тези малки тунели от кристите към междумембранното пространство. Това е визуализацията, която е по-добре приета днес. Искам да разбереш, че когато прочетеш нещо в учебник по биология може да си кажеш: "Учените са изследвали всичко това и го разбират.", но всъщност те все още се чудят как работи тази структура, как точно е изградена, как този органел изпълнява всичките си невероятни функции.