Mitochondria: มันคืออะไรลักษณะและหน้าที่

ไมโทคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ขนาดเล็ก พบในเซลล์ของเราและในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอตเกือบทั้งหมด

หน้าที่ของพวกมันมีความสำคัญมากต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากพวกมันเป็นผู้ผลิตเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งเพื่อให้กระบวนการเผาผลาญสามารถดำเนินการภายในเซลล์ได้

ด้านล่าง เราจะเห็นในเชิงลึกมากขึ้นว่าออร์แกเนลล์เหล่านี้คืออะไร ส่วนต่างๆ ของออร์แกเนลล์คืออะไร หน้าที่ของออร์แกเนลล์คืออะไร และมีการตั้งสมมติฐานอย่างไรเพื่ออธิบายว่าออร์แกเนลล์เหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ส่วนของเซลล์และออร์แกเนลล์ที่สำคัญที่สุด: ภาพรวม"

ไมโตคอนเดรียคืออะไร

ไมโตคอนเดรีย คือ ออร์แกเนลล์ที่มีอยู่ในภายในเซลล์ยูคาริโอตที่มีหน้าที่สำคัญมากสำหรับชีวิตเนื่องจากมีหน้าที่ให้พลังงานแก่เซลล์ทำให้สามารถดำเนินกระบวนการเผาผลาญต่างๆ รูปร่างของมันมีลักษณะเป็นวงกลมและยืดออก มีหลายชั้นและสันเขาด้านในพอดีกัน โปรตีนที่ยอมให้มีกระบวนการต่าง ๆ เพื่อให้พลังงานนี้อยู่ในรูปของ ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต)

ออร์แกเนลล์เหล่านี้สามารถปรากฏเป็นตัวเลขตัวแปรในสภาพแวดล้อมของเซลล์ และปริมาณของออร์แกเนลล์นั้นสัมพันธ์โดยตรงกับความต้องการพลังงานของเซลล์ นั่นคือเหตุผลที่สามารถคาดหวังไมโตคอนเดรียได้มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับเนื้อเยื่อที่สร้างเซลล์ ตัวอย่างเช่น ในตับซึ่งมีการทำงานของเอนไซม์สูง เซลล์ตับมักมีออร์แกเนลล์หลายชนิด

สัณฐานวิทยา

ไมโทคอนเดรียนเป็นโครงสร้างที่เล็กมากอย่างที่คุณคาดไว้ โดยมีขนาดตั้งแต่ 0.5 ถึง 1 ไมโครเมตร (ไมโครเมตร) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและยาวได้ถึง 8 ไมโครเมตร มีลักษณะเป็นครึ่งวงกลมยืดออก เช่น ไส้กรอกไขมัน

ปริมาณไมโตคอนเดรียภายในเซลล์สัมพันธ์โดยตรงกับความต้องการพลังงาน energy. ยิ่งต้องการพลังงานมากเท่าไร เซลล์ก็จะยิ่งต้องการไมโตคอนเดรียมากขึ้นเท่านั้น เซตของไมโทคอนเดรียเรียกว่า cell chondriome

ไมโตคอนเดรียล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้ม 2 ชั้นซึ่งมีหน้าที่ต่างกันในแง่ของกิจกรรมของเอนไซม์ แยกออกจากกันใน สามช่องว่าง: cytosol (หรือ cytoplasmic matrix) พื้นที่ intermembrane และ mitochondrial matrix.

1. เยื่อหุ้มชั้นนอก

เป็นลิปิดไบเลเยอร์ชั้นนอก ซึมผ่านไอออน เมแทบอไลต์ และโพลีเปปไทด์จำนวนมาก ประกอบด้วยโปรตีนที่สร้างรูพรุนที่เรียกว่า porins ซึ่งประกอบเป็นช่องประจุลบที่มีแรงดันไฟฟ้า voltage. ช่องเหล่านี้อนุญาตให้ผ่านโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ถึง 5,000 ดาลตันและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20 Å (ångström)

แต่เยื่อหุ้มชั้นนอกทำหน้าที่เกี่ยวกับเอนไซม์หรือการขนส่งเพียงเล็กน้อย ประกอบด้วยโปรตีนระหว่าง 60% ถึง 70%

2. เมมเบรนภายใน

เยื่อหุ้มชั้นในประกอบด้วยโปรตีนประมาณ 80% ซึ่งแตกต่างจากโปรตีนชั้นนอกตรงที่ไม่มีรูพรุนและมีการเลือกสรรสูง ประกอบด้วยเอ็นไซม์เชิงซ้อนและระบบขนส่งผ่านเมมเบรนจำนวนมากซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนย้ายโมเลกุล กล่าวคือ การย้ายโมเลกุลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

3. สันเขาไมโตคอนเดรีย

ในสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอตส่วนใหญ่ สันของไมโตคอนเดรียจะปรากฏเป็นผนังกั้นที่แบนราบและตั้งฉาก จำนวนสันเขาในไมโตคอนเดรียเชื่อว่าเป็นภาพสะท้อนของกิจกรรมของเซลล์ Ridges แสดงถึงการเพิ่มขึ้นอย่างมากในพื้นที่ผิวเพื่อให้สามารถรวมโปรตีนที่เป็นประโยชน์สำหรับกระบวนการต่างๆ เข้าด้วยกันได้ ที่เกิดขึ้นภายในไมโตคอนเดรีย

พวกมันเชื่อมต่อกับเยื่อหุ้มชั้นใน ณ จุดเฉพาะ ซึ่งจะอำนวยความสะดวกในการขนส่งสารเมตาโบไลต์ระหว่างส่วนต่างๆ ของไมโตคอนเดรีย ในส่วนนี้ของไมโตคอนเดรีย จะทำหน้าที่ที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญออกซิเดชัน เช่น ห่วงโซ่การหายใจหรือฟอสโฟรีเลชันออกซิเดชัน ที่นี่ เราสามารถเน้นสารประกอบทางชีวเคมีต่อไปนี้:

• ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนประกอบด้วยสารเชิงซ้อนของเอนไซม์คงที่สี่ตัวและตัวขนส่งอิเล็กตรอนเคลื่อนที่สองตัว
• เอ็นไซม์เชิงซ้อน ช่องไฮโดรเจนไอออน และ ATP synthase ที่กระตุ้นการสังเคราะห์ ATP (oxidative phosphorylation)
• โปรตีน Transporter ซึ่งช่วยให้ไอออนและโมเลกุลผ่านเข้าไปได้ ในบรรดาที่โดดเด่นที่สุดคือเรามีกรดไขมัน กรดไพรูวิก ADP ATP O2 และน้ำ สามารถเน้น:

4. ช่องว่างระหว่างเมมเบรน

ระหว่างเยื่อหุ้มทั้งสองมีช่องว่างที่มีของเหลวคล้ายกับไซโตพลาสซึมที่มีความเข้มข้นสูง ของโปรตอน เนื่องจากการสูบฉีดอนุภาคย่อยของอะตอมเหล่านี้โดยเอ็นไซม์เชิงซ้อนของโซ่ ทางเดินหายใจ

ภายในสื่อภายในนี้ตั้งอยู่ เอนไซม์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพันธะพลังงานสูงของ ATPเช่น อะดีนิเลต ไคเนส หรือ ครีเอทีน ไคเนส นอกจากนี้ยังสามารถพบคาร์นิทีนซึ่งเป็นสารที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งกรดไขมันจากไซโตพลาสซึมไปยังภายในไมโตคอนเดรียซึ่งจะถูกออกซิไดซ์

5. เมทริกซ์ยล

เมทริกซ์ยล, เรียกอีกอย่างว่าไมโทซอลซึ่งมีโมเลกุลน้อยกว่าไซโตซอลแม้ว่าในนั้นคุณยังสามารถพบไอออน เมแทบอไลต์ที่จะถูกออกซิไดซ์ DNA แบบวงกลมคล้ายกับของแบคทีเรียและบางชนิด ไรโบโซม (mytribosomes) ซึ่งทำการสังเคราะห์โปรตีนไมโตคอนเดรียบางชนิดและมี RNA ไมโตคอนเดรีย

มันมีออร์แกเนลล์เดียวกับสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตอิสระ ซึ่งแตกต่างจากเซลล์ของเราโดยขาดนิวเคลียส

ในเมทริกซ์นี้มีวิถีการเผาผลาญพื้นฐานหลายประการสำหรับชีวิต เช่น วงจร Krebs และการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันในเบตา

ฟิวชั่นและฟิชชัน

ไมโตคอนเดรียมีความสามารถในการแบ่งตัวและหลอมรวมได้ค่อนข้างง่าย และนี่เป็นการกระทำสองอย่างที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในเซลล์ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการผสมและการแบ่ง DNA ของไมโตคอนเดรียของแต่ละหน่วยออร์แกเนลล์เหล่านี้.

ในเซลล์ยูคาริโอตไม่มีไมโตคอนเดรียส่วนบุคคล แต่มีเครือข่ายที่เชื่อมต่อกับ DNA ของไมโตคอนเดรียจำนวนหนึ่ง หนึ่งในฟังก์ชันที่เป็นไปได้สำหรับปรากฏการณ์นี้คือการแบ่งปันผลิตภัณฑ์ที่สังเคราะห์ตามส่วนต่างๆ ของเครือข่าย แก้ไขข้อบกพร่องในท้องถิ่น หรือเพียงแค่แบ่งปัน DNA ของผลิตภัณฑ์เหล่านั้น

ถ้าเซลล์สองเซลล์ที่มีไมโตคอนเดรียฟิวส์ต่างกัน เครือข่ายของไมโตคอนเดรียที่จะโผล่ออกมาจากสหภาพจะเป็นเนื้อเดียวกันภายในเวลาเพียง 8 ชั่วโมงเท่านั้น เนื่องจากไมโตคอนเดรียเข้าร่วมและแบ่งตัวอย่างต่อเนื่อง เป็นการยากที่จะกำหนดจำนวนออร์แกเนลล์ทั้งหมดเหล่านี้ในเซลล์ของ เนื้อเยื่อบางชนิด ถึงแม้ว่าจะสามารถสันนิษฐานได้ว่าเนื้อเยื่อที่ทำงานมากที่สุดหรือต้องการพลังงานมากที่สุดจะมีไมโตคอนเดรียจำนวนมากอันเป็นผลมาจาก ฟิชชัน

การแบ่งไมโตคอนเดรียนั้นอาศัยโปรตีน คล้ายกับไดนามินซึ่งมีส่วนในการสร้างถุงน้ำดี จุดที่ออร์แกเนลล์เหล่านี้เริ่มแบ่งตัวขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของพวกมันกับเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม เยื่อหุ้มเรติคูลัมล้อมรอบไมโตคอนเดรีย บีบรัดและแยกออกเป็นสองส่วนในที่สุด

• คุณอาจสนใจ: "ประเภทเซลล์หลักของร่างกายมนุษย์"

คุณสมบัติ

หน้าที่หลักของไมโตคอนเดรียคือการผลิต ATP ซึ่งเรียกว่าเชื้อเพลิงสำหรับกระบวนการเซลล์ แต่ถึงอย่างไร, พวกเขายังดำเนินการส่วนหนึ่งของการเผาผลาญกรดไขมันผ่านเบต้าออกซิเดชันนอกเหนือจากทำหน้าที่เป็นที่เก็บแคลเซียม.

นอกจากนี้ ในการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ออร์แกเนลล์นี้เกี่ยวข้องกับการตายของเซลล์ นอกจากมะเร็งและความชราของร่างกายแล้ว และการเกิดโรคความเสื่อม เช่น โรคพาร์กินสันหรือ โรคเบาหวาน.

ประโยชน์อย่างหนึ่งของการทดสอบทางพันธุกรรมของไมโตคอนเดรียคือ DNA ของพวกเขาซึ่งมาจากสายมารดาโดยตรง. นักวิจัยด้านลำดับวงศ์ตระกูลและมานุษยวิทยาใช้ DNA นี้เพื่อสร้างแผนภูมิต้นไม้ครอบครัว DNA นี้ไม่อยู่ภายใต้การรวมตัวของยีนเนื่องจากการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

1. การสังเคราะห์เอทีพี

มันอยู่ในไมโทคอนเดรียที่เอทีพีส่วนใหญ่ผลิตขึ้นสำหรับเซลล์ยูคาริโอตที่ไม่สังเคราะห์แสง

พวกมันเผาผลาญอะเซทิลโคเอ็นไซม์ Aโดยอาศัยวัฏจักรเอนไซม์ของกรดซิตริก และผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และ NADH NADH ปล่อยอิเล็กตรอนไปยังห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน อิเล็กตรอนเหล่านี้เดินทางจนไปถึงโมเลกุลออกซิเจน (O2) ทำให้เกิดโมเลกุลน้ำ (H2O)

การขนส่งอิเล็กตรอนนี้ควบคู่กับโปรตอนซึ่งมาจากเมทริกซ์และไปถึงช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ เป็นการไล่ระดับโปรตอนที่ช่วยให้สามารถสังเคราะห์ ATP ได้ด้วยการกระทำของสารที่เรียกว่า ATP สังเคราะห์ ติดฟอสเฟตกับ ADP และใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้าย (phosphorylation ออกซิเดชัน)

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนเรียกว่าห่วงโซ่การหายใจ, มี 40 โปรตีน.

2. เมแทบอลิซึมของไขมัน

ปริมาณไขมันที่ดีที่มีอยู่ในเซลล์เป็นผลมาจากการทำงานของไมโตคอนเดรีย กรดไลโซฟอสฟาติดิกผลิตในไมโตคอนเดรียจากการสังเคราะห์ไตรเอซิลกลีเซอรอล

กรดฟอสฟาติดิกและฟอสฟาติดิลกลีเซอรอลก็ถูกสังเคราะห์เช่นกัน ซึ่งจำเป็นสำหรับการผลิตคาร์ดิโอลิพินและฟอสฟาติดิลเอทานอลเอมีน

ต้นกำเนิดของไมโตคอนเดรีย: เซลล์ภายในเซลล์?

ในปี 1980 Lynn Margulis หนึ่งในสตรีที่สำคัญที่สุดในแวดวงวิทยาศาสตร์ ได้ค้นพบทฤษฎีเก่าเกี่ยวกับที่มาของออร์แกเนลล์นี้ โดยได้ปรับรูปแบบเป็นทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก ตามเวอร์ชันของมัน อัปเดตมากขึ้นและอิงตามหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ เมื่อประมาณ 1,500 ล้านปีก่อน เซลล์โปรคาริโอต กล่าวคือ ไม่มีนิวเคลียส สามารถรับพลังงานจากสารอาหารอินทรีย์โดยใช้โมเลกุลออกซิเจนเป็นสารออกซิแดนท์.

ในระหว่างกระบวนการ มันหลอมรวมกับเซลล์โปรคาริโอตอื่น หรือกับสิ่งที่อาจเป็นเซลล์ยูคาริโอตแรก ซึ่งถูกฟาโกไซโตสโดยไม่ถูกย่อย ปรากฏการณ์นี้มีพื้นฐานมาจากความเป็นจริง เนื่องจากมีการพบเห็นแบคทีเรียกลืนกินผู้อื่นแต่ไม่ตาย เซลล์ที่ถูกดูดซึมสร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับโฮสต์ โดยให้พลังงานในรูปของเอทีพีและโฮสต์ให้สภาพแวดล้อมที่มั่นคงและอุดมด้วยสารอาหาร ผลประโยชน์ร่วมกันอันยิ่งใหญ่นี้ถูกรวมเข้าไว้ด้วยกัน ในที่สุดก็กลายเป็นส่วนหนึ่งของมัน และนี่จะเป็นที่มาของไมโตคอนเดรีย

สมมติฐานนี้ค่อนข้างสมเหตุสมผล หากพิจารณาความคล้ายคลึงทางสัณฐานวิทยาระหว่างแบคทีเรีย สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตอิสระ และไมโตคอนเดรีย ตัวอย่างเช่น ทั้งสองมีรูปร่างยาว มีชั้นคล้ายกัน และที่สำคัญที่สุดคือ DNA ของพวกมันเป็นวงกลม นอกจากนี้ DNA ของไมโตคอนเดรียยังแตกต่างจากนิวเคลียสของเซลล์อย่างมาก ทำให้รู้สึกว่ามันเป็นสิ่งมีชีวิตสองชนิดที่แตกต่างกัน

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• ฟรีดแมน, เจ. ร. นันนรี เจ.. (2014). รูปแบบและหน้าที่ของไมโตคอนเดรีย ธรรมชาติ. 505: 335-343.
• คีเฟล, บี. อาร์, กิลสัน, พี. ร. บีช พี. ล. (2006). ชีววิทยาของเซลล์ของพลวัตของไมโตคอนเดรีย การทบทวนเซลล์วิทยาระหว่างประเทศ 254: 151-213.
• แมคอาสกิล, เอ. เอฟ, คิทเลอร์, เจ. ต. (2010). การควบคุมการขนส่งไมโตคอนเดรียและการแปลในเซลล์ประสาท แนวโน้มทางชีววิทยาของเซลล์ 20: 102-112