ENERGIE PRO BUŇKU

Díl 3. „Struktura mitochondrií“

Povězme si ještě něco blíže o struktuře dnešních mitochondrií (pro připomenutí: mitochondrie jsou ty buněčné elektrárny ;-), nepřesně řečeno). Bylo zmíněno, že mají dvě membrány, vnější a vnitřní, které se liší svým tvarem a složením.

Vnější membrána je hladká a obsahuje cholesterol, což nasvědčuje jejímu původu v cytoplazmatické membráně danému procesem endocytózy – pohlcení něčeho drobnějšího buňkou tak, že se vchlípí její vlastní membrána a vytvoří tak váček. Tato vnější membrána obsahuje mnoho pórů a je tedy dobře propustná i pro celkem velké molekuly.

 Tři základní typy mitochondrií, ke kterým patří ještě typ smíšený vyskytující se hlavně v hmyzích buňkách [1]

Tři základní typy mitochondrií, ke kterým patří ještě typ smíšený vyskytující se hlavně v hmyzích buňkách [1]

Oproti tomu vnitřní mitochondriální membrána je normálně silně zřasená v záhyby, které se nazývají kristy, anebo vytváří trubičkovité vchlípeniny zvané tubuly. Počet vchlípenin je dán potřebou buňky – jak byste předpokládali, čím vyšší požadavky na energii, tím více záhybů. Ale jejich počet je určován také stářím mitochondrií a patologií těchto organel, protože opotřebované nebo „nemocné“ mitochondrie ztrácejí záhyby, a vnitřní membrána se tak vyhlazuje, což má celkově negativní dopad na buněčnou energetiku. Je to dáno tím, že se ztrácí potřebná plocha pro rozličné enzymy zabudované do této membrány, když ztrácí své mnohonásobné zřasení. Také počet mitochondrií s věkem nebo při jistých nemocech klesá. Dalším faktorem majícím vliv na strukturu vnitřní membrány je druh buňky. Kristy, které sahají napříč mitochondrií až do blízkosti protější vnitřní membrány, jsou typické pro běžné mitochondrie, ale vyskytují se pak zvlášť hojně ve svalech, hnědém tuku nebo sekrečních buňkách slinivky břišní. Uvnitř takové kristy je to hodně těsné, nenechte se oklamat některými školními nákresy. Tubuly bohatě proplétající celou mitochondrii jsou zase specifické pro buňky vyrábějící steroidní hormony (žluté tělísko, Leydigovy buňky, kůra nadledvin). A aby toho nebylo málo, vnitřní membrána může tvořit také malé váčky zvané sakuly (např. v kůře nadledvin) a útvary trojúhelníkového průřezu zvané prizmata. Tyto pojmy (kristy, tubuly, prizmata) nám celou problematiku struktury vnitřní membrány zkomplikovaly, proto se často shrnují pod jednotný pojem – kristy a vše ostatní bývá už jejich podtypem.

A zase, pokud je endosymbiotická teorie správná, vnitřní membrána má původ v aerobní bakterii. Nasvědčuje tomu zdejší přítomnost glycerofosfolipidu zvaného kardiolipin, ten je totiž typicky bakteriální záležitostí. S prostupností látek už je to výrazně složitější, selektivními transportéry se hlídá každý ion, takže zde funguje přísná regulace látkového přenosu speciálními „bránami“. Částí této membrány, o které se hovoří nejvíce, jsou enzymy dýchacího řetězce (též elektron-transportní řetězec, častá angl. zkratka ETC). Právě ony jsou dějištěm biosyntézy ATP. Zde jeden z enzymů (cytochromoxidasa) spotřebovává kyslík O2, ze kterého se formují dvě vody 2H2O, a proto hovoříme o buněčném dýchání.

Nakoukněme ještě do uzoučkého místa nacházejícího se mezi membránami – říká se mu příhodně mezimembránový (též intermembránový) prostor. Obsahuje např. cytochrom c a proteiny spouštějící po uvolnění do cytoplazmy programovanou buněčnou smrt, jeho složení se podobá cytoplazmě právě díky relativně velkým pórům ve vnější membráně.

Stavba mitochondrie [2]
Stavba mitochondrie [2]

Matrix, čteno [matrix] – to je prostor obalený vnitřní mitochondriální membránou, samotný úplný vnitřek mitochondrie – obsahuje znatelně více proteinů než mezimembránový prostor. Vypadá proto jaksi zrnitě. Jeho původ se dle endosymbiotické teorie odvozuje od cytoplazmy bakterie. Plavou tu nejrůznější enzymy složitých a důmyslně provázaných biochemických cyklů. Dále si zde buňka skladuje vápenaté ionty Ca2+, což tvoří další zásobárnu mimo endoplazmatické retikulum – takto se hlídá cytoplazmatická hladina Ca2+. No a samozřejmě je zde obsažena mtDNA a jiné mitochondriální nukleové kyseliny (tRNA, mRNA, rRNA) a ribozomy (výrobny proteinů) bakteriálního typu.

Jak se taková mitochondrie v eukaryotické buňce chová? Je pěkně neposedná, to by se dalo čekat. Mitochondrie nejsou žádné nehybné organely, ale účastní se dynamických procesů svého spojování („fusion“) nebo vzniku mitochondrií nových („fission“). Znamená to, že mitochondrie se dělí a fúzují, což je ideálně v jakési dynamické rovnováze. Tyto procesy si navíc buňka reguluje, a pokud jsou nějakým způsobem nedostatečné, opět je to spojené s nemocí. Spojení mitochondrií je výhodné pro vytvoření sítě, ve které se mohou distribuovat meziprodukty metabolismu, doplňovat různé enzymy nebo tento proces může sloužit k opravě mtDNA nebo ke kompenzaci její nedostatečné funkce třeba důsledkem mutace. Jednoduše řečeno se fúzováním snižuje heterogenita mitochondrií [3;4;5].

Jakým způsobem dodávají mitochondrie energii buňce? Již jsme zmínili, že se jedná o její chemicko-termodynamickou formu, poměr ATP:ADP:AMP (pro vysvětlení zkratek viz obrázek v prvním díle). V tomto ohledu zajišťují mitochondrie výrobu (biosyntézu) ATP, čímž navyšují jeho chemický potenciál a činí jej „molekulou energie buňky“. Jak biosyntéza ATP funguje, si vysvětlíme v následujících dílech, nyní se spokojíme s konstatováním, že mitochondrie produkují ATP.

 

Tomáš Heger, 4. B

 

Reference:

[1] Mitochondrie. MENDELOVA UNIVERZITA. Webové stránky Zbyška Sládka [online]. 2010 [cit. 2015-09-24]. Dostupné z: http://user.mendelu.cz/sladek/cytologie/mitoch1.htm

[2] Mitochondrion. Bio1151 [online]. 2010 [cit. 2015-09-24]. Dostupné z: http://bio1151.nicerweb.com/Locked/media/ch06/06_17Mitochondrion_CL.jpg

[3] Busch KB, Kowald A, Spelbrink JN. Quality matters: how does mitochondrial network dynamics and quality control impact on mtDNA integrity? Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2014 Jul 5;369(1646):20130442. doi: 10.1098/rstb.2013.0442. Review. PubMed PMID: 24864312; PubMed Central PMCID: PMC4032518.

[4] 3. LÉKAŘSKÁ FAKULTA UNIVERZITY KARLOVY. Buněčné základy medicíny – CVSE1M0003: Struktura a původ mitochondrie [online prezentace]. 2015 [cit. 2015-09-24]. Dostupné z: http://www2.lf3.cuni.cz/opencms/export/sites/www.lf3.cuni.cz/cs/pracoviste/histologie/vyuka/studijni-materialy/CVSE1M0001/prednasky/45_EB_Struktura_a_pxvod_mitochondrix.pdf

[5] Mitochondrie. Institut Galenus [online]. [cit. 2015-09-24]. Dostupné z: http://galenus.cz/clanky/biochemie/biochemie-bunka-mitochondrie

 

Napsat komentář