Back to chapter

4.11:

מיטוכונדריה

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Peroxisomes and Mitochondria

Languages

Share

בתאים איקריוטים, שני אברונים, פרוקסיזומים ומיטוכונדריה, הם האתרים העיקריים לניצול חמצן. ראשית, הפרוקסיזומים מכילים עד 50 אנזימים שונים בתוך קרומם היחיד, מה שמאפשר תהליכים ביוסינתטיים ומפרקים, כגון המרת חומצות שומן ארוכות-שרשרת לאלו הבעלות שרשרת בינונית, והסרת מי חמצן הנוצרים כתוצאה מכך. תוצר לוואי מזיק זה יכול לשמש גם לפירוק חומרים כגון אלכוהול.מהסיבה הזו, פרוקסיזומים מרוכזים בכבד ובכליות כדי לטהר את הדם. התוצר הסופי של חמצון בטא הוא אצטיל קואנזים A, שיכול להיכנס למיטוכונדריה יחד עם פירובט מפחמימות, כדי ליצור ATP דרך מעגל חומצת הלימון וזרחון חמצוני. המיטוכונדריון הוא אברון תחום בקרום כפול.מעגל חומצת הלימון מתרחש במטריקס הנוזלי, וזרחון חמצוני משתמש בתצמידי שרשראות מעבר האלקטרונים שנמצאים על הקרום הפנימי שמקופל פעמים רבות כדי ליצור מבנים המכונים קריסטות. מיטוכונדריה נמצאים בכל התאים האיקריוטים, למעט תאי דם אדומים, ונמצאים במספרים גדולים יותר ברקמות בעלות דרישות אנרגיה גבוהות, כגון שרירים וכבד.

4.11:

מיטוכונדריה

Mitochondria and peroxisomes are organelles that are the primary sites of oxygen usage in eukaryotic cells. Mitochondria carry out cellular respiration—the process that converts energy from food into ATP—the primary form of energy used by cells. Peroxisomes carry out a variety of functions, primarily breaking down different substances such as fatty acids.

Peroxisomes contain up to 50 enzymes and are surrounded by a single membrane. They carry out oxidative reactions that break down molecules and produce hydrogen peroxide (H2O2) as a by-product. H2O2 is toxic to cells, but the peroxisome contains an enzyme—catalase—that converts H2O2 into harmless water and oxygen. In addition, catalase uses H2O2 to break down alcohol in the liver into aldehyde and water. However, since H2O2 is produced in very low quantities in the body, other enzymes primarily degrade alcohol.

A critical function of the peroxisome is to break down fatty acids in a process called β oxidation. The resulting product—acetyl-CoA—is released into the cytosol and can travel to the mitochondria, where it is used to produce ATP. In mammalian cells, the mitochondria also carry out β oxidation, as well as using products from the catabolism of other energy sources, such as glucose, to produce ATP.

Mitochondria are surrounded by a double membrane: a smooth outer membrane, and an inner membrane that has many folds called cristae. Within the inner membrane is a region called the matrix. During cellular respiration, pyruvate from the breakdown of glucose in the cytoplasm travels into the matrix, where it enters the citric acid cycle. Then, oxidative phosphorylation through the electron transport chain occurs in the inner membrane of the mitochondria, resulting in the production of a significant amount of ATP. The cristae increase the surface area of the inner membrane, providing more regions for ATP production.

Both peroxisomes and mitochondria are self-replicating, but mitochondria additionally have their DNA and ribosomes, enabling them to produce their proteins. Mitochondria and peroxisomes are both highly concentrated in cells where they are needed the most. For example, liver cells—which break down toxic substances in the blood—have high numbers of peroxisomes, and muscle cells—which have large energy requirements—are rich in mitochondria.