Wprowadzenie Przeczytaj Grafika interaktywna Sprawd si Dla nauczyciela
Maa, mobilna elektrownia, która kieruje si tam, gdzie jest najbardziej potrzebna. Niemoliwe? A jednak. Jest w komórce „elektrownia”, która nosi nazw mitochondrium. Przemieszcza si do miejsc komórki o najwikszym zapotrzebowaniu na „paliwo komórkowe” w postaci zwizku, jakim jest ATP. Potrafi te co wicej – przy duym zapotrzebowaniu na energi moe si namnaa.
Twoje cele
Omówisz budow mitochondrium. Wyjanisz wpyw aktywnoci metabolicznej komórki na rozmieszczenie i liczebno mitochondriów. Wskaesz przystosowania w budowie mitochondriów do roli, jak peni w komórce.
Mitochondria nazywane s „elektrowniami” komórki. Bez tych organelli nasz organizm nie przeyby nawet piciu minut. Uwalniaj one energi ze zwizków organicznych i magazynuj j w postaci ATP — czsteczki, bez której aden organizm nie moe funkcjonowa. ródo: NICHD, Flickr, licencja: CC BY 2.0.
Budowa i funkcje mitochondriów
Pochodzenie mitochondriów wyjania teoria endosymbiozy. Zakada ona, e przed miliardem lat prokariotyczne komórki zdolne do oddychania tlenowego zostay wchonite do innych komórek i stay si najpierw ich endosymbiontami, a póniej organellami komórkowymi. Jest wiele dowodów przemawiajcych za t teori, m.in.:
mitochondria s otoczone dwiema bonami, rónicymi si skadem od bony komórki, w której si znajduj; organelle te maj wasn kolist czsteczk DNA, odmienn od DNA jdrowego; rybosomy 70S mitochondriów przypominaj rybosomy bakteryjne; nowe mitochondria powstaj na drodze podziau mitochondriów ju istniejcych.
Ksztat, liczebno i rozmieszczenie mitochondriów
Ksztat, liczebno i rozmieszczenie mitochondriów s róne w zalenoci od rodzaju komórki i jej aktywnoci metabolicznej.
Najczciej organelle te maj ksztat poduny, owalny, jak np. w komórkach wtroby czy trzustki. W kanalikach nerkowych i wóknach miniowych wystpuj mitochondria rozgazione.
Liczba mitochondriów jest wprost proporcjonalna do aktywnoci metabolicznej komórki. Mitochondria mog stanowi od 12 do 25% objtoci komórki (czasem nawet wicej). Du liczb mitochondriów zawieraj komórki wtroby – hepatocyty (od 1000 do 2500), wókna szkieletowe (do 1600), a take komórki endokrynowe kory nadnerczy (do 1000). Maa liczba tych organelli wystpuje w komórkach naskórka, komórkach niezrónicowanych i starzejcych si oraz trombocytach (od 2 do 6).
Mitochondria mog by rozmieszczone równomiernie w caej komórce lub na jej obwodzie, ale najczciej gromadz si w bliskim ssiedztwie jdra komórkowego.
Liczebno, rozmieszczenie, a nawet ksztat mitochondriów zmieniaj si w zalenoci od takich czynników, jak dostpno substratów wykorzystywanych w reakcjach zachodzcych wewntrz mitochondriów czy zapotrzebowanie energetyczne i aktywno metaboliczna komórki.
Ultrastruktura i funkcje mitochondriów

Bona wewntrzna zawiera wicej biaek ni bona zewntrzna, na które skadaj si biaka przenonikowe, biaka acucha oddechowego oraz syntaza ATP – biako enzymatyczne uczestniczce w syntezie ATP. Jest nieprzepuszczalna dla wikszoci jonów. Ich transport odbywa si za porednictwem specjalnych przenonikowych biaek bonowych. Bona wewntrzna jest silnie pofadowana i tworzy grzebienie mitochondrialne, które znacznie zwikszaj jej powierzchni zarówno w stosunku do bony zewntrznej,  jak i bony komórkowej. Na przykad w komórkach wtroby czna powierzchnia bon wewntrznych wszystkich mitochondriów piciokrotnie przekracza powierzchni ich bony zewntrznej i ok. 17krotnie powierzchni bony komórkowej.
Liczba grzebieni mitochondrialnych, ich ksztat i stopie upakowania zale od miejsca wystpowania mitochondrium, a tym samym roli, jak maj do spenienia. Na silnie rozbudowanych grzebieniach mitochondrialnych w miniach poprzecznie prkowanych wystpuje duo biaek enzymatycznych uczestniczcych w reakcjach utleniania komórkowego i syntezy ATP. ródo: Dr David Furness, Wellcome Collecon, licencja: CC BY-ND 4.0.
Midzy bon zewntrzn a wewntrzn znajduje si przestrze midzybonowa. Bona wewntrzna wyznacza przestrze mitochondrialn zwan macierz lub matriks. Ma ona konsystencj elu, w którym s zawieszone:
jedna lub kilka (w komórkach ludzkich od 4 do 10) kolistych czsteczek DNA mitochondrialnego (mtDNA); RNA mitochondrialny (mtRNA); podjednostki mitochondrialnych rybosomów 70S (u ssaków 55S); liczne enzymy, których zestaw zaley od jej rodzaju komórki.
Mitochondria okrelane s jako centra energetyczne komórki. Zachodzi w nich proces utleniania komórkowego, w którym substraty energetyczne (cukry, kwasy tuszczowe) zostaj rozoone do dwutlenku wgla i wody. Uwalniana w tym procesie energia wykorzystywana jest przez komórk do wytworzenia ATP. W mitochondriach odbywaj si równie przemiany tuszczów, a w komórkach wtroby (hepatocytach) w organellach tych zachodzi cykl przeksztacania toksycznego amoniaku do mniej szkodliwego mocznika.
W mitochondriach zachodzi proces tlenowego oddychania komórkowego, który polega na utlenianiu zwizków organicznych do wody i dwutlenku wgla. U organizmów samoywnych utleniane zwizki pochodz z fotosyntezy, a u organizmów cudzoywnych s one pozyskiwane z pokarmu. Proces oddychania przebiega przy udziale tlenu i prowadzi do wyzwolenia energii zmagazynowanej w wysokoenergetycznych wizaniach ATP. Energia przechowywana w ATP jest nastpnie wykorzystywana w rónych procesach yciowych, a bez niej ycie organizmu byoby niemoliwe. ródo: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Sownik
ATP
zwizek organiczny zoony z zasady azotowej – adeniny, cukru rybozy i trzech grup fosforanowych; gromadzi energi w dwóch wysokoenergetycznych wizaniach, która jest wykorzystywana w procesie oddychania komórkowego; uwalnianie energii zgromadzonej w wysokoenergetycznych wiza nastpuje w wyniku odczenia od ATP reszt kwasu fosforowego; energia ta wykorzystywana jest m.in. do aktywnego transportu czy skurczu mini
DNA mitochondrialny (mtDNA)
endosymbiont
organizm, który yje na zasadzie symbiozy w komórkach innego organizmu
mitochondrium
oddychanie tlenowe komórkowe
rybosomy 70S
ziarniste struktury w obrbie matriks mitochondrium zbudowane z rRNA i biaek; zachodzi w nich synteza biaek mitochondrialnych; rybysomy mitochondrialne maj sta sedymentacji (S) nisz ni te wystpujce w cytoplazmie i na siateczce wewntrzplazmatycznej; staa sedymentacji rybosomów w mitochondriach ssaków, w tym czowieka, wynosi tylko 55S
Grafika interaktywna
Polecenie 1 Wyjanij, dlaczego czowiek dziedziczy cechy kodowane w DNA mitochondrialnym (mtDNA) od matki (w tym mutacje mtDNA), natomiast cechy warunkowane przez mtDNA mitochondrialny ojca nie s dziedziczone.
Polecenie 2 Wyka zwizek midzy stopniem pofadowania bony wewntrznej mitochondrium i liczb grzebieni mitochondrialnych a aktywnoci metaboliczn komórki.
Budowa mitochondrium. ródo: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Sprawd si
grzebienie bony wewntrznej
Prawda Fasz
jest determinowana jej aktywnoci
biaka.


zawiera wicej biaek, przepuszczalna dla jonów H⁺, grzebienie, gadka, gruba, nieprzepuszczalna dla jonów H⁺
Bona zewntrzna
Bona wewntrzna
wiczenie 5
HydrofilowyHydrofobowy charakter bon mitochondrialnych warunkuje ich ograniczonzwikszon przepuszczalno. Wiksza ilo biaektuszczów w bonie zewntrznejwewntrznej jest zwizana m.in. z transportem jonów. Bona wewntrzna jest silniejsabiej rozwinita w komórkach o wikszym zapotrzebowaniu na energi.


W komórkach jednej z tkanek budujcych ciaa ssaków jest bardzo duo drobnych mitochondriów majcych gsto upakowane grzebienie mitochondrialne. Stwierdzono te, e wystpuje tam niewielka ilo syntazy ATP – enzymu katalizujcego wytwarzanie ATP, a dua termogeniny, czyli biaka rozprzgajcego, które ogranicza syntez ATP, a wzmaga produkcj energii cieplnej.
wiczenie 7
wiczenie 6
komórek wtroby i komórek tkanki tuszczowej brunatnej
komórek wtroby i wókna minia szkieletowego
komórek trzustki i komórek naskórka
komórek naskórka i starzejcych si komórek nabonka




Komórki zawierajce opisane w tekcie mitochondria buduj tkank:
nabonka jelita cienkiego
tuszczow brunatn noworodków
W komórkach nabonka kanalika nerkowego mitochondria ukadaj si w szeregi prostopade do bony podstawnej komórki.
Wyjanij, czym jest uwarunkowane takie rozmieszczenie mitochondriów w komórkach nabonka kanalika nerkowego.




Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego – ksztacenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym
Podstawa programowa: Zakres podstawowy Treci nauczania – wymagania szczegóowe II. Komórka. Ucze: 8) opisuje budow i funkcje mitochondriów. Zakres rozszerzony Treci nauczania – wymagania szczegóowe II. Komórka. Ucze: 8) opisuje budow mitochondriów i plastydów ze szczególnym uwzgldnieniem chloroplastów; dokonuje obserwacji mikroskopowych plastydów w materiale biologicznym;
Ksztatowane kompetencje kluczowe:
Cele operacyjne:
Strategie nauczania:
Formy pracy:
rodki dydaktyczne:
komputery z dostpem do Internetu; zasoby multimedialne zawarte w emateriale; 4 arkusze papieru A3; 4 arkusze papieru A1; flamastry.
Przed lekcja
„Bona zewntrzna”; „Bona wewntrzna i grzebienie mitochondrialne”; „Macierz mitochondrialna”; „DNA mitochondrialny”; „Rybosomy”.
Przebieg zaj
Faza wstpna:
1. Nauczyciel prosi, aby uczniowie opisali budow komórki eukariotycznej, zawracajc uwag na mitochondria.
2. Nauczyciel zadaje pytanie: „Jak funkcj peni mitochondria w komórce?”. 3. Nauczyciel informuje uczniów, e liczba mitochondriów we wóknach mini
szkieletowych trenujcego lekkoatlety i osoby niewykonujcej wikszego wysiku fizycznego jest róna. Nauczyciel przeprowadza pogadank zadajc pytanie: „Z czego wynika ta rónica?”.
4. Nauczyciel podaje cele lekcji i formuuje jej temat.
Faza realizacyjna:
1. Nauczyciel dzieli klas na cztery grupy. Kada grupa otrzymuje flamastry i arkusz papieru A3. Zadaniem grup jest wykonanie mapy myli dotyczcej ksztatu, liczebnoci i rozmieszczenia mitochondriów. Uczniowie wpisuj hasa, opisy, wykonuj rysunki.
2. Nauczyciel nadzoruje prac grup, w razie potrzeby wyjania wtpliwoci. 3. Uczniowie prezentuj swoje mapy myli. 4. Nauczyciel zapisuje na tablicy haso „Budowa i funkcje mitochondrium” i rysuje duy
schemat budowy mitochondrium. Nastpnie przedstawiciel kadej z grup losuje haso, które bdzie opracowywane przez grup (wane, by liczba grup odpowiadaa liczbie zaplanowanych do opracowania hase):
„Bona zewntrzna”; „Bona wewntrzna i grzebienie mitochondrialne”; „Macierz mitochondrialna”; „DNA mitochondrialny”; „Rybosomy”.
Uczniowie na podstawie informacji zawartych w emateriale, szczególnie w grafice interaktywnej, zapisuj na kartkach najwaniejsze informacje dotyczce wylosowanej struktury. Nastpnie przedstawiciele grup s proszeni o przymocowanie za pomoc masy plastycznej lub tamy lepicej swoich opisów w odpowiednim miejscu na rysunku mitochondrium sporzdzonym przez nauczyciela na tablicy. Uczniowie podchodz do tablicy i czytaj opisy. Nauczyciel czuwa nad poprawnoci wykonanego wiczenia. Uczniowie mog take wykona w zeszytach wasne rysunki schematyczne mitochondrium i je opisa.
5. Uczniowie wieszaj i prezentuj graffiti. Nauczyciel w razie potrzeby uzupenia informacje.
6. Nauczyciel prosi o zapoznanie si grafik interaktywna zawart w emateriale. 7. Uczniowie wykonuj wiczenia interaktywne nr 1, 3 i 4.
Faza podsumowujca:
1. Nauczyciel wybiera ucznia, który dokoczy czytane przez nauczyciela zdanie (materiay pomocnicze). W przypadku udzielenia dobrej odpowiedzi ucze wskazuje osob, która dokoczy kolejne zdanie czytane przez nauczyciela. W przypadku udzielenia zej odpowiedzi zdanie koczy osoba zgaszajca si i wskazuje nastpn osob.
Praca domowa:
Wykonaj wiczenia interaktywne nr 2 oraz od 5 do 8 zawarte w emateriale.
Materiay pomocnicze:
Niedokoczone zdania:
1. Liczebno mitochondriów w komórce zaley od… 2. Mitochondria najczciej maj ksztat… 3. Przykadem komórek zawierajcych du liczb mitochondriów s… 4. Najczciej w komórce mitochondria wystpuj… 5. Mitochondria s otoczone… 6. Wicej biaek wystpuje w bonie… 7. Bona wewntrzna jest silnie pofadowana i tworzy… 8. Substancj wypeniajc wntrze mitochondrium jest… 9. Midzy bon zewntrzn a wewntrzn znajduje si…
10. Mitochondria peni funkcj…
Grafika interaktywna powinna zosta wykorzystana w fazie realizacyjnej lekcji. Mona j take wykorzysta podczas przygotowania ucznia do lekcji.