ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มสองชั้นซึ่งให้พลังงานแก่เซลล์ โดยเปลี่ยนพลังงานจากอาหารหรือแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานเคมีที่ใช้งานได้ผ่านเยื่อหุ้มชั้นในของพวกมัน

Definition

ไมโทคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่สร้าง ATP ผ่านการหายใจระดับเซลล์ ในขณะที่คลอโรพลาสต์เป็นออร์แกเนลล์ของพืชและสาหร่ายที่จับพลังงานแสงในการสังเคราะห์ด้วยแสง ทั้งสองมีเยื่อหุ้มสองชั้นและสืบเชื้อสายมาจากแบคทีเรียเอนโดซิมไบโอติก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างของไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ บทบาทของพวกมันในการหายใจระดับเซลล์และการสังเคราะห์ด้วยแสง การเชื่อมโยงเคมีออสโมซิสที่ขับเคลื่อนการสังเคราะห์ ATP และต้นกำเนิดแบบเอนโดซิมไบโอติกที่สะท้อนให้เห็นในจีโนมของพวกมันเองและกลไกแบบแบคทีเรีย

Core questions

• เคมีออสโมซิสเชื่อมโยงการขนส่งอิเล็กตรอนกับการสังเคราะห์ ATP ได้อย่างไร?
• ทำไมไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์จึงมีเยื่อหุ้มสองชั้นและมี DNA ของตัวเอง?
• โครงสร้างของออร์แกเนลล์เหล่านี้สนับสนุนบทบาทในการเปลี่ยนพลังงานได้อย่างไร?
• มีหลักฐานใดบ้างที่สนับสนุนต้นกำเนิดแบบเอนโดซิมไบโอติกของออร์แกเนลล์เหล่านี้?

Key theories

ทฤษฎีเคมีออสโมซิส

การขนส่งอิเล็กตรอนจะปั๊มโปรตอนข้ามเยื่อหุ้มเพื่อสร้างการไล่ระดับไฟฟ้าเคมี และพลังงานที่เก็บไว้ในการไล่ระดับนั้นจะขับเคลื่อน ATP synthase เพื่อสร้าง ATP

ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก

ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์มีต้นกำเนิดมาจากแบคทีเรียที่ดำรงชีวิตอิสระซึ่งถูกเซลล์เจ้าบ้านบรรพบุรุษกลืนกิน ซึ่งอธิบายถึงเยื่อหุ้มสองชั้น DNA แบบวงกลม และไรโบโซมแบบแบคทีเรียของพวกมัน

Mechanisms

ในไมโทคอนเดรีย อิเล็กตรอนจากการสลายสารอาหารจะเคลื่อนที่ไปตามสายโซ่การหายใจในเยื่อหุ้มชั้นใน ซึ่งจะปั๊มโปรตอนเข้าสู่ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้ม การไหลกลับของโปรตอนผ่าน ATP synthase จะขับเคลื่อนการผลิต ATP ในคลอโรพลาสต์ การขนส่งอิเล็กตรอนที่ขับเคลื่อนด้วยแสงในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์จะสร้างการไล่ระดับโปรตอนที่คล้ายกันซึ่งให้พลังงานแก่การสังเคราะห์ ATP ในขณะที่พลังงานที่จับได้จะตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ ออร์แกเนลล์ทั้งสองยังคงมีจีโนมขนาดเล็กและแบ่งตัวอย่างอิสระ ซึ่งสอดคล้องกับบรรพบุรุษแบบเอนโดซิมไบโอติกของพวกมัน

Clinical relevance

ออร์แกเนลล์เหล่านี้มีความสำคัญต่อชีวพลังงานและอธิบายว่าเซลล์ได้รับและเก็บพลังงานได้อย่างไร โดยเชื่อมโยงชีววิทยาของเซลล์เข้ากับการเผาผลาญและการวิวัฒนาการของยูคาริโอต การรักษาในที่นี้เป็นการบรรยายและไม่เป็นการสั่งยา

History

สมมติฐานเคมีออสโมซิสของมิทเชลล์ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ซึ่งในตอนแรกเป็นที่ถกเถียงกัน ได้กลายมาเป็นคำอธิบายที่ได้รับการยอมรับว่าการหายใจและการสังเคราะห์ด้วยแสงสร้าง ATP ได้อย่างไร มาร์กูลีสได้ฟื้นฟูและรวบรวมหลักฐานสำหรับต้นกำเนิดแบบเอนโดซิมไบโอติกของออร์แกเนลล์เหล่านี้ และการศึกษาโครงสร้างของ ATP synthase โดยบอยเออร์และวอล์กเกอร์ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับกลไกระดับโมเลกุล

Key figures

• Peter Mitchell
• Lynn Margulis
• Paul Boyer
• John Walker

Seminal works

• mitchell1961
• margulis1970

Frequently asked questions

เคมีออสโมซิสคืออะไร?

เคมีออสโมซิสคือการใช้การไล่ระดับโปรตอนข้ามเยื่อหุ้ม ซึ่งสร้างขึ้นโดยการขนส่งอิเล็กตรอน เพื่อขับเคลื่อนเอนไซม์ ATP synthase และผลิต ATP

ทำไมไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์จึงคล้ายแบคทีเรีย?

พวกมันสืบเชื้อสายมาจากแบคทีเรียที่ดำรงชีวิตอิสระซึ่งถูกเซลล์บรรพบุรุษรับเข้าไป ดังนั้นพวกมันจึงยังคงมีลักษณะของแบคทีเรีย เช่น จีโนมแบบวงกลม ไรโบโซมของตัวเอง และเยื่อหุ้มสองชั้น