ძირითადი მასალა

კურსი: დამამთავრებელი კლასების ბიოლოგია > თემა 2

გაკვეთილი 5: პროკარიოტები და ეუკარიოტები

მიტოქონდრია და ქლოროპლასტი

მიტოქონდრიებისა და ქლოროპლასტების სტრუქტურა და ფუნქცია. ენდოსიმბიოზი.

საკვანძო საკითხები:

მიტოქონდრია უჯრედის ''ელექტროსადგურია'', ის შლის საწვავ მოლეკულებს და მათში ჩადებულ ენერგიას უჯრედული სუნთქვის პროცესში „ამოიღებს" უჯრედის მიერ გამოსაყენებლად.
ქლოროპლასტი აღმოჩენილია მცენარეებსა და წყალმცენარეებში. მათი მოვალეობაა სინათლის ენერგიის შთანთქმა ფოტოსინთეზის დროს და ამის ხარჯზე შაქრების წარმოქმნა.
მიტოქონდრიები და ქლოროპლასტები, სავარაუდოდ, წარმოიშვა იმ ბაქტერიებისგან, რომლებიც ოდესღაც დიდმა უჯრედებმა შთანთქეს (ენდოსიმბიოზის თეორია).

შესავალი

შესაძლოა, იცოდე, რომ შენი სხეული შედგება უჯრედებისგან (ტრილიონობით და ტრილიონობით უჯრედისაგან). ასევე, შესაძლოა იცოდე მიზეზი იმისა, თუ რატომ გჭირდება საკვები, მაგალითად, მცენარეები. ისინი გაძლევენ ენერგიას სწავლისთვის, სპორტისთვის, სიარულისთვის და სუნთქვისთვისაც კი.

და მაინც, ზუსტად რა ხდება თქვენს ორგანიზმში, როცა ბროკოლიდან იღებთ საკვებ ენერგიას, რგორ მოიხმარს მას თქვენი ორგანიზმი? საბოლოოდ რად გარდაიქმნება ის ენერგია, რომელიც ბროკოლიდან მიიღეთ?

მოცემულ კითხვებზე პასუხის გასაცემად დაგვჭირდება ორი მინიშვნელოვანი ორგანელა: მიტოქონდრია და ქლოროპლასტი.

ქლოროპლასტები ორგანელებია, რომლებიც აღმოჩენილია როგორც ბროკოლის უჯრედებში, ისევე სხვა სახეობის მცენარეებსა და წყალმცენარეებში. ისინი შთანთქავენ სინათლის ენერგიას და ინახავენ მას, როგორც საწვავ მოლეკულას, მცენარის ქსოვილებში.
მიტოქონდრიები თქვენი უჯრედების ნაწილია ისევე, როგორც მცენარეული უჯრედებისა. მათი მოვალეობაა ბროკოლის მოლეკულებში (ან სხვა საწვავ მოლეკულებში) შენახული ენერგიის გარდაქმნა ისე, რომ უჯრედმა მისი გამოყენება შეძლოს.

მოდით, უკეთ გავეცნოთ ამ ორ ძალიან მნიშვნელოვან ორგანელას.

ქლოროპლასტები

ქლოროპლასტები აღმოჩენილია მხოლოდ მცენარეებსა და ფოტოსინთეზის უნარის მქონე წყალმცენარეებში. (ადამინებსა და სხვა ცხოველებს ქლოროპლასტები არ გააჩნიათ). ქლოროპლასტების მოვალეობაა იზრუნონ ფოტოსინთეზის პროცესზე.

ფოტოსინთეზის პროცესში გროვდება სინათლის ენერია, რაც შემდეგ ნახშირორჟანგისგან შაქრების წარმოსაქმნელად გამოიყენება. მიღებული შაქრების ნაწილი გამოიყენება მცენარის კედლის ასაშენებლად ან საკვებად მოიხმარება ცხოველების, მაგალითად, ადამიანის, მიერ. მიღებული შაქრების ნაწილი ხმარდება უჯრედული სუნთქვის პროცესს, რომელიც მიმდინარეობს მიტოქონდრიებში, როგორც ცხოველებში, ისე - მცენარეებში.

ქლოროპლასტები დისკოს ფორმის ორგანელებია, რომლებიც გვხვდება უჯრედის ციტოზოლში. მათ აქვთ შიდა და გარე მემბრანა, შუაში არსებული მემბრანათშორისი სივრცით. თუ გადალახავთ მემბრანათა ორ შრეს, ქლოროპლასტის ცენტრში იპოვით მემბრენულ დისკოებს, რომლებსაც თილაკოიდები ეწოდება. მათი ერთმანეთზე დაწყობით მიღებულ დასტებს კი გრანები ეწოდება (მხოლობითში გრანი).

_მოდიფიცირებული სურათის წყაროა „ქლოროპლასტი მინი", კელვინ მა (CC BY 3,0)._

თილაკოიდების დისკოების მემბრანები შეიცავს სინათლის მშთანმთქმელ პიგმენტ ქლოროფილს, რომელიც მცენარეს მწვანე შეფერილობას ანიჭებს. თილაკოიდის დისკოს შიგნით აქვს ღრუ, რომელსაც ეწოდება თილაკოიდური სივრცე ანუ სანათური (ინგ. lumen). იმ სივრცეს კი, რომლითაც გარშემორტყმულია თილაკოიდები, სტრომა ჰქვია.

შეგიძლიათ, მეტი ისწავლოთ ქლოროპლასტებზე, ქლოროფილსა და ფოტოსინთეზზე სექციაში ფოტოსინთეზი.

მიტოქონდრია

მიტოქონდრიებს ხშირად უჯრედის ენერგეტიკულ სადგურებს უწოდებენ. მათი მოვალეობაა, უჯრედი უწყვეტად მოამარაგონ ატფ-ით (ადენოზინტრიფოსფატით), ენერგიის გადამტანი მთავარი მოლეკულით. ატფ-ის წარმოქმნას საწვავიდან, მაგალითად, შაქრებიდან, მიღებული ენერგიით, ეწოდება უჯრედული სუნთქვა და ამ პროცესის მრავალი საფეხური სწორედ მიტოქონდრიაში მიმდინარეობს.

მიტოქონდრია მოთავსებულია უჯრედის ჟელესმაგვარ ციტოზოლში. ისინი ოვალური ფორმის ორმემბრანიანი სტრუქტურებია: გარე მემბრანა აკრავს მთელ ორგანელას, ხოლო შიდა მემბრანა დანაოჭებულია და ქმნის კრისტებს, რომელთა საშუალებითაც ზედაპირის ფართობი იზრდება.

_სურათის წყარო: ზედა სურათი, „ეუკარიოტული უჯრედები: სურათი 7", ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0). მეთიუ ბრიტონის ნამუშევრის მოდიფიკაცია; მასშტაბის მონაცემები მოწოდებულია მეტ რასელის მიერ. ქვედა სურათი: „მიტოქონდრია მინი", ორიგინალის ავტორია კელვინ მა (საჯარო დომენი)._

ადრე ეგონათ, რომ კრისტები ფართო, დატალღული ნაკეცები იყო, მაგრამ, როგორც სალი ხსნის თავის ვიდეოში მიტოქონდრიებზე, ახლა მიიჩნევა, რომ კრისტები წაგრძელებული ღრუებია.

^{1}

სურათზე მოცემულია მიტოქონდრიის ჭრილის სამგანზომილებიანი რეკონსტრუქცია.

მემბრანებს შორის სივრცეს ეწოდება ინტერმემბრანული სივრცე, ხოლო შიდა მემბრანით გარშემორტყმულ სივრცეს მიტოქონდრიული მატრიქსი ეწოდება. მატრიქსში მოთავსებულია დნმ და რიბოსომები. მოკლედ ვისაუბროთ იმის შესახებ, თუ რატომ აქვს მიტოქონდრიებსა და ქლოროპლასტებს საკუთარი დნმ და რიბოსომები.

მიტოქონდრიის მრავალნაწილიანი სტრუქტურა შესაძლოა რთულად მოგეჩვნოთ. ეს მართლა ასეა, მაგრამ მსგავსი აგებულება, როგორც აღმოჩნდა, ძალიან ხელსაყრელია უჯრედული სუმთქვისთვის, რადგან იგი საშუალებას იძლევა, რეაქციები განცალკევებით წარიმართოს და სხვადასხვა „სივრცეში" მოლეკულების განსხვავებული კონცენტრაცია დაგროვდეს.

ციტოზოლსა და მიტოქონდრიულ მატრიქსში მიმდინარე რეაქციებში საწვავი მოლეკულები, მაგალითად, შაქარი გლუკოზა, ნაბიჯ-ნაბიჯ კარგავენ ელექტრონებს. მათ შემდეგ სპეციალური მოლეკულები, ელექტრონების გადამტანები, იკავშირებენ და ელექტრონების გადამტან ჯაჭვში მიაქვთ. ეგჯ-ს მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაში ჩაშენებული ცილები ქმნის.

ელექტრონების ეგჯ-ში მოძრაობისას გამოყოფილი ენერგია გამოიყენება მატრიქსიდან მემბრანათშორის სივრცეში პროტონების (

H^{+}

) გადასატუმბად. პროტონები უკან, გრადიენტის მიმართულებით, მატრიქსში ბრუნდებიან სპეციალური ფერმენტის, ატფ-სინთაზას, გავლით, რომელიც პროტონულ ნაკადს ატფ-ის წარმოსაქმნელად იყენებს.

ელექტრონების გადამტანი ჯაჭვის მუშაობისას წარმოქმნილი პროტონული გრადიენტის ხარჯზე ატფ-ის სინთეზს ჟანგვითი ფოსფორილება ეწოდება. მიტოქონდრიის ნაწილებად, ანუ კომპარტმენტებად - მატრიქსად და მემბრანათშორის სივრცედ - დაყოფა აუცილებელია ჟანგვითი ფოსფორილებისთვის, რადგან ამის გარეშე პროტონული გრადიენტი ვერ წარმოიქმნებოდა.

_სურათის წყარო: „Etc4" მფლობელი Fvasconcellos (საჯარო დომენი)._

მიტოქონდრიები გვხვდება ადამიანის უჯრედების უმრავლესობაში (ისევე, როგორც მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედების უმეტესობაში), მაგრამ მათი რიცხვი განსხვავდება იმის მიხედვით, თუ რა ფუნქცია აკისრია უჯრედს და რამდენი ენერგია ესაჭიროება მას. მაგალითად, კუნთის უჯრედებს დიდი რაოდენობით ენერგია ესაჭიროებათ, ამიტომ ისინი გამოირჩევა მიტოქონდრიათა მრავალრიცხოვნებით, ხოლო სისხლის წითელ უჯრედებს, რომელთა ძირითადი ფუნქციაც ჟანგბადის გადატანაა, საერთოდ არ აქვთ მიტოქონდრიები.

^{3}

საიდან წარმოიქმნა ეს ორგანელები?

ორივეს, მიტოქონდრიასა და ქლოროპლასტს, გააჩნია საკუთარი დნმ და რობოსომები. რატომ სჭირდებათ ამ ორგანელებს საკუთარი დნმ და რიბოსომები, როცა უჯრედში დნმ ისედაც არის ბირთვში, ხოლო რიბოსომები ციტოზოლში?

საკმაოდ სანდო მტკიცებულებები მიუთითებს, რომ ამ თავსატეხის ახსნა შესაძლოა ენდოსიმბიოზის თეორია იყოს. სიმბიოზი არის კავშირი ორ განსხვავებულ სახეობას შორის, რომლებიც თანაცხოვრობენ ერთმანეთთან ახლო ურთიერთკავშირში, ერთმანეთზე დამოკიდებულად. ენდოსიმბიოზი (ენდო- = ''შიგნით'') სიმბიოზის სპეციფიკური ფორმაა, როდესაც ერთი ორგანიზმი მეორეში ცხოვრობს.

_მოდიფიცირებული სურათის წყაროა „ეუკარიოტების წარმოშობა: სურათი 4", ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია, (CC BY 4,0)._

ბაქტერიები, მიტოქონდრიები და ქლოროპლასტები თანაბარი ზომისაა. ბაქტერიას ასევე აქვს დნმ და მიტოქონდრიებისა და ქლოროპლასტების მსგავსი რიბოსომები. ამის საფუძველზე და სხვა მტკიცებულებებზე დაყრდნობით, მეცნიერები ფიქრობენ, რომ მასპინძელ უჯრედებსა და ბაქტერიებს შორის ენდოსიმბიოზური კავშირი დიდი ხნის წინ ჩამოყალიბდა, როდესაც მასპინძელმა უჯრედებმა შთანთქეს აერობული (ჟანგბადის მომხმარებელი) და ფოტოსინთეზის უნარის მქონე ბაქტერიები, მაგრამ არ მოინელეს ისინი. მილიონობით წლის განმავლობაში ევოლუციის შედეგად უჯრედში იმ აერობული ბაქტერიებისგან მიტოქონდრიები წარმოიშვა, ფოტოსინთეზის უნარის მქონე ბაქტერიებისგან კი - ქლოროპლასტები.

ატრიბუცია:

მოდიფიცირებული სტატიის თავდაპირველი ვერსიაა „ეუკარიოტული უჯრედები“, ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0). ჩამოტვირთეთ თავდაპირველი სტატია უფასოდ აქ: http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9,85:18/Biology.

სახეცვლილი სტატია ვრცელდება CC BY-NC-SA 4,0 ლიცენზიით.

ციტირებული შრომები:

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.
მიტოქონდრია. (18 დეკემბერი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 20 დეკემბერი, 2015, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrion.
სიმბიოგენეზი. (6 ივნისი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილი: 20 ივლისი, 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis.

წყაროები:

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

ქლოროპლასტი. (9 აგვისტო, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 10 აგვისტო, 2015, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplast.

ქრომოპლასტი. (27 მაისი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 10 აგვისტო, 2015, 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.

მიტოქონდრიები. (2014). Scitable. წყარო: http://www.nature.com/scitable/topicpage/mitochondria-14053590.

მიტოქონდრია. (18 დეკემბერი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 20 დეკემბერი, 2015, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrion.

ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია. (27 მაისი, 2016). ეუკარიოტების წარმოშობა. ავტორი OpenStax CNX. წყარო: http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10,53:oHRu5dUS@5/Eukaryotic-Origins.

პლასტიდი. (20 მაისი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 10 აგვისტო, 201, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Plastid.

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

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

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

სიმბიოგენეზი. (6 ივნისი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილი: 20 ივლისი, 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis.

Wang, Z. and Wu, M. (2015). An integrated phylogenomic approach toward pinpointing the origin of mitochondria. Scientific Reports, 5, article 7949. http://dx.doi.org/10,1038/srep07949.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

irinacique
გამოქვეყნების თარიღია 3 წლის წინ. მომხმარებლის irinacique გზავნილზე „როგორ აიხსნება ის მოვლენა...“ პირდაპირი ბმული
როგორ აიხსნება ის მოვლენა, რომ ფოტოსინთეზის უნარის მქონე ბაქტერიების დიდი ნაწილი თავმოყრილია წყალსატევების ზედა ფენებში?
Button navigates to signup pageButton navigates to signup page
(1 მოწონება)
პასუხი
- Levan Shainidze
  გამოქვეყნების თარიღია 3 წლის წინ. მომხმარებლის Levan Shainidze გზავნილზე „ალგაეები მოიხმარენ მზის ე...“ პირდაპირი ბმული
  ალგაეები მოიხმარენ მზის ენერგიას საკვებად, და ამიტომ წყლის ზედაპირთან ახლოს არიან რათა მზის უხვი სხივები უკეთ შთანქთქონ.
  Button navigates to signup page
  (1 მოწონება)
nanukachezhia
გამოქვეყნების თარიღია 3 წლის წინ. მომხმარებლის nanukachezhia გზავნილზე „თბილი წყალი უფრო მალე გაი...“ პირდაპირი ბმული
თბილი წყალი უფრო მალე გაიყინება თუ ცივი?
Button navigates to signup pageდატოვეთ კომენტარი მომხმარებლის nanukachezhia გზავნილზე „თბილი წყალი უფრო მალე გაი...“
(1 მოწონება)
პასუხი

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.