الميتوكوندريا: ما هي ، خصائصها ووظائفها

الميتوكوندريا عضيات صغيرة توجد في خلايانا وفي جميع الكائنات حقيقية النواة تقريبًا.

وظيفتها مهمة جدًا لحياة الكائن الحي ، لأنها منتجة لنوع من الوقود بحيث يمكن إجراء عمليات التمثيل الغذائي داخل الخلية.

أدناه سنرى بشكل أكثر عمقًا ماهية هذه العضيات ، وما هي أجزائها ، ووظائفها ، وما هي الفرضية التي تم طرحها لشرح كيفية نشوئها.

• مقالات لها صلة: "أهم أجزاء الخلية والعضيات: نظرة عامة"

ما هي الميتوكوندريا

الميتوكوندريا هي أ العضيات الموجودة في داخل الخلية حقيقية النواة والتي لها وظيفة مهمة جدًا للحياة، لأنها مسؤولة عن توفير الطاقة للخلية ، مما يسمح لها بتنفيذ عمليات التمثيل الغذائي المختلفة. شكله دائري وممتد ، وبداخله عدة طبقات وحواف ، حيث يتلائمان مع بعضهما البعض. البروتينات التي تسمح بإجراء عمليات مختلفة لإعطاء هذه الطاقة ، في شكل ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات).

يمكن أن تظهر هذه العضيات في عدد متغير في بيئة الخلية ، وترتبط كميتها ارتباطًا مباشرًا باحتياجات الخلية من الطاقة. لهذا السبب ، اعتمادًا على الأنسجة التي تشكل الخلية ، يمكن توقع وجود أكثر أو أقل من الميتوكوندريا. على سبيل المثال ، في الكبد ، حيث يوجد نشاط إنزيم مرتفع ، غالبًا ما تحتوي خلايا الكبد على العديد من هذه العضيات.

علم التشكل المورفولوجيا

الميتوكوندريا ، كما قد تتوقع ، هيكل صغير جدًا ، يتراوح حجمه من 0.5 إلى 1 ميكرومتر (ميكرومتر) في القطر ويصل طولها إلى 8 ميكرومتر ، ولها شكل نصف كروي ممتد ، مثل سجق دهون.

ترتبط كمية الميتوكوندريا داخل الخلية ارتباطًا مباشرًا باحتياجاتها من الطاقة. كلما زادت الطاقة المطلوبة ، كلما احتاجت الخلية إلى المزيد من الميتوكوندريا. تسمى مجموعة الميتوكوندريا الغضروف الخلوي.

الميتوكوندريا محاطة بغشاءين لهما وظائف مختلفة من حيث النشاط الأنزيمي ، مفصولين في ثلاث مسافات: العصارة الخلوية (أو المصفوفة السيتوبلازمية) ، الفضاء بين الغشاء ومصفوفة الميتوكوندريا.

1. الغشاء الخارجي

وهو عبارة عن طبقة ثنائية للدهون الخارجية ، قابلة للاختراق للأيونات والمستقلبات والعديد من الببتيدات. يحتوي على بروتينات مكونة للمسام ، تسمى بورينز ، والتي تشكل قناة أنيون ذات جهد كهربائي. تسمح هذه القنوات بمرور جزيئات كبيرة تصل إلى 5000 دالتون وقطر تقريبي يبلغ 20 Å (أنجستروم)

بدلاً من ذلك ، يؤدي الغشاء الخارجي بعض الوظائف الأنزيمية أو وظائف النقل. يحتوي على ما بين 60٪ و 70٪ بروتين.

2. الغشاء الداخلي

يتكون الغشاء الداخلي من حوالي 80٪ من البروتينات ، وعلى عكس الغشاء الخارجي ، فإنه يفتقر إلى المسام وهو انتقائي للغاية. يحتوي على العديد من معقدات الإنزيمات وأنظمة النقل عبر الغشاء، والتي تشارك في نقل الجزيئات ، أي نقلها من مكان إلى آخر.

3. تلال الميتوكوندريا

في معظم الكائنات حقيقية النواة ، تظهر حواف الميتوكوندريا على شكل حواجز مسطحة متعامدة. يُعتقد أن عدد النتوءات في الميتوكوندريا هو انعكاس لنشاطها الخلوي. الحافات تمثل زيادة كبيرة في مساحة السطح بحيث يمكن إقران البروتينات المفيدة لعمليات مختلفة التي تحدث داخل الميتوكوندريا.

وهي متصلة بالغشاء الداخلي في نقاط محددة ، حيث يتم تسهيل نقل المستقلبات بين الأجزاء المختلفة للميتوكوندريا. في هذا الجزء من الميتوكوندريا ، يتم تنفيذ الوظائف المتعلقة بالأيض التأكسدي ، مثل السلسلة التنفسية أو الفسفرة المؤكسدة. هنا يمكننا تسليط الضوء على المركبات الكيميائية الحيوية التالية:

• تتكون سلسلة نقل الإلكترون من أربعة مجمعات إنزيمية ثابتة وناقلان للإلكترون متحركان.
• مركب إنزيمي ، قناة أيون الهيدروجين و سينسيز ATP ، الذي يحفز تخليق ATP (الفسفرة المؤكسدة).
• البروتينات الناقلة ، التي تسمح بمرور الأيونات والجزيئات من خلالها ، من بين أكثر البروتينات شهرة لدينا الأحماض الدهنية ، وحمض البيروفيك ، و ADP ، و ATP ، و O2 والماء ؛ يمكن تسليط الضوء على:

4. الفضاء بين الغشاء

يوجد بين الغشاءين مساحة تحتوي على سائل مشابه للسيتوبلازم ، بتركيز عالٍ من البروتونات ، بسبب ضخ هذه الجسيمات دون الذرية بواسطة معقدات إنزيم السلسلة تنفسي.

ضمن هذا الوسط الغشائي توجد إنزيمات مختلفة تشارك في نقل رابطة ATP عالية الطاقة، مثل أدينيلات كيناز أو كرياتين كيناز. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن العثور على الكارنيتين ، وهي مادة تشارك في نقل الأحماض الدهنية من السيتوبلازم إلى داخل الميتوكوندريا ، حيث ستتأكسد.

5. مصفوفة الميتوكوندريا

مصفوفة الميتوكوندريا يسمى أيضًا ميتوسول ، ويحتوي على جزيئات أقل من العصارة الخلوية، على الرغم من أنه يمكنك أيضًا العثور على أيونات ، ومستقلبات تتأكسد ، وحمض نووي دائري مشابه لما في البكتيريا الريبوسومات (mytribosomes) ، التي تقوم بتخليق بعض بروتينات الميتوكوندريا وتحتوي في الواقع على RNA ميتوكوندريا.

لها نفس العضيات مثل الكائنات بدائية النواة التي تعيش بحرية ، والتي تختلف عن خلايانا بافتقارها إلى النواة.

يوجد في هذه المصفوفة العديد من المسارات الأيضية الأساسية للحياة ، مثل دورة كريبس وأكسدة بيتا للأحماض الدهنية.

الاندماج والانشطار

تمتلك الميتوكوندريا القدرة على الانقسام والاندماج بسهولة نسبيًا ، وهذان إجراءان يحدثان باستمرار في الخلايا. يتضمن ذلك خلط وتقسيم الحمض النووي للميتوكوندريا لكل من وحدات العضية..

في الخلايا حقيقية النواة لا توجد ميتوكوندريا فردية ، بل شبكة متصلة بعدد متغير من الحمض النووي للميتوكوندريا. تتمثل إحدى الوظائف المحتملة لهذه الظاهرة في مشاركة المنتجات المركبة بواسطة أجزاء مختلفة من الشبكة ، أو تصحيح العيوب المحلية ، أو ببساطة ، مشاركة الحمض النووي الخاص بهم.

إذا اندمجت خليتان لهما ميتوكوندريا مختلفة ، فإن شبكة الميتوكوندريا التي ستظهر من الاتحاد ستكون متجانسة بعد 8 ساعات فقط. نظرًا لأن الميتوكوندريا تنضم وتنقسم باستمرار ، فمن الصعب تحديد العدد الإجمالي لهذه العضيات في خلية من أنسجة معينة ، على الرغم من أنه يمكن الافتراض أن تلك الأنسجة التي تعمل أكثر أو تتطلب معظم الطاقة ستحتوي على العديد من الميتوكوندريا نتيجة الانشقاقات.

يتوسط انقسام الميتوكوندريا بروتينات تشبه إلى حد بعيد الدينامينات، والتي تشارك في تكوين الحويصلات. تعتمد النقطة التي تبدأ عندها هذه العضيات في الانقسام بشكل كبير على تفاعلها مع الشبكة الإندوبلازمية. تحيط الأغشية الشبكية بالميتوكوندريا ، وتقيدها وتقسمها في النهاية إلى قسمين.

• قد تكون مهتمًا: "أنواع الخلايا الرئيسية في جسم الإنسان"

سمات

تتمثل الوظيفة الرئيسية للميتوكوندريا في إنتاج ATP ، والذي يُعرف باسم الوقود للعمليات الخلوية. مع ذلك، كما أنها تقوم بجزء من عملية التمثيل الغذائي للأحماض الدهنية من خلال أكسدة بيتا ، بالإضافة إلى أنها تعمل كمخزن للكالسيوم..

بالإضافة إلى ذلك ، في الأبحاث التي أجريت في السنوات الأخيرة ، تم ربط هذه العضية بموت الخلايا المبرمج ، وهذا هو موت الخلايا ، بالإضافة إلى السرطان والشيخوخة بالجسم ، وظهور الأمراض التنكسية مثل باركنسون أو داء السكري.

إحدى فوائد الاختبارات الجينية التي تقدمها الميتوكوندريا هي الحمض النووي الخاص بهم ، والذي يأتي مباشرة من خط الأم. يستخدم الباحثون في علم الأنساب والأنثروبولوجيا هذا الحمض النووي لإنشاء أشجار العائلة. هذا الحمض النووي لا يخضع لإعادة التركيب الجيني بسبب التكاثر الجنسي.

1. تخليق ATP

في الميتوكوندريا يتم إنتاج معظم ATP للخلايا حقيقية النواة غير الضوئية.

يستقلبون أسيتيل أنزيم أ، عن طريق الدورة الأنزيمية لحمض الستريك ، وإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO2) و NADH. يتخلى NADH عن الإلكترونات في سلسلة نقل الإلكترون في غشاء الميتوكوندريا الداخلي. تنتقل هذه الإلكترونات حتى تصل إلى جزيء الأكسجين (O2) ، منتجة جزيء الماء (H2O).

يقترن هذا النقل للإلكترونات بنقل البروتونات القادمة من المصفوفة والوصول إلى الفضاء بين الغشاء. هو التدرج البروتوني الذي يسمح بتصنيع ATP بفضل عمل مادة تسمى ATP سينثيز ، إرفاق فوسفات بـ ADP ، واستخدام الأكسجين كمستقبل نهائي للإلكترون (الفسفرة مؤكسد).

تُعرف سلسلة نقل الإلكترون بالسلسلة التنفسية، يحتوي على 40 بروتين.

2. التمثيل الغذائي للدهون

كمية جيدة من الدهون الموجودة في الخلايا بفضل نشاط الميتوكوندريا. يتم إنتاج حمض الليزوفوسفاتيدك في الميتوكوندريا، والتي يتم تصنيع ثلاثي الجلسرين منها.

يتم أيضًا تصنيع حمض الفوسفاتيديك والفوسفاتيديل الجلسرين ، وهما ضروريان لإنتاج كارديوليبين وفوسفاتيديل إيثانولامين.

أصل الميتوكوندريا: خلايا داخل الخلايا؟

في عام 1980 ، استعادت لين مارغوليس ، إحدى أهم النساء في العلوم ، نظرية قديمة حول أصل هذه العضية ، وأعادت صياغتها كنظرية تعايش جواني. حسب نسخته الأكثر تحديثًا واستنادًا إلى الأدلة العلمية ، منذ حوالي 1500 مليون سنة ، خلية بدائية النواة ، أي بدون نواة ، كانت قادرة على الحصول على الطاقة من العناصر الغذائية العضوية باستخدام الأكسجين الجزيئي كمؤكسد.

أثناء هذه العملية ، اندمجت مع خلية بدائية النواة أخرى ، أو مع ما قد يكون أول خلايا حقيقية النواة ، يتم بلعمها دون هضمها. تستند هذه الظاهرة إلى الواقع ، حيث شوهدت البكتيريا تجتاح الآخرين ولكن دون إنهاء حياتهم. أقامت الخلية الممتصة علاقة تكافلية مع مضيفها ، مما زودها بالطاقة على شكل ATP.، ووفر المضيف بيئة مستقرة وغنية بالمغذيات. تم تعزيز هذه المنفعة المتبادلة العظيمة ، وأصبحت في النهاية جزءًا منها ، وسيكون هذا هو أصل الميتوكوندريا.

هذه الفرضية منطقية تمامًا إذا تم أخذ التشابه المورفولوجي بين البكتيريا والكائنات الحية بدائية النواة والميتوكوندريا في الاعتبار. على سبيل المثال ، كلاهما ممدود في الشكل ، ولهما طبقات متشابهة ، والأهم من ذلك ، أن الحمض النووي الخاص بهما دائري. بالإضافة إلى ذلك ، يختلف الحمض النووي للميتوكوندريا اختلافًا كبيرًا عن نواة الخلية ، مما يعطي الانطباع بأنهما كائنان مختلفان.

المراجع الببليوغرافية:

• فريدمان ، ج. R.، Nunnari، J.. (2014). شكل الميتوكوندريا ووظائفها. طبيعة. 505: 335-343.
• كيفل ، ب. ر ، جيلسون ، ب. R. ، الزان P. ل. (2006). بيولوجيا الخلية لديناميات الميتوكوندريا. المراجعة الدولية لعلم الخلايا. 254: 151-213.
• ماكاسكيل ، أ. F. ، Kittler ، J. ت. (2010). التحكم في نقل الميتوكوندريا وتوطينها في الخلايا العصبية. الاتجاهات في بيولوجيا الخلية. 20: 102-112