Mitochondrie

- Ponořme se do světa mitochondrií, což jsou asi mé nejoblíbenější organely. Zopakujeme si, co mitochondrie jsou, a řekneme si o nich více, budeme mluvit o jejich stavbě. Představme si buňku. Ne ledajakou, ale eukaryotickou buňku. To je buněčná membrána. Když se řekne eukaryota nebo eukaryotická buňka, vybaví se nám nejspíš, že taková buňka má buněčnou DNA v buněčném jádru, které je připoutané k buněčné membráně. Což je pravda. Sem nakreslím buněčné jádro připoutané k membráně. Tohle je buněčná membrána. Tady máme DNA. Nakreslím sem DNA. Když mluvíme o eukaryotických buňkách, nejde jenom o jádro vázané na buněčnou membránu, jde také o další organely, které se na membránu vážou, a druhé místo mezi těmito důležitými, na membránu vázanými organelami, mají právě mitochondrie. Nakreslím je sem. Budeme mluvit o těchto klikatých čarách. které kreslím do mitochondrií. Takhle je najdete znázorněné v učebnicích, o tom povíme za chvíli. Dnes umíme mnohem lépe znázornit, co se v mitochondriích děje, přesto zatím neznáme odpovědi na všechny otázky. Možná už o mitochondriích něco víte. Jen pro pořádek, toto jsou mitochondrie. V množném čísle. Když mluvíme o jediné říkáme ta mitochondrie. Mitochondrie i v jednotném čísle. Možná to už umíte z dřívějška, možná už jste to slyšeli v jném videu Khanovy školy. Mitochondrie slouží jako buněčné továrny na ATP. Napíšu to takhle, továrny na ATP. Pokud jste si pustili videa o ATP, o buněčném dýchání, nebo podobná videa, slyšeli jste mě mluvit o tom, že ATP je pro buňku poukázka na energii, na energiii ve formě ATP ve formě adenozin trifosfátu. Když odeberete jednu fosfátovou skupinu, odeberete jeden fosfor a uvolníte energii, tu vaše tělo využije k různým účelům, od pohybu přes myšlení atd., k čemukoliv, co se děje v lidském těle. Vidíte, že mitochondrie jsou vážně důležité pro tvorbu energie, kterou potřebujeme k fungování buněk. A proto je hodně mitochondrií třeba ve svalech a v dalších tkáních, které potřebují hodně energie. Než začnu mluvit o stavbě mitochondrie, chci vám něco říct o jejím vývoji. Buňky považujeme za základ živé hmoty, a je to tak, vychází to z buněčné teorie. Ukazuje se ale, že nejčastější vysvětlení toho, kde se v našich buňkách vzaly mitochondrie, je, že jejich předchůdci, předci dnešních mitochondrií, byli volně se vyskytující organismy, vlastně mikroorganismy. Mitochondrie se vyvinuly z organismů podobných bakteriím, které kdysi nejspíš žily samostatně a možná to byli mistři ve zpracování energie, možná byli mistři v něčem jiném, ale v určitém období evoluce byly mitochondrie pozřeny předchůdci naší buňky. Uvnitř buňky ale nebyly roztrhány na kousky ani snědeny a stráveny. Buňka si řekla, počkat, když tu mitochondrie zůstanou, bude jednodušší přežít. Mitochondrie totiž umí skvěle zpracovávat glukózu, pomůžou mi získat z prostředí víc energie. Proto se buňky naučily žít v symbioze, mitochondrie si v buňce našly své místo, šlo vlastně o předchůdce mitochondrií, premitochondrie, a takto vybavené buňky přežily a postupným přirozeným výběrem došly k dnešní podobě eukaryotické buňky, jejíž součástí jsou mitochondrie. To, že jeden organismus žije uvnitř jiného organismu a v symbioze s ním, a to dokonce na úrovni buněk, to je úžasné. Ale nechme toho, vraťme se do současnosti, teď budeme mluvit o stavbě mitochondrie. Načrtnu sem zjednodušenou mitochondrii, nakreslím ji jako průřez. To je průřez mitochondrií. Kdybychom ji rozřízli na dvě poloviny. To, co jsem nakreslil tady, by byla její vnější membrána. Toto je vnější membrána. Doplním sem popisek vnější membrána. Všechny další membrány, které nakreslím budou polopropustné fosfolipidové dvouvrstvy. Když se zaměřím na tuto část na tu část přímo tady, bude tu polopropustná fosfolipidová dvouvrstva To znamená, že nám hydrofilní buňky směřují ven... Hydrofilní buňky směřují ven a hydrofobní ocásky směřují dovnitř. Takže... Vidíme asi něco takového. Tak vypadají všechny fosfolipidové dvouvrstvy. Nejsou to ale jenom čisté fosfolipidy. Ve všech membránách jsou obsaženy i bílkoviny. Buňky jsou neobyčejně složité soustavy. Dokonce i organely, třeba mitochondrie mají fascinující, řekl bych vnitřní stavbu. Obsahují množství zajímavých bílkovin, a enzymů, které jsou součástí membrán. A proto mohou ovládat procesy probíhající uvnitř buněčných organel i mimo ně. Jedna z bílkovin obsažených ve vnější membráně mitochondrie se nazývá porin. Najdete ho i jinde než v mitochondriích, tyto tunelové bílkoviny jsou stavěny tak, že vytvářejí otvor ve vnější membráně. Nakreslím je, jak nejlépe dovedu. Toto jsou poriny. Zajímavé na nich je, že neumožňuj pasivní průchod velkých molekul, umožňují ale průchod molekul malých, třeba cukru nebo iontů, ty projdou molekulami porinů. A také díky tomu má koncentrace iontů i malých molekul v našem těle sklon držet se na každé straně membrány na poměrně stálé hodnotě, a to na obou stranách vnější membrány. Není to jediná membrána, která je součástí mitochondrie. Máme tu taky vnitřní membránu. Nakreslím ji žlutě. Máme i vnitřní membránu, nejdřív ji nakreslím podle učebnicového modelu a potom si povíme, proč tento model není úplně přesný, tady tedy máme vnitřní membránu, vnitřní membránu, a vnitřní memrána má takové záhyby, které rozšiřují její povrch, povrch je pro vnitřní membránu velmi důležitý, protože se na něm odehrává přenos elektronových řetězců. Odehrává se hlavně na membránách, pokud rozšíříte plochu, získáte prostě více prostoru pro tyto děje. Záhyby membrány mají speciální název. Mluvíme-li o jednom záhybu, pokud mluvíme o jednom záhybu, mluvíme o takzvané kristě, pokud mluvíte o větším množství záhybů, používáme výraz kristy. V latinské terminologii cristae. Uvádí se různá výslovnost tohoto termínu cristae. Jde tedy o záhyby vnitřní membrány. Menbrány tvořené, jak jsme již řekli, fosolipidovou dvouvrstvou. Uvnitř vnitřní membrány, tedy mezi vnější a vnitřní membránou je prostor, jehož název můžete snadno odhadnout. V tomto prostoru je takzvaná mezimembrána. Mezimembránový prostor není zrovna originální název, navíc kvůli porinům jsou koncentrace malých molekul v mezimembránovém prostoru a mimo mitochondrii v nitrobuněčné tekutině, ty koncentrace jsou podobné. Ale ve vnitřní membráně se nevyskytují poriny, a proto se zde může koncentrace malých buněk lišit, což má zásadní vliv na elektronový transportní řetězec. Řetězec vrcholí vodíkem a gradientem vodíkových iontů a je vystaven mezi oběma stranami membrány a teče dolů skrz protein zvaný ATP syntháza, která se podílí na tvorbě ATB. O tom si povíme víc ke konci tohoto videa nebo v dalším videu. Vraťme se k vnitřní stavbě organely mitochondrie. Ve vnitřní membráně tedy najdeme tuto oblast zvanou matrix. Nakreslím ji jinou barvou, tomuto se tedy říká matrix. Jmenuje se tak, neboť má mnohem vyšší koncentraci bílkovin, má vyšší viskozitu než nitrobuněčná tekutina, která je okolo... okolo mitochondrií. Takže tady máme matrix. U buněčného dýchání rozlišujeme hodně postupných kroků. Mluvíme o glykolýze v nitrobuněčné tekutině. Tam glyolýza probíhá, v nitrobuněčné tekutině. Glykolýza. Další zásadní kroky buněčného dýchání jsou například již zmíněný citrátový cyklus, známý také jako Krebsův cyklus, který probíhá v matrix. Takže Krebsův cyklus probíhá v matrix. Elektronový transportní řetězec, který vytváří obrovskou masu ATP pomocí bílkovin překlenujících vnitřní membránu nebo přemosťujících tyto kristy zde. A ještě nejsme u konce. Asi nejzajímavější části mitochondrie, jež pocházejí asi z prastarých samostatných forem života, aby kdysi mohly žít samostatným životem, musejí mít nějaké informace, způsob, jak přenášet genetickou informaci. A ukazuje se, že mitochondrie mají vlastní genetickou informaci. Mají mitochondriální DNA. Mívají několik kopií této DNA, tedy nejen jedinou kopii DNA. DNA je uložena ve smyčkách jako DNA bakterií, s nimiž mají vlastně hodně společného. Proto se domníváme, že samostatně žijící předek mitochondrií byla pravděpodobně bakterie nebo v nějakém smyslu příbuzný živočich. Toto tady je smyčka mitochondriální DNA. Všechna DNA v lidském těle, jako celek, je naše nukleární DNA, ale i malé množství DNA v našich mitochondriích, které je pro nás velice zajímavé. Mitochondrie se dědí po matce, protože když je vajíčko oplodněno... Když je lidské vajíčko oplodněno, obsahuje spoustu mitochondrií. Nebudu malovat všechno, co vajíčko obsahuje, je zde jádro atd. I sperma obsahuje mitochondrie... Obsahuje mitochondrie, protože je potřebuje, aby mohlo vyhrát těsný souboj o oplodnění vajíčka. Podle posledních poznatků se většina mitochondrií rozpustí nebo je strávena, jakmile se dostane do vajíčka. Navíc vajíčko má mnohem víc mitochondrií, takže DNA v našich mitochondriích je zděděná po matce nebo z matčiny strany. Mitochondriální DNA se používá, když se zabýváme pramáti Evou nebo hledáním společného prapředka lidstva. Lidé v tom případě sledují zajímavou mitochondriální DNA. Takže je to vlastně docela fascinující. Dříve jsem zmínil, a vy to také víte, že mitochondrie mají vlastní DNA. Protože mitochondrie mají DNA, vytvářejí si části vlastní RNA, vlastní ribozomy, takže tady máme ribozomy. Ale nevytvářejí si všechny bílkoviny, které tato organela obsahuje. Mnoho bílkovin se tvoří nebo kóduje v naší nukleární DNA a vlastně vznikají mimo mitochondrie. Později se do nich přesouvají. Mitochondrie jsou opravdu fascinující drobní živočichové žijící v symbióze uvnitř buněk, kteří jsou schopní se replikovat. Je to úžasné. Nejde mi to na rozum. Ale to nevadí. Zde je náš učebnicový model. A z mikrografu, obrázku mitochondrie, je dobře patrné, že učebnicový model odpovídá realitě, záhyby, tedy kristy, se skládají dovnitř. Ale pokud použijeme přesnější zobrazení ukazuje se, že ve skutečnosti nejde jen o prosté záhyby, že vnitřní membrána vlastně visí směrem do matrix a ukazuje se, že jsou tu tunýlky, propojující prostor uvnitř krist a mezimembránový prostor. Tento postřeh nám umožní uvědomit si, že na obrázcích je vše samozřejmé. Říkáme si: Ano, mitochondrie, jistě, to jsou výrobny ATP. Stále je však třeba výzkum vizualizací, abychom přesně pochopili funkci a stavbu mitochondrií. Tento model zábran, kde vidíte kristy vstupující a vystupující různými směry, už v dnešní době není platný. Pro zobrazení struktury mitochondrií se nepoužívá. Byl nahrazen tímto modelem, modelem napojených krist, ten by v průřezu vypadal asi takhle. Tohle by byla, tady nakreslím vnitřní a vnější membránu, nakreslím tady tunýlky vedoucí dovnitř do krist. Takhle vypadá v současnosti nejpřijímanější zobrazení. Měli byste si uvědomit, že když něco čtete třeba v učebnici biologie, říkáte si: Vše je objeveno. Lidé se ve skutečnosti ptají: Jak tenhle útvar funguje? Jak vlastně vypadá? Jak pomáhá této organele této skvělé organele vykonat všechno, co je třeba?