De eukaryota cellerna i levande organismer utför kontinuerligt ett stort antal kemiska reaktioner för att leva, växa, reproducera och bekämpa sjukdomar.

Alla dessa processer kräver energi på cellnivå. Varje cell som deltar i någon av dessa aktiviteter får sin energi från mitokondrierna, små organeller som fungerar som cellernas kraftverk. Enkeltformen för mitokondrier är mitokondrion.

Hos människor har celler som röda blodkroppar inte dessa små organeller, men de flesta andra celler har ett stort antal mitokondrier. Muskelceller kan till exempel ha hundratals eller till och med tusentals för att tillfredsställa sina energibehov.

Nästan varje levande sak som rör sig, växer eller tror har mitokondrier i bakgrunden och producerar den nödvändiga kemiska energin.
Struktur av mitokondrierna.

Mitokondrierna är membranbundna organeller inneslutna av ett dubbelmembran.

De har ett jämnt yttre membran som omsluter organellen och ett vikt inre membran. Vikarna i det inre membranet kallas cristae, vars singular är crista, och vikarna är där reaktionerna som skapar mitokondriell energi äger rum.

Det inre membranet innehåller en vätska som kallas matrisen medan intermembranutrymmet är beläget mellan de två membranen är också fylld med vätska.

På grund av denna relativt enkla cellstruktur har mitokondrier bara två separata driftsvolymer: matrisen inuti det inre membranet och intermembranutrymmet. De förlitar sig på överföringar mellan de två volymerna för energiproduktion.

För att öka effektiviteten och maximera energiproduktionspotentialen tränger det inre membranvecket djupt in i matrisen.

Som ett resultat av det inre membranet har en stor ytarea, och ingen del av matrisen är långt ifrån en inre membranvikning. Veckarna och det stora ytområdet hjälper till med mitokondriell funktion, vilket ökar överföringshastigheten mellan matrisen och intermembranutrymmet över det inre membranet.
Varför är Mitokondrier viktiga?

Medan enstaka celler ursprungligen utvecklades utan mitokondrier eller andra membranbundna organeller, komplexa flercelliga organismer och varmblodiga djur som däggdjur får sin energi från cellens andning baserat på mitokondriell funktion.

Högenergifunktioner som hjärtmuskelns eller fågelens vingar har höga koncentrationer av mitokondrier som levererar den energi som behövs.

Genom deras ATP-syntesfunktion producerar mitokondrier i muskler och andra celler kroppsvärmen för att hålla varmblodiga djur vid en stadig temperatur. Det är denna koncentrerade energiproduktionsförmåga hos mitokondrier som möjliggör högenergiaktiviteter och produktion av värme hos högre djur.
Mitokondriella funktioner |

Energiproduktionscykeln i mitokondrier förlitar sig på en elektrontransport kedja tillsammans med citronsyra- eller Krebs-cykeln.
Läs mer om Krebs-cykeln.

Processen att bryta ner kolhydrater som glukos för att göra ATP kallas katabolism. Elektronerna från glukosoxidation passeras längs en kemisk reaktionskedja som inkluderar citronsyrecykeln.

Energi från reduktionsoxidationen, eller redox, reaktioner används för att överföra protoner ur matrisen där reaktionerna tar plats. Den sista reaktionen i mitokondriell funktionskedja är en i vilken syre från cellulär andning genomgår reduktion för att bilda vatten. Slutprodukterna av reaktionerna är vatten och ATP.

De viktigaste enzymerna som är ansvariga för mitokondriell energiproduktion är nikotinamid adenindinukleotidfosfat (NADP), nikotinamid adenindinukleotid (NAD), adenosindifosfat (ADP) och flavinadenindinukleotid (FAD).

De arbetar tillsammans för att överföra protoner från vätemolekyler i matrisen över det inre mitokondriella membranet. Detta skapar en kemisk och elektrisk potential över membranet genom att protonerna återgår till matrisen genom enzymet ATP-syntas, vilket resulterar i fosforylering och produktion av adenosintrifosfat (ATP).
Läs om ATP: s struktur och funktion.

ATP-syntes och ATP-molekylerna är de främsta bärarna av energi i celler och kan användas av cellerna för produktion av kemikalier som är nödvändiga för levande organismer.
••• Sciencing

Förutom att vara energiproducenter kan mitokondrier hjälpa till med signal-till-cell-signalering genom frisläppandet av kalcium.

Mitokondrier har förmågan att lagra kalcium i matrisen och kan frisätta det när vissa enzymer eller hormoner finns. Som ett resultat kan celler som producerar sådana triggande kemikalier se signalen om stigande kalcium från frisläppandet av mitokondrierna.

Sammantaget är mitokondrier en viktig del av levande celler, som hjälper till med cellinteraktioner, distribuerar komplexa kemikalier och producerar ATP som utgör energibasen för allt liv.
De inre och yttre mitokondriella membranen |

Det mitokondriella dubbla membranet har olika funktioner för det inre och yttre membranet och de två membranen och består av olika ämnen .

Det yttre mitokondriella membranet innesluter vätskan i intermembranutrymmet, men det måste tillåta kemikalier som mitokondrierna behöver passera genom det. Energilagringsmolekyler som produceras av mitokondrierna måste kunna lämna organellen och leverera energi till resten av cellen.

För att möjliggöra sådana överföringar består det yttre membranet av fosfolipider och proteinstrukturer som kallas porins
som lämnar små hål eller porer i membranets yta.

Intermembranutrymmet innehåller vätska som har en sammansättning som liknar cytosolen som utgör vätskan i den omgivande cellen.

Små molekyler, joner, näringsämnen och den energibärande ATP-molekylen som produceras av ATP-syntes kan tränga igenom det yttre membranet och övergången mellan vätskan i intermembranutrymmet och cytosolen.

Det inre membranet har en komplex struktur med enzymer, proteiner och fetter som endast tillåter vatten, koldioxid och syre att passera genom membranet fritt.

Andra molekyler, inklusive stora proteiner, kan tränga igenom membranet men endast genom speciella transportproteiner som begränsa deras textavsnitt. Det stora ytan på det inre membranet, som härrör från cristae-veck, ger plats för alla dessa komplexa protein- och kemiska strukturer.

Deras stora antal möjliggör en hög nivå av kemisk aktivitet och en effektiv energiproduktion.

Processen genom vilken energi produceras genom kemiska överföringar över det inre membranet kallas oxidativ fosforylering.

Under denna process oxiderar kolhydrater i mitokondrierna protoner över det inre membranet från matrisen in i intermembranutrymmet. Obalansen i protoner gör att protonerna diffunderar tillbaka över det inre membranet i matrisen genom ett enzymkomplex som är en föregångare av ATP och kallas ATP-syntas.

Protonflödet genom ATP-syntas i sin tur är grunden för ATP-syntes och den producerar ATP-molekyler, den viktigaste energilagringsmekanismen i celler.
Vad finns i matrisen?

Den viskösa vätskan i det inre membranet kallas matrisen.

Det interagerar med det inre membranet för att utföra mitokondriernas energiproducerande funktioner. Den innehåller enzymer och kemikalier som deltar i krebscykeln för att producera ATP från glukos och fettsyror.

Matrisen är där mitokondriellt genom som består av cirkulärt DNA finns och där ribosomerna finns. Närvaron av ribosomer och DNA innebär att mitokondrierna kan producera sina egna proteiner och kan reproducera med sitt eget DNA utan att förlita sig på celldelning.

Om mitokondrier verkar vara små, fullständiga celler på egen hand, är det eftersom de antagligen var separata celler vid en punkt när enstaka celler fortfarande utvecklades.

Mitochondrion-liknande bakterier kom in i större celler som parasiter och fick stanna kvar eftersom arrangemanget var ömsesidigt fördelaktigt.

bakterier kunde reproducera sig i en säker miljö och levererade energi till den större cellen. Under hundratals miljoner år integrerades bakterierna i flercelliga organismer och utvecklades till dagens mitokondrier.

Eftersom de finns i djurceller idag, utgör de en viktig del av den tidiga mänskliga utvecklingen.

Eftersom mitokondrier multiplicerar oberoende baserat på mitokondriellt genom och inte deltar i celldelning, ärver nya celler helt enkelt de mitokondrier som råkar vara i deras del av cytosolen när cellen delar sig.

Denna funktion är viktigt för reproduktion av högre organismer, inklusive människor, eftersom embryon utvecklas från ett befruktat ägg.

Äggcellen från modern är stor och innehåller mycket mitokondrier i sin cytosol medan den befruktande spermcellen från fadern har knappast någon. Som ett resultat ärver barn sina mitokondrier och sitt mitokondriella DNA från sin mor.

Genom deras ATP-syntesfunktion i matrisen och genom cellulär respiration över dubbelmembranet är mitokondrier och mitokondriell funktion en nyckelkomponent i djuret celler och hjälper till att göra livet så långt det är möjligt.

Cellstruktur med membranbundna organeller har spelat en viktig roll i människans utveckling och mitokondrier har gett ett väsentligt bidrag.