Cytologia 6 - Mitochondria, chloroplasty i (inne) plastydy - biologia do matury liceum

[Muzyka] Witajcie moi drodzy w szóstym odcinku działu cytologia poświęconym mitochondriom i plastydom. To jest odcinek, który musiałam nagrać i opublikować ponownie, ponieważ Centralna komisja Egzaminacyjna w pewnym momencie przestała uznawać na maturze określenie podwójna błona w odniesieniu do mitochondriów i plastydów. Pomimo, że wcześniej sami nawet takiego sformułowania używali, o ile się nie mylę, to na przykład w arkuszu z 2015 roku. Ja również go używałam w starej wersji tego odcinka i zapewne jeszcze w wielu miejscach się spotkacie z takim określeniem, ale niestety na maturze musicie już go unikać. Uważam, że jest to idiotyczna zmiana i mogłabym tego dowieźć, ale trochę szkoda na to czasu, ponieważ to i tak nic nie zmieni. Na moim kanale, jak wiecie, staram się możliwie kompetentnie przygotowywać was do matury, więc moje osobiste poglądy muszą ustąpić wobec opinii CKE. Wracając do tematu, będziemy omawiać mitochondria i plastydy. Przy czym jeżeli chodzi o plasty to będą nas interesować głównie chloroplasty, ale powiemy też o innych rodzajach plastydów, żeby nie pozostawiać mylnego wrażenia jakoby chloroplasty były jedynymi plastydami jakie istnieją. A więc mitochondria i chloroplasty to są takie organella, które pod wieloma względami są bardzo do siebie podobne w budowie, ale zarazem pełnią zupełnie odmienne funkcje. To znaczy w pewnym sensie ta funkcja jest podobna, ponieważ zarówno mitochondria, jak i chloroplasty biorą udział w przetwarzaniu energii, tylko że przetwarzają te energie w przeciwnych kierunkach, jeżeli można tak powiedzieć. I zaczniemy od mitochondriów. One należą do najistotniejszych organelli w komórce. Jeżeli w ogóle można mówić, że jakieś organella są mniej lub bardziej istotne, bo o ile możemy żyć bez niektórych narządów, o tyle wydaje się, że komórka nie jest w stanie funkcjonować bez któregokolwiek z organelli. Wszystkie są niezastąpione. W każdym razie mitochondria występują prawie we wszystkich komórkach eukariotycznych z wyjątkiem na przykład erytrocytów saków, ale to są naprawdę wyjątki. Może ich być około 1000, 2000, zwłaszcza w tych bardziej aktywnych metabolicznie komórkach. Jeżeli chodzi o budowę, to mitochondrium ma taki wydłużony, kiełbaskowaty kształt. Co do wielkości, to wynosi ona zwykle kilka mikrometrów, czyli mniej więcej tyle ile ma przeciętna bakteria. Jeżeli chodzi o budowę wewnętrzną to mitochondria posiadają dwie błony. No właśnie, dwie błony, a nie podwójną błonę. Przy czym błona wewnętrzna jest silnie pofałdowana, tak jak widać, i tworzy tak zwany grzebień mitochondrialny. To jest oczywiście przekrój podłużny przed mitochondrią. Pomiędzy tą błoną zewnętrzną i wewnętrzną znajduje się przestrzeń międzybłonowa tak zwana, która ma bardzo ważną funkcję dla tego co się dzieje w mitochondrium. Ale do tego wrócimy w dziale metabolizm. Poza tym mitochondria mają również własny materiał genetyczny, niewielką cząsteczkę DNA oraz rybosomy. Ta substancja, która wypełnia wnętrze mitochondrium nazywa się macierzą mitochondrialną albo matrix mitochondrialną. Tych określeń możecie używać zamiennie. I tak naprawdę to by było na tyle, jeżeli chodzi o najważniejsze elementy budowy. Natomiast co do funkcji, to funkcją mitochondrium jest po prostu uwalnianie energii potrzebnej do życia komórce, komórkom, a co za tym idzie całemu organizmowi poprzez utlenianie związków organicznych pochodzących z pokarmu. W wyniku tego utleniania związków organicznych powstaje ATP, które jest właśnie takim uniwersalnym nośnikiem energii w ogóle w świecie organizmów żywych. ATP dostarcza energii do większości reakcji metabolicznych zachodzących w komórkach. O tym również powiemy więcej w dziale metabolizm, więc na razie się jakoś bardzo nie przejmujcie. W każdym razie, ponieważ podczas tego procesu mitochondria zużywają tlen, a uwalniają dwutlenek węgla jako produkt uboczny. Dlatego nazywa się ten proces oddychaniem komórkowym przez analogię do takiego zwykłego oddychania, gdzie wdychamy tlen i wydychamy dwutlenek węgla. Znowu o samym procesie oddychania komórkowego będziemy mówić dokładniej w dziale metabolizm. Natomiast tutaj wspominam o tym tak bardzo ogólnie, po to, żebyśmy mogli powiedzieć o związku budowy z funkcją, bo to jest jak wiecie coś co nas w biologii zawsze najbardziej interesuje. Jak już mówiliśmy, w mitochondriach występuje tak zwany grzebień mitochondrialny, czyli ta taka silnie pofałdowana błona wewnętrzna. No i właśnie jaki to ma sens? Po co ona jest pofałdowana? Dlaczego nie jest gładziutka? O co tutaj chodzi? Chodzi o to, że w tej właśnie wewnętrznej błonie mitochondrium znajdują się enzymy, które tu są symbolicznie przedstawione i to są enzymy, które przeprowadzają jeden z etapów oddychania komórkowego, a dokładniej ostatni etap, czyli tak zwany łańcuch oddechowy. No i po prostu im większa jest powierzchnia tej błony wewnętrznej, to tym więcej może być tych enzymów i w związku z tym tym bardziej wydajnie może zachodzić ten proces oddychania komórkowego. Więc ta zależność jest dość prosta i logiczna. Stopień pofałdowania tej błony wewnętrznej może być nieco różny w zależności od tego na ile aktywna metabolicznie jest komórka. W komórkach, które są bardzo aktywne metabolicznie, tak jak na przykład komórki wątroby, te grzebienie mitochondrialne są silniej pofałdowane. No bo taka komórka potrzebuje więcej energii do przeprowadzania swoich intensywnych procesów metabolicznych, a więcej enzymów znajdujących się wewnętrznej błonie mitochondrium oznacza wydajniejszy proces oddychania komórkowego, większą produkcję ATP, większą ilość energii do tych procesów metabolicznych i tak dalej. Natomiast w tych komórkach mniej aktywnych metabolicznie ta błona jest po prostu mniej pofałdowana, no bo nie jest konieczny aż tak intensywny proces oddychania komórkowego. I to by było na tyle, jeżeli chodzi o mitochondria. Teraz przejdziemy do plastydów. I tutaj sytuacja jest troszeczkę bardziej skomplikowana, bo jest ich więcej rodzajów, ale zaczniemy od chloroplastów, bo to są te plastydy, które nas najbardziej interesują. I teraz uwaga, to są chloroplasty, a nie chloroplastry. Bo już słyszałam niejeden raz jak uczniowie mówią chloroplastry, co nie ma żadnego sensu, bo przecież słowo chloroplast pochodzi od słowa plastyd, a nie plaster. Nie popełniajcie tego błędu, błagam. Jeżeli chodzi o budowę, to chloroplasty również mają dwie błony, z tym, że ta błona wewnętrzna nie tworzy grzebienia, tak jak w mitochondrium, tylko takie spłaszczone pęcherzyki leżące jedne na drugich, co przypomina trochę stosiki monet. Te pęcherzyki nazywają się tylakoidami, natomiast taki zespół pęcherzyków nazywa się granum. Liczba mnoga to jest grana. Wnętrze mitochondrium wypełnia stroma, czyli to jest ten odpowiednik macierzy mitochondrialnej. No i również występuje materiał genetyczny, niewielka kolista cząsteczka DNA oraz rybosomy. Chloroplastów jest zwykle mniej więcej od 10 do 100 w typowej komórce roślinnej. Jeżeli chodzi o funkcję chroplastów, to jest to oczywiście przeprowadzanie procesu fotosyntezy, czyli wytwarzanie związków organicznych, ściślej rzecz biorąc cukrów, z dwutlenku węgla i wody przy udziale energii świetlnej. W mitochondriach mieliśmy uwalnianie energii, tutaj mamy kumulowanie energii w związkach organicznych. W tym sensie te procesy są przeciwstawne. No i tu z kolei produktem ubocznym jest tlen. Oczywiście o procesie fotosyntezy też będzie mowa w dziale metabolizm. Tutaj wspominam o tym dlatego, żeby znowu powiedzieć o związku budowy z funkcją. I tak naprawdę ten związek jest bardzo podobny jak w mitochondrium. Czyli tutaj również te pęcherzyki, te tylakoidy znajdujące się we wnętrzu mitochondrium tworzą dodatkową powierzchnię, dużą powierzchnię łącznie, na której znajdują się enzymy przeprowadzające pierwszy etap fotosyntezy, czyli tak zwaną fazę jasną albo fazę zależną od światła, czyli no właśnie podobna zależność jak w mitochondriach. Okej. I to by było na tyle, jeżeli chodzi o budowę i funkcję chloroplastów. I teraz powiemy sobie jeszcze o pozostałych rodzajach plastydów. Z tym, że no właśnie ten schemat niestety prawdopodobnie nie jest do końca poprawny, ale właściwie nie jestem w stanie ustalić jaka jest jedyna słuszna wersja tego schematu. To znaczy chodzi dokładniej o te strzałki, czyli które plastydy mogą przechodzić w siebie nawzajem. Co do niektórych sytuacji nie ma wątpliwości. To znaczy na przykład wiadomo, że proplasty to są takie plastydy wyjściowe i z nich mogą powstawać inne rodzaje plastydów. Na pewno chloroplasty mogą powstawać zarówno bezpośrednio z proplastydów, jak i z tak zwanych etioplastów. O tym jeszcze za chwilę powiemy. Jeżeli chodzi o chromoplasty, to tutaj też wiadomo, że one mogą powstawać albo z chloroplastów, albo oczywiście z proplastydów, bądź też z leukoplastów. Natomiast jeżeli chodzi o te pozostałe kierunki, to tutaj po prostu nie dam wam 100%ow gwarancji jak jest. Jeżeli ktoś ma pewne i sprawdzone informacje w tym temacie, to niech da znać. Tak czy inaczej, myślę, że to nie jest kluczowe pod kątem matury. Bardziej nas interesuje, czym te poszczególne plastydy się od siebie różnią. Zaczniemy od etioplastów. I etioplasty to są, można powiedzieć, takie nieopalone chloroplasty. Etioplasty mogą się przekształcać w chloroplasty pod wpływem światła. Zazwyczaj tak się dzieje na przykład w kiełkującej roślinie, że dopóki ten kiełek się znajduje pod ziemią, to jest taki blado-żółtawy, a w momencie jak wydostanie się na powierzchnię ziemi, na światło, to zaczyna się zazieleniać i to jest właśnie to przekształcanie się etioplastów w chloroplasty. Następnie mamy chromoplasty i tutaj jak macie przedrostek chromo, to powinno się to wam kojarzyć z kolorem. Dlatego, że pierwiastek chrom ma różne kolory na różnych stopniach utlenienia. Nie pytajcie mnie jakie mają kolory, na jakich stopniach utlenienia, bo nie mam pojęcia. Nie umiem chemii, nie chcę umieć chemii i nie muszę już umieć chemii na szczęście. W każdym razie chrom jest kolorowy i chromoplasty to też są takie kolorowe plastydy. Kolorowe są dlatego, że zawierają różnego rodzaju barwniki z grupy karotenoidów. O karotenoidach mówiliśmy przy okazji omawiania lipidów. Być może pamiętacie. To były na przykład karoteny, ksantofile, likopen i tak dalej. One nadają barwę owocom, niektórym kwiatom, co oczywiście ma zachęcać do zjadania tych owoców, rozsiewania nasion, zapylania kwiatów i tak dalej, i tak dalej. Chromoplasty mogą też zresztą występować w liściach, chociaż zwykle ich barwa maskowana jest wtedy przez chlorofil znajdujący się w chloroplastach. No właśnie nie wspomniałam, że głównym barwnikiem nadającym zielony kolor chloroplastom jest chlorofil, ale i tak do tego wrócimy omawiając proces fotosyntezy. W każdym razie chromoplasty mogą powstawać z chloroplastów, jak również z proplastydów i z amyloplastów. Amyloplasty to jest jeden z rodzajów leukoplastów. Za chwilę o tym powiemy. W każdym razie tutaj takim ładnym przykładem jest właśnie czerwienienie się zielonej papryki, gdzie te zielone chloroplasty stopniowo, jak ona dojrzewa, przekształcają się w czerwone chromoplasty zawierające dużo karotenoidów. No i teraz właśnie leukoplasty, do których należą wspomniane przed chwilą amyloplasty. I leukoplasty to są takie plastydy magazynujące. Znowu jak macie przedrostek lełko, to prawdopodobnie będzie oznaczało coś białego, ewentualnie bezbarwnego, tak jak na przykład leukocyty, czyli białe krwinki. No i lełoplasty są właśnie takie bezbarwne, dlatego że pełnią te funkcje magazynujące. I wyróżniamy tutaj ameloplasty. Znowu nazwa może wam na coś wskazywać. Przypomnijcie sobie z czego składała się skrobia. Z amylozy i amylopektyny, takich dwóch wielocukrów. Zatem przedrostek Amylo prawdopodobnie będzie nam oznaczał coś związanego ze skrobią. Jest zresztą taka firma Amylon, która produkuje na przykład budynie. Budynie się składają głównie ze skrobi. To nie jest lokowanie produktu. W każdym razie amyloplasty magazynują głównie cukry zapasowe. Mamy również proteinoplasty, które magazynują białka, jak się można domyśleć. No i wreszcie elajoplasty, które magazynują tłuszcze. Eajoplasty, bo podobno po grecku elajos oznacza olej albo oliwę, ale myślę, że po prostu biolodzy uznali, że elioplast brzmi bardziej sexy niż olejoplast. W każdym razie leukocyty mają głównie funkcję magazynującą i mogą magazynować różnego rodzaju związki zapasowe. I to by było na tyle jeżeli chodzi o budowę i funkcję mitochondriów i chloroplastów. Ale to jeszcze nie wszystko. Po pierwsze, skąd one się w ogóle biorą? Otóż mitochondria i plastydy namnażają się przez podział. Podobnie jak komórki bakteryjne, czyli nie powstają od zera, nie są budowane po prostu ze związków chemicznych od nowa, tylko w momencie jak komórka się dzieli, to jej mitochondria i plastydy też przechodzą podziały i potem trafiają do komórek potomnych. No i wreszcie ostatnia kwestia, bo mówiąc o mitochondriach i plastydach trzeba wspomnieć o teorii endosymbiozy. Teoria endosymbiozy zaproponowana przez panią Lin Margulis. Przepraszam panią, jeżeli źle wymówiłam jej nazwisko. Pani na pewno wymówiłaby moje jeszcze gorzej. Teoria endosymbiozy jest to próba wyjaśnienia pochodzenia plastydów i mitochondriów. Mówi ona w skrócie o tym, że plastydy i mitochondria pochodzą od małych jednokomórkowych organizmów prokariotycznych, czyli czegoś w rodzaju bakterii, w tym również bakterii fotosyntetyzujących. które dawno, dawno, dawno temu zostały wchłonięte, w sensie zjedzone, sfagocytowane przez komórkę eukariotyczną, przez jakiegoś jednokomórkowego eukarionta. Ale zamiast zostać strawione, tak jak to się zwykle dzieje z czymś, co jest fagocytowane, to z jakiegoś powodu te komórki prokariotyczne weszły z tym eukarionem w swego rodzaju symbiozę, czyli zaczęły w tej komórce żyć, funkcjonować. stopniowo ten związek się zacieśniał coraz bardziej i bardziej, aż stały się po prostu organellami. I chociaż ta teoria się wydaje trochę odjechana, jakby nie patrzeć, to jednak istnieją dość mocne argumenty przemawiające za teorią endosymbiozy. Ja podam tylko kilka, ich jest sporo więcej. Chociażby na Wikipedii macie dłuższą listę, bardziej rozbudowaną, ale pod kątem matury zapewniam was, że znajomość jednego, dwóch, trzech argumentów jest wystarczająca. Więc po pierwsze argumentem przemawiającym za teorię endosymbiozy jest występowanie właśnie tych dwóch błon, zarówno w mitochondriach, jak i w plastydach. Chodzi oczywiście o to, że jedna z nich to jest ta błona bakterii, czy tego prokarionta, który został pochłonięty. A druga błona to jest błona pochodząca z pęcherzyka fagocytarnego tego jednokomórkowca, który ją pochłonął. Czyli jest to po prostu fragment błony tego jednokomórkowego eukarionta. Następny argument to jest półautonomiczność, czyli posiadanie własnego DNA i rybosomów. To co widzieliśmy wcześniej, że zarówno w plastydach, jak i w mitochondriach występuje niewielka kolista cząsteczka DNA oraz rybosomy. No i jest to półautonomiczność, dlatego że te organella wytwarzają sobie niektóre białka na własne potrzeby, ale nie wszystkie. są po części zależne od materiału genetycznego znajdującego się w jądrze komórkowym. Następnie rybosomy znajdujące się w mitochondriach i plastydach są typowe bardziej dla bakterii czy prokarionów ogólnie niż dla eukarionów. Rybosomy różnią się tak zwaną stałą sedmentacji i u eukarionów ona wynosi 80, natomiast w mitochondrach i plastydach to jest 70 i 50, ale nie musicie tego tak szczegółowo zapamiętywać. Ważne jest to, że po prostu te rybosomy to nie są typowe rybosomy eukariotyczne, tylko bardziej właśnie typowe dla prokarionów. Następnie wymiary mitochondrów i chloroplastów, tak jak wspomniałam wcześniej, są typowe dla bakterii, dla takiej przeciętnej komórki bakteryjnej. No i wreszcie podobne zjawiska właśnie do tej endosymbiozy obserwujemy u organizmów obecnie żyjących, czyli taką sytuację właśnie, gdzie jednokomórkowe fotosyntetyzujące prokariony są przejmowane niejako przez komórki eukariotyczne i wchodzą z nimi w jakiegoś rodzaju zależność. Trudno powiedzieć, czy to jest symbioza, czy to jest wykorzystywanie jednych przez drugie. W biologii jest zazwyczaj cienka granica między pokojową symbiozą a pasożytnictwem czy innego rodzaju tak zwaną antagonistyczną interakcją. W każdym razie argumentów przemawiających za teorią endosymbiozy nie brakuje, więc ewidentnie coś jest na rzeczy. I to by było na tyle, jeżeli chodzi o mitochondria i plastydy. Dziękuję wam serdecznie za uwagę i zapraszam do następnego odcinka. M.