Conţinutul principal

Curs: Biblioteca de biologie > Unitatea 8

Lecția 3: Tur al unei celule eucariote

Mitocondriile și cloroplastele

Structura și funcția mitocondriilor și cloroplastelor. Endosimbioza.

Puncte cheie:

Mitocondriile sunt „centralele” celulei, descompunând molecule de combustibil și producând energie din respirația celulară.
Cloroplastele se găsesc în plante și alge. Acestea sunt responsabile de capturarea energiei luminoase pentru a crea zaharuri în fotosinteză.
Mitocondriile și cloroplastele provin, probabil, din bacterii care au fost înghițite de celule mai mari (teoria endosimbiotică).

Introducere

Probabil știi că organismul tău este format din celule (trilioane și trilioane de celule). Poate știi că motivul pentru care ai nevoie de mâncare — ca legumele — este pentru a obține energia necesară pentru activități precum sportul, învățatul, mersul și chiar respiratul.

Dar ce se întâmplă în corpul tău pentru a transforma energia dintr-un broccoli într-o formă de energie care poate fi utilizată de organism? Și cum ajunge energia în broccoli, de fapt?

Răspunsurile la aceste întrebări au mult de-a face cu două organite importante: mitocondrii și cloroplaste.

Cloroplastele sunt organite care se găsesc în celulele de broccoli, precum și în alte plante și alge. Acestea captează lumina și o stochează sub formă de molecule de combustibil în țesuturile plantelor.
Mitocondriile se găsesc în celulele tale, dar și în celulele plantelor. Acestea transformă energia stocată în moleculele din broccoli (și alte molecule de combustibil) într-o formă utilizabilă pentru celulă.

Să analizăm aceste două organite foarte importante.

Cloroplastele

Cloroplastele se găsesc doar la plante și algele care fac fotosinteză. (Oamenii și alte animale nu prezintă cloroplaste.) Scopul cloroplastelor este de a realiza un proces numit fotosinteză.

În fotosinteză, energia luminoasă este colectată și utilizată pentru a forma zaharuri din dioxid de carbon. Zaharurile produse în fotosinteză pot fi folosite de celula plantei sau pot fi consumate de animale care mănâncă plantele, precum oamenii. Energia din aceste zaharuri este utilizată printr-un proces numit respirația celulară, care se petrece în mitocondriile plantelor și animalelor.

Cloroplastele sunt organite în formă de disc care se găsesc în citosolul celulei. Acestea au o membrană externă și una internă, cu un spațiu intermembranar între acestea. Dacă treci de cele două straturi de membrană și ajungi la spațiul din centru, găsești discuri de membrană numite tilacoide, aranjate în saculi numiți grana (singular, sac granar).

Membrana unui tilacoid conține sisteme fotochimice care includ clorofilă, un pigment care dă plantelor culoarea verde. Discurile tilacoidelor sunt goale, iar spațiul din acestea se numește spațiu tilacoidal sau lumen, în timp ce lichidul din jurul tilacoidelor se numește stroma.

Poți afla mai multe despre cloroplaste, clorofilă și fotosinteză în capitolul despre fotosinteză.

Mitocondrii

Mitocondriile (singular, mitocondria) sunt deseori numite uzinele sau fabricile de energie ale celulei. Scopul lor este de a produce o sursă constantă de adenozintrifosfat (ATP), molecula transportatoare de energie a celulei. Procesul de producere a ATP-ului utilizând energia din combustibili precum zaharurile se numește respirație celulară și mulți dintre pașii săi au loc în interiorul mitocondriilor.

Mitocondriile sunt suspendate în citosolul gelatinos al celulei. Acestea sunt ovale și au două membrane: una externă, care înconjoară întregul organit, și una internă, cu multe pliuri numite criste, care îi măresc suprafața.

Cristele erau considerate, la un moment dat, încrețituri groase și ondulate, după cum am explicat și în videoclipul despre mitocondrii; acum sunt înțelese ca fiind asemănătoare unor caverne lungi.

^{1}

Aici este prezentată o reconstrucție 3D a unei secțiuni dintr-o mitocondrie:

Spațiul dintre membrane se numește spațiu intermembranar, iar compartimentul delimitat de membrana internă se numește matricea mitocondrială. Matricea conține ADN mitocondrial și ribozomi. Vom discuta în scurt timp despre motivul pentru care mitocondriile (și cloroplastele) au propriul ADN și ribozomi.

Structura multi-compartimentată a mitocondriei ne poate părea complicată. Este adevărat, dar structura de acest tip este foarte folositoare pentru respirația celulară, permițând reacțiilor să fie separate și moleculelor de concentrații diferite să fie păstrate în „camere” diferite.

Electronii din molecule de combustibil, precum glucoza, sunt desprinși în reacțiile care au loc în citosol și în matricea mitocondrială. Acești electroni sunt capturați de molecule speciale numite transportatoare de electroni și sunt depozitați în catena transportatoare de electroni, o serie de proteine încorporate în membrana internă a mitocondriei.

Pe măsură ce electronii se deplasează de-a lungul catenei transportatoare, energie este eliberată și folosită pentru a pompa protoni (

H^{+}

) din matrice în spațiul intermembranar. Pe măsură ce protonii revin la un gradient mai mic până în matrice, trec printr-o enzimă numită ATP-sintetază, care folosește deplasarea protonilor pentru a genera ATP.

Acest proces de formare de ATP care folosește gradientul de protoni generat de catena transportatoare de electroni se numește fosforilare oxidativă. Împărțirea mitocondriei în matrice și spațiu intermembranar este esențială pentru fosforilarea oxidativă, deoarece permite formarea unui gradient de protoni.

_Imagine modificată din „Etc4” de Fvasconcellos (domeniul public)._

Deși mitocondriile se găsesc în majoritatea celulelor umane (la fel ca în majoritatea celulelor altor plante și animale), numărul acestora depinde de rolul celulei și de nevoile sale energetice. De exemplu, în general, celulele musculare au nevoie de mai multă energie și au mai multe mitocondrii, în timp ce hematiile, care sunt specializate pentru transportul de oxigen, nu au deloc mitocondrii.

^{3}

De unde provin aceste organite?

Și mitocondria, și cloroplastul conțin propriul ADN și ribozomi. De ce ar avea nevoie aceste organite de ADN și ribozomi, când există ADN în nucleu și ribozomi în citosol?

Există dovezi concrete care indică endosimbioza ca fiind răspunsul la aceste întrebări. Simbioza este o relație în care organisme aparținând a două specii separate trăiesc într-o relație strânsă de co-dependență. Endosimbioza (endo- = „înăuntru”) este un anumit tip de simbioză în care un organism trăiește în altul.

Bacteriile, mitocondriile și cloroplastele au dimensiuni asemănătoare. Și bacteriile au ADN și ribozomi, asemănători cu cei ai mitocondriilor și cloroplastelor.

^{4}

Bazat pe aceasta și pe alte dovezi, oamenii de știință cred că celulele-gazdă și bacteriile au format o relație endosimbiotică cu mult timp în urmă, când celule gazdă individuale au primit bacterii aerobe (care utilizează oxigen) și fotosintetizatoare fără să le distrugă. În milioane de ani de evoluție, bacteriile aerobe au devenit mitocondrii, iar cele fotosintetizatoare au devenit cloroplaste.

Surse:

Acest articol este un derivat modificat al “Eukaryotic cells,” by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Descarcă gratuiut articolul original de la http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:18/Biology.

Articolul modificat este licențiat sub o licență CC-BY-NC-SA 4.0.

Lucrări citate:

Mannella, Carmen A. (2006). The relevance of mitochondrial membrane topology to mitochondrial function. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease, 1762(2), 140. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbadis.2005.07.001.
Mannella, Carmen A. (2006). The relevance of mitochondrial membrane topology to mitochondrial function. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease, 1762(2), 141. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbadis.2005.07.001.
Mitochondrion. (18 decembrie 2015). Preluat pe 20 decembrie 2015 de pe Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrion.
Symbiogenesis. (6 iunie 2016). Preluat pe 20 iulie 2016 de pe Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis.

Referințe:

Campbell, N.A., Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. și Jackson, R. B. (2008). A tour of the cell. În Biology (ed. 8, p. 94-124). San Francisco, CA: Pearson.

Chloroplast. (9 august 2015). Preluat pe 10 august 2015 de pe Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplast.

Chromoplast. (27 mai 2015). Preluat pe 10 august 2015 de pe Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chromoplast.

Mannella, Carmen A. (2006). The relevance of mitochondrial membrane topology to mitochondrial function. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease, 1762(2), 140-147. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbadis.2005.07.001.

McFadden, G. I. and van Dooren, G. G. (2004). Evolution: Red algal genome affirms a common origin of all plastids. Current Biology, 14(13), R514-R516.

Mitochondria. (2014). In Scitable. Preluat de la http://www.nature.com/scitable/topicpage/mitochondria-14053590.

Mitochondrion. (18 decembrie 2015). Preluat pe 20 decembrie 2015 de pe Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrion.

OpenStax College, Biology. (27 mai 2016). Eukaryotic origins. În OpenStax CNX. Preluat de la http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.53:oHRu5dUS@5/Eukaryotic-Origins.

Plastid. (20 mai 2015). Preluat pe 10 august 2015 de pe Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Plastid.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B. și Singer, S. R. (2014). Mitochondria and chloroplasts: Cellular generators. În Biology (ed. 10, ed. AP, p. 73-74). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. și Jackson, R. B. (2011). Mitochondria and chloroplasts change energy from one form to another. În Campbell biology (ed. 10, p. 109-112). San Francisco, CA: Pearson.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. și Jackson, R. B. (2011). The first eukaryotes. În Campbell biology (ed. 10, p. 528-529). San Francisco, CA: Pearson.

Symbiogenesis. (6 iunie 2016). Preluat pe 20 iulie 2016 de pe Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis.

Wang, Z. și Wu, M. (2015). An integrated phylogenomic approach toward pinpointing the origin of mitochondria. Scientific Reports, 5, articolul 7949. http://dx.doi.org/10.1038/srep07949.

Vrei să te alături conversației?

Conectare

Ordonare după:

Nici o postare încă.

Înțelegi engleza? Dă clic aici pentru a vedea mai multe discuții care au loc pe site-ul în limba engleză al Khan Academy.