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線粒體:結構、功能和圖表

概述

線(xian)(xian)粒(li)體(ti)(ti)(ti)是一種半自主細(xi)胞器,幾乎(hu)存在于所有(you)真核動物(wu)細(xi)胞中,除了少數,如紅(hong)細(xi)胞。線(xian)(xian)粒(li)體(ti)(ti)(ti)被(bei)稱為(wei)細(xi)胞的(de)發電站,因(yin)(yin)為(wei)它(ta)(ta)負責(ze)以(yi) ATP 的(de)形式(shi)產生能量貨幣,后(hou)來細(xi)胞利用它(ta)(ta)來執(zhi)行(xing)各種功(gong)能。它(ta)(ta)被(bei)稱為(wei)半自主,因(yin)(yin)為(wei)它(ta)(ta)包含自己的(de)循環DNA形式(shi)的(de)遺傳物(wu)質(zhi)。人類線(xian)(xian)粒(li)體(ti)(ti)(ti) DNA 是雙鏈的(de),在繁殖過程中從母(mu)親(qin)傳給后(hou)代。因(yin)(yin)此(ci),線(xian)(xian)粒(li)體(ti)(ti)(ti)DNA可以(yi)追溯(su)到(dao)母(mu)體(ti)(ti)(ti)后(hou)代。線(xian)(xian)粒(li)體(ti)(ti)(ti)含有(you)自己的(de)核糖體(ti)(ti)(ti),因(yin)(yin)此(ci),它(ta)(ta)可以(yi)合成自己的(de)蛋白質(zhi),但主要是它(ta)(ta)們僅(jin)由(you)細(xi)胞核編碼(ma)(99%)。

線粒體的結構

線粒體(ti)(ti)由以下結構組成,這些結構在線粒體(ti)(ti)內發生的所有過程中起著至關重要的作用(yong)。


  • 線(xian)粒體外(wai)膜(mo)(線(xian)粒體覆蓋的外(wai)層)

外膜包含類似孔(kong)(kong)的結構,稱為(wei)孔(kong)(kong)蛋(dan)(dan)白,小的不(bu)帶電粒(li)子可以通(tong)(tong)(tong)過這些孔(kong)(kong)進出線(xian)粒(li)體。為(wei)了使大(da)的帶電分子通(tong)(tong)(tong)過,需要(yao)特殊的跨膜蛋(dan)(dan)白,因為(wei)它們不(bu)能通(tong)(tong)(tong)過孔(kong)(kong)蛋(dan)(dan)白。與(yu)內(nei)膜相(xiang)比,外膜更(geng)具滲(shen)透(tou)性


  • 線(xian)粒體(ti)內膜(線(xian)粒體(ti)覆蓋的內層)

這是(shi)電子(zi)(zi)傳(chuan)輸鏈(ETC)過(guo)程(cheng)的場所(suo)。嵴是(shi)線粒(li)體(ti)內膜(mo)的折(zhe)疊,增加了內膜(mo)的表面(mian)(mian)積(ji)。需要(yao)增加表面(mian)(mian)積(ji),因為大多(duo)數 ATP 生(sheng)成過(guo)程(cheng)僅通(tong)過(guo)氧化(hua)磷酸化(hua)在(zai)該(gai)膜(mo)中(zhong)發生(sheng),因此增加表面(mian)(mian)積(ji)將為該(gai)過(guo)程(cheng)以更高效(xiao)率發生(sheng)提供(gong)更多(duo)空間。存在(zai)于嵴上的 f0-f1 顆(ke)粒(li)是(shi)跨(kua)膜(mo)蛋白,負責將質子(zi)(zi)(H+ 離子(zi)(zi))泵(beng)入膜(mo)間空間,從而產生(sheng) ATP。內膜(mo)非(fei)常堅硬,只(zhi)允許(xu)顆(ke)粒(li)通(tong)過(guo)轉運蛋白。


  • 膜間空間(兩(liang)層(ceng)膜之間的空間)

內膜空間(jian)包含負責在基質中產生 ATP 的酶 ATP 合酶。


  • 矩陣

基(ji)質是線粒(li)體內充滿液體的空間,含有重(zhong)要的結構,如 DNA、核糖體、酶(mei)、蛋(dan)白質等。在(zai)線粒(li)體基(ji)質中,會發生 TCA(三羧酸循環(huan))、β 氧化等重(zhong)要循環(huan)。

線粒體的功能

線粒體負(fu)責細胞內的許多主要(yao)活(huo)動:

  • 它是(shi) ATP 合成(cheng)的主要場所,因此被稱為(wei)細胞(bao)的發電站(氧化磷酸化)。肌肉細胞(bao)、肝臟等細胞(bao)表明這(zhe)些區域的 ATP 利用率較高。在(zai)成(cheng)熟的紅細胞(bao)中,線粒體不存在(zai),以便為(wei)血(xue)紅蛋白與氧結合創(chuang)造更(geng)多空間。

  • 線粒體的(de)內(nei)膜(mo)含有參與電子傳遞(di)和 ATP 合成的(de)蛋白質(F0-F1 顆粒)。

  • 線粒體在(zai) Ca2+ 的(de)吸收和釋放中(zhong)(zhong)起(qi)著至關重要(yao)的(de)作(zuo)用,Ca2+ 可維持細胞質中(zhong)(zhong)鈣的(de)濃度。

  • 線粒(li)(li)體(ti)在哺(bu)乳(ru)動物細(xi)(xi)胞(bao)的凋亡(wang)過程(cheng)中也起(qi)著非常重要(yao)的作用。BCL2家(jia)族(zu)蛋白調(diao)節線粒(li)(li)體(ti)內外(wai)膜(mo)細(xi)(xi)胞(bao)色素(su)c的釋放,一(yi)旦進入細(xi)(xi)胞(bao)質,就會(hui)引(yin)起(qi)其他凋亡(wang)信號的激(ji)活,最終導致(zhi)細(xi)(xi)胞(bao)死(si)亡(wang)。

  • 在(zai)脂肪(fang)組(zu)織中,線粒(li)體通過電子傳遞鏈(lian)釋放熱量(liang)。

內共生理論

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內共生(sheng)理論指出(chu),線(xian)粒(li)體(ti)和葉綠體(ti)是真(zhen)(zhen)核(he)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)對好(hao)氧(yang)(yang)細(xi)(xi)(xi)菌(原(yuan)核(he)生(sheng)物)的(de)(de)內吞作用(吞噬)的(de)(de)結果。一(yi)種(zhong)大(da)型(xing)需氧(yang)(yang)細(xi)(xi)(xi)菌,否則將無法(fa)生(sheng)存(cun),與真(zhen)(zhen)核(he)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)融(rong)合。有(you)許多(duo)證據(ju)支持(chi)線(xian)粒(li)體(ti)的(de)(de)內共生(sheng)理論,例(li)如,它有(you)自己的(de)(de)環狀 DNA,就像原(yuan)核(he)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)一(yi)樣。線(xian)粒(li)體(ti)通過二元裂(lie)變分(fen)裂(lie),獨立于它們生(sheng)活(huo)的(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)。線(xian)粒(li)體(ti)和原(yuan)核(he)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)大(da)小(xiao)幾(ji)乎相似。