ENERGIE PRO BUŇKU

Díl 2. „Vetřelé alfaproteobakterie“

Hned v prvních hodinách s tématem buněčné a molekulární biologie se dovídáme, že se adenozintrifosfát (ATP) tvoří v mitochondriích. Ano, ty jsou bezesporu jeho hlavním zdrojem. Co je to tedy ta mitochondrie? Jedná se o buněčnou organelu měřící přibližně 0,5–20 µm na délku a 0,1–5 µm na šířku, která vykazuje výraznou plasticitu a mobilitu, má tedy schopnost nabývat rozličných tvarů, např. protáhlý, kulový, tyčinkový nebo zahnutý, a může se v buňce aktivně pohybovat, typicky podél mikrotubulů (tj. část „buněčné kostry“). Množství mitochondrií v buňce je proměnlivé, zároveň závisí na požadavcích buňky. Je pochopitelné, že např. svalová tkáň nebo mozek budou potřebovat pro svou práci mnoho energie a mají tedy i více mitochondrií oproti tkáním, které nevykazují tak vysokou míru aktivity. Průměrně však mitochondrie zabírají asi 25 % objemu buňky a jejich počet je v řádu tisíců. Proto je důležité si za školními zjednodušenými nákresy, ze kterých není velké množství mitochondrií patrné, představovat skutečnou podobu buňky, nebo můžete dojít ke zkresleným představám.

V současnosti se vědci přiklánějí k tzv. endosymbiotické teorii vzniku mitochondrií, podle které zhruba před dvěma miliardami let předchůdkyně mitochondrie – nejspíše alfaproteobakterie příbuzná dnešnímu rodu Rickettsia – splynula s primitivní eukaryotickou buňkou (protoeukaryota) nebo archeou (existuje více teorií). Takovému původu mitochondrií nasvědčuje hned několik faktů, např.:

Obrázek 1 Endosymbiotická teorie (mitochondrie červeně, chloroplasty zeleně) [1]
Obrázek 1
Endosymbiotická teorie (mitochondrie červeně, chloroplasty zeleně) [1]
  • vlastní genom mitochondrií (mtDNA);
  • nemožnost vzniknout nezávisle, nově (de novo) po jejich kompletním zničení v buňce;
  • bakteriální tvar a velikost;
  • jistá míra autonomie (hovoříme o semiautonomní organele);
  • ribozomy podobné těm bakteriálním;
  • množení pomocí dělení nebo
  • dvě membrány jako povrch této organely (ta vnější má původ v cytoplazmatické membráně a vznikla během fúze bakterie s prvotní eukaryotickou buňkou – tzn. díky endocytóze).

Celkem jasné z hlediska dnešní vědy tedy je, že předchůdkyní mitochondrie byla aerobní bakterie (tj. schopná využívat kyslík). U eukaryot postrádajících mitochondrie důkazy nasvědčují tomu, že tyto organely zanikly sekundárně (v genomu takové buňky nacházíme mitochondriální geny, což poukazuje na předchozí přítomnost mitochondrií jako buněčných organel). Díky tomu mohla eukaryotická buňka s novými mitochondriemi, nejprve ještě v podobě jejich starších verzí – tzv. protomitochondrií, zahájit výrazně efektivnější metabolismus (asi 18x) na bázi oxidace a uskutečnit dramatickou evoluční cestu.

A jaká je dnešní podoba mitochondrie? Znatelně se změnila od prvních okamžiků, kdy tato organela vznikala, to se musí uznat. Je však stále znát, že není eukaryotické buňce původem vlastní, jak jsme již naznačili, ale zato buňka a mitochondrie spolu dobře vycházejí – za ty stamiliony let se spolu naučily komunikovat, a to velice sofistikovaně tak, že už se bez sebe neobejdou. Jak se však jejich soužití změnilo? Již jsme mluvili o tom, že buňka přijala od mitochondrie část genů (horizontální genový transfer = neuskutečňuje se prostřednictvím dědičnosti), došlo tak ke značné redukci mitochondriálního genomu a mnoho mitochondriálních proteinů kóduje buněčné jádro. Mitochondrie však nelze očividně redukovat úplně kompletním přenosem důležitých genů do jádra, protože některé proteiny si nejspíš nutně musejí vyrábět přímo samy. Předpokládá se, že by tyto proteiny nebylo možné do mitochondrií dopravit v případě, že by se nasyntetizovaly v cytoplazmě, a zároveň by je nebylo možné buňkou jen tak využít k výrobě energie z živin bez důležité mitochondriální struktury. Takže si eukaryotická buňka prostě musí v sobě mitochondrie trpět, přestože jí běžně zabírají hodně místa, ale za ty krásné výhody to stojí. Mimochodem, mitochondrie hrají například velevýznamnou roli v apoptóze (= programovaná buněčná smrt), právě kterou mohou zahájit [2;3;4].

Obrázek 2 Mitochondrie ve speciálním barvení [5]
Obrázek 2
Mitochondrie ve speciálním barvení [5]

Takže nyní jsme se seznámili s nejzastávanější teorií vzniku mitochondrií – endosymbiotickou teorií, která se jeví jako velice pravděpodobná. Asi je tedy pravdivá, a tak z našich buněk dělá vlastně chiméry z eukaryot a prokaryot, což zní přinejmenším zajímavě.  Poznání jde mílovými kroky dopředu, takže je skoro jasné, že se přijde na mnoho zajímavých informací týkajících se diskutovaného tématu. Těžko tvrdit, zda bude někdy pravdivost endosymbiotické teorie zcela dokázána nebo zcela vyvrácena, jedná se však o přední teorii současnosti se solidními základy a předpoklady. Hádanek evoluce je mnoho, nejspíš není možné je nikdy potvrdit na sto procent, neboť bychom pravděpodobně museli stát u jejich zrodu, ale můžeme se nejrůznějšími experimenty a výzkumem posouvat v našem poznání stále dopředu. Příště se vrátíme z teoretických rovin více do reality a podíváme se na strukturu této záhadné a fascinující organely.

Tomáš Heger, 4. B

Reference:

[1] The Evolution of the Cell. UNIVERSITY OF UTAH. Learn.Genetics: Genetic science learning centre [online]. 2015 [cit. 2015-09-24]. Dostupné z: http://learn.genetics.utah.edu/content/cells/organelles/

[2] 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.

[3] 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

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

[5] If you feel like reading a beautiful story about. It’s Okay To Be Smart [online]. 2014 [cit. 2015-09-24]. Dostupné z: http://www.itsokaytobesmart.com/post/76784202317/if-you-feel-like-reading-a-beautiful-story-about

Napsat komentář