Структура и компартменты митохондрий

Митохондрия ограничена двумя мембранами, которые определяют отдельные внутренние компартменты, и именно эта архитектура делает возможным окислительное фосфорилирование. Гладкая внешняя мембрана и глубоко складчатая внутренняя мембрана отделяют межмембранное пространство от центрального матрикса, а складки внутренней мембраны — кристы — значительно увеличивают поверхность, на которой размещается дыхательный аппарат.

Definition

Структура митохондрий относится к организации органеллы в две мембраны (внешнюю и внутреннюю) и компартменты, которые они заключают — межмембранное пространство и матрикс — с внутренней мембраной, сложенной в кристы, которые содержат цепь переноса электронов и АТФ-синтазу.

Scope

Тема охватывает внешнюю и внутреннюю мембраны, межмембранное пространство, кристы и их соединения, а также матрикс, наряду с тем, как эта компартментализация поддерживает дыхание и как форма митохондрий изменяется путем слияния и деления. Это структурный и клеточно-биологический справочник, а не клиническое руководство.

Core questions

• Каковы мембраны и компартменты митохондрии?
• Почему внутренняя мембрана образует кристы?
• Как компартментализация обеспечивает протонный градиент?
• Как форма митохондрий изменяется путем слияния и деления?

Key concepts

• Внешняя митохондриальная мембрана
• Внутренняя митохондриальная мембрана
• Межмембранное пространство
• Кристы и соединения крист
• Митохондриальный матрикс
• Митохондриальная ДНК и рибосомы
• Слияние и деление (динамика митохондрий)

Mechanisms

Внешняя мембрана относительно проницаема для малых молекул через порины, тогда как внутренняя мембрана высокоселективна и непроницаема для большинства ионов, что позволяет ей удерживать протонный градиент, от которого зависит сохранение энергии. Внутренняя мембрана складывается в кристы, увеличивая площадь, доступную для цепи переноса электронов и АТФ-синтазы; соединения крист помогают организовать этот компартмент. Матрикс содержит ферменты цикла лимонной кислоты, митохондриальную ДНК и аппарат для ее экспрессии. Морфология митохондрий не статична, а непрерывно изменяется путем слияния и деления, которые адаптируют сеть к клеточным потребностям.

Clinical relevance

Структурная целостность митохондрий лежит в основе их способности синтезировать АТФ, и измененная морфология митохондрий наблюдается во многих клеточных состояниях, изучаемых в исследованиях. Данная статья описывает структуру и динамику для справки и не предоставляет диагностических или лечебных рекомендаций.

History

Митохондрии были идентифицированы с помощью световой микроскопии в конце XIX века, а электронная микроскопия в середине XX века выявила двумембранную организацию и кристы. Более поздние работы интегрировали эту статическую картину с открытием того, что митохондрии образуют динамические сети, формируемые непрерывным слиянием и делением.

Key figures

• Jennifer Nunnari
• Luca Scorrano

Seminal works

• nunnari-2012
• pernas-2016

Frequently asked questions

Почему внутренняя митохондриальная мембрана имеет так много складок?

Складки, называемые кристами, расширяют поверхность мембраны, которая содержит цепь переноса электронов и АТФ-синтазу, увеличивая способность органеллы синтезировать АТФ.

В чем разница между матриксом и межмембранным пространством?

Матрикс — это самый внутренний компартмент, заключенный внутренней мембраной, и содержит ферменты цикла лимонной кислоты и митохондриальную ДНК; межмембранное пространство находится между внутренней и внешней мембранами и накапливает протоны, выкачиваемые во время дыхания.