mitokondrie

Mitokondriene er ovale eller stavformede organeller i cellens cytoplasma, 0,5 mikrometer tykke og med varierende lengde, opptil 7 mikrometer. Mitokondriene er avgrenset mot cytosol av en dobbeltmembran, der den indre membranen danner innbuktninger i form av tynne vegger (cristae). Rommet omsluttet av innermembranen kalles mitokondriematriks (eller bare matriks), mens rommet mellom de to membranene kalles «det intermembranøse rommet».

Antall mitokondrier i en celle gjenspeiler cellens energibehov, slik at celler med høyt energiforbruk, for eksempel de saltsyreproduserende cellene i magesekkens slimhinne, har svært mange mitokondrier. I muskelceller øker antallet mitokondrier med trening.

I én kubikkcentimeter rottelevervev finnes 162 milliarder mitokondrier med en samlet indre overflate på 3,4 kubikkmeter.

Mitokondriene har sitt eget DNA og sin egen proteinsyntese. I dyreceller koder mitokondrielt DNA for 13 polypeptidkjeder som inngår i proteiner inne i mitokondriene. Alle de øvrige proteinene som mitokondriene trenger, er kodet for i det cellekjernens DNA, produseres i cytosol og må importeres derfra.

Mitokondrielt DNA koder også for ribosomalt RNA (rRNA), som inngår i mitokondrienes ribosomer. Mitokondrienes ribosomer likner mer på bakterieribosomer (prokaryote ribosomer) enn på ribosomene som befinner seg ute i cellens cytosol (eukaryote ribosomer). Noen antibiotika, som kloramfenikol og tetrasyklin, hemmer bakterievekst ved at de hemmer proteinsyntese på prokaryote, men ikke på eukaryote ribosomer. Både kloramfenikol og tetrasyklin hemmer imidlertid også proteinsyntese på mitokondrienes ribosomer.

I elektrontransportkjeden flyter elektroner gjennom fire store proteinkomplekser, nummerert fra I til IV. Proteinkompleksene sitter innleiret i mitokondrienes innermembran. Elektronene er frigjort ved nedbrytning av organiske molekyler, spesielt sukkerarter og fettsyrer. Elektronene fraktes til elektrontransportkjeden og mellom proteinkompleksene i kjeden med molekyler kalt elektronbærere. Flyten av elektroner gjennom kjeden medfører red-oksreaksjoner som frigjør kjemisk energi.

Energien blir i første omgang brukt til å pumpe protoner (H⁺-ioner) ut fra matriks over innermembranen. Siden protonene er elektrisk ladet, medfører denne skjevfordelingen at det over innermembranen utvikles en spennings- og konsentrasjonsforskjell, kalt elektrokjemisk gradient. Dette representerer en energirik tilstand, svarende til oppladningen av et bilbatteri, som kan tappes, der energien som frigjøres brukes til å lage ATP. Produksjonen av ATP er koplet til red-oksreaksjoner, og kalles samlet sett oksidativ fosforylering.

ATP produseres når protoner flyter inn i matriks igjen gjennom et protein kalt ATP-syntase. ATP-syntasen, som går gjennom innermembranen, kan ses på som en ionepumpe som arbeider i motsatt retning, det vil si at den danner ATP når protoner flyter inn gjennom pumpen. Ved å endre den elektrokjemiske gradienten er det imidlertid mulig å reversere pumpen, slik at den pumper protonerut under forbruk av ATP.

Noen små molekyler kan blokkere transporten av elektroner gjennom elektrontransportkjeden, og vil kunne medføre rask død grunnet manglende produksjon av ATP. Eksempler er:

• rotenon, som blant annet brukes som plantegift
• amytal
• cyanid (CN^-), syreresten av blåsyre
• azid (N₃^-)
• karbonmonoksid (CO)

Elektronbæreren mellom kompleks III og IV i elektrontransportkjeden er et lite protein kalt cytokrom c, som flyter i væsken i det intermembranøse rommet. Cytokrom-c har en annen viktig funksjon ved at det kan utløse programmert celledød (apoptose) dersom det slipper ut gjennom mitokondrienes yttermembran til cytosol. Passasjen av cytokrom c til cytosol er nøye regulert av et spesielt proteinkompleks i yttermembranen. Sammensetningen av proteiner i dette komplekset er selv gjenstand for regulering og styres dels av ytre signaler i form av vekstfaktorer som signaliserer om cellen skal overleve.

Ved elektrontransporten skjer en viss grad av lekkasje av elektroner ut fra kjeden ved at det dannes såkalte frie oksygenradikaler (FOR). Frie oksygenradikaler er kjemisk meget reaktive og danner raskt kjemiske bindinger som kan føre til irreversible skader av omliggende molekyler, som DNA, proteiner og lipider. Spesielt er dette problematisk for mitokondrielt DNA, blant annet fordi systemene for reparasjon av DNA-skader i mitokondriene er mindre effektive enn for cellekjernens DNA. Begynnende skader på mitokondrielt DNA ser ut til å skape ubalanse i regulering av elektrontransportkjeden slik at det dannes flere frie oksygenradikaler, hvilket utløser en ond sirkel som etter hvert medfører celledød gjennom apoptose. Denne mekanismen antas å bidra til aldring av organismen.

Siden det kan være mange tusen like kopier av mitokondrie-DNA i hver enkelt celle, kan man gjøre DNA-analyser av mitokondrie-DNA, for eksempel fra knokkelrester, lenge etter at organismen er død. Mitokondrienes arvestoff viser særegen arvegang fordi det utelukkende nedarves fra moren til avkommet. Dette har interessante konsekvenser for arvegangen til ulike mitokondrielle sykdommer, samt at vi ved hjelp av analyser av mitokondrielt DNA kan utlede utviklingskart eller «stamtavler» bakover i tid til vår siste felles «urmor», ofte kalt mitokondrie-Eva.

Mitokondriene antas å være utviklet fra oksygenavhengige (aerobe) bakterier som levde i symbiose med forløpere for eukaryote celler. Teorien kalles endosymbioseteorien. Nye mitokondrier dannes ved avsnøring.

• celle
• ATP
• elektrontransportkjeden