وبلاگ

وسعت دانش یک آمریکایی معمولی در مورد میتوکندری بر اساس این ضرب المثل به ظاهر فراگیر در کلاس های زیست شناسی دبیرستان است: میتوکندری ها نیروگاه سلول هستند. اما همه نمی دانند که این تا چه حد درست است، یا بسیاری از اسرار بیولوژیکی جذاب در این اندامک های کوچک وجود دارد.

بسیاری از واکنش های مهم در سلول باید انرژی ذخیره شده در پیوندهای مولکولی به نام آدنوزین تری فسفات (ATP) را مهار کنند که شامل سه گروه شیمیایی به نام فسفات است. ATP واحد پول انرژی سلول است. در واقع، زندگی همانطور که می دانیم بدون تجزیه ATP نمی تواند وجود داشته باشد. ATP هنگامی که یکی از گروه های فسفات خود را از دست می دهد واکنش ها را تقویت می کند و آدنوزین را تشکیل می دهد دیفسفات (ADP). این سومین فسفات باید به ADP متصل شود تا بتوان دوباره از ATP استفاده کرد و این نقش اصلی میتوکندری است.

میتوکندری ها سزاوار لقب نیروگاه خود هستند زیرا هستند واقعا موثر در ساخت ATP بازده به بخشی از انرژی ذخیره شده در یک سوخت اشاره دارد که یک سیستم استفاده می کند، در حالی که بقیه به عنوان گرما از دست می رود. سیستم‌های مختلف از منابع سوخت متفاوتی استفاده می‌کنند: برای مثال، بیشتر موتورهای خودرو از بنزین استفاده می‌کنند، در حالی که میتوکندری‌ها به مواد غذایی مانند قندها و چربی‌ها متکی هستند. میتوکندری ها پیوندهای بین مولکول های قند و چربی را می شکنند تا انرژی آزاد کنند. سپس آنها از این انرژی برای تامین انرژی یک سری واکنش استفاده می کنند که سومین گروه فسفات را به ADP متصل می کند و در نتیجه ATP را به عنوان منبع انرژی که سلول می تواند از آن استفاده کند، بازسازی می کند. اکثر موتورهای خودرو بین 20 تا 30 درصد در استخراج انرژی از بنزین مورد نیاز برای حرکت خودرو کارایی دارند، در حالی که میتوکندری بهره برداری تقریباً 40 درصد انرژی از مولکول های غذا برای تولید ATP. 60 درصد از دست رفته در اثر گرما ممکن است اتلاف بزرگی به نظر برسد، اما این چیزی است که بدن ما را گرم می کند، بنابراین حتی انرژی «هدر رفته» نیز هدفی را دنبال می کند.

سلول های دارای میتوکندری مزیت فوق العاده قدرتمندی دارند. با چنین فراوانی انرژی قابل استفاده، سلول ها می توانند پروتئین های بیشتری تولید کنند، بزرگتر شوند، دورتر حرکت کنند و با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. برخی از زیست شناسان تکاملی به نظر می رسد که میتوکندری دلیلی است که سلول ها توانستند خود را در ارگانیسم های چند سلولی مانند من و شما سازماندهی کنند.

مطابق با نظریه درون همزیستی میلیون‌ها سال پیش، زمانی وجود داشت که یوکاریوت‌های اولیه (سلول‌هایی که محفظه‌ای برای DNA به نام هسته دارند) هنوز میتوکندری را به دست نیاورده بودند. در نهایت، برخی از یوکاریوت‌ها احتمالاً سعی کردند باکتری‌های میتوکندری مانند را بخورند، در هضم آنها ناکام ماندند و در نهایت به بخش‌های میتوکندریایی جدید رسیدند. یوکاریوت از مقدار بسیار زیاد انرژی ATP تولید شده توسط میتوکندری سود می برد و میتوکندری ها به مواد مغذی و پناهگاه میزبان خود دسترسی دارند.

برخی از ویژگی‌های جالب میتوکندری، ستون‌های نظریه درون همزیستی را تشکیل می‌دهند. اول اینکه، میتوکندری ها تنها بخش هایی در سلول های حیوانی هستند که DNA خود را دارند (به نام mtDNA). چندین ژن mtDNA به عنوان الگوی پروتئین های میتوکندریایی مورد نیاز برای تولید ATP عمل می کنند. در انسان، DNA هسته ای از هر دو والدین می آید، در حالی که mtDNA فقط از طریق میتوکندری در تخمک منتقل می شود. به طور مشابه، ارگانیسم‌های تک سلولی مانند باکتری‌ها تمام ژن‌های خود را از یک پدر و مادر در طول تکثیر به ارث می‌برند، که این ایده را تایید می‌کند که میتوکندری از باکتری‌ها به وجود آمده است.

یکی دیگر از شواهد به نفع نظریه درون همزیستی وجود غشای دوتایی میتوکندری های اطراف سلول را به عنوان یک بادکنک آبی جادویی تصور کنید که قادر است قسمت‌هایی از لاتکس بیرونی خود را بدون ترکیدن بچکاند. تصور کنید به آرامی انگشت اشاره و شست خود را به داخل بادکنک فشار می دهید، سپس جیبی را که ایجاد کرده اید فشار می دهید تا یک بالون کوچک دیگر از همان ابتدا در آب شناور باشد. محفظه های سلولی دیگر به این ترتیب تشکیل شده اند: آنها فقط یک غشاء دارند، که نشان می دهد غشای سلولی روی خود جمع شده و جیب های کوچکی را تشکیل می دهد. حالا تصور کنید که وقتی به بادکنک آبی نزدیک می شوید، یک بادکنک آب کوچک دیگر را روی سطح آن فشار دهید و یک جیب را فشار دهید تا بادکنک کوچک کاملاً در لاتکس بادکنک بزرگ قرار گیرد. برخلاف اولین بالون کوچک شناور، این بالون دارای دو لایه لاتکس است (شکل فرآیند اندوسیتوز را ببینید). این واقعیت که میتوکندری ها دارای دو لایه غشاء هستند نشان می دهد که آنها قبلاً غشای خاص خود را داشتند که غشای سلول های یوکاریوتی در اطراف آن جمع شد. از آنجایی که باکتری ها یک غشاء واحد دارند، منطقی است که میتوکندری ها با بلعیده شدن توسط باکتری ها شروع می شوند.

هر دو غشا برای عملکرد میتوکندری های مدرن ضروری هستند، با پروتئین های مختلف در هر غشاء و اتم های باردار الکتریکی به نام یون ها در فضای بین آنها ذخیره می شود. پروتئین مهمی که بر روی غشای داخلی میتوکندری قرار دارد، سنتاز ATP است که مرحله نهایی را در مجموعه واکنش‌هایی که ATP ایجاد می‌کنند انجام می‌دهد. در مراحل اولیه فرآیند، یون های هیدروژن مانند آب در پشت سد بین دو غشا جمع می شوند و از طریق F جریان می یابند.₀ منطقه ATP سنتاز (شکل ATP سنتاز را ببینید) مانند آب که سنگ آسیاب را می چرخاند. این حرکت باعث F₁ دامنه، حاوی ADP و P، برای تغییر شکل و له کردن آنها برای ایجاد ATP. سپس پروتئین ATP را آزاد می کند تا سلول بتواند از آن استفاده کند. می توانید تصویری از این واکنش قابل توجه را مشاهده کنید اینجا.

اگرچه میتوکندری ها به وضوح در تولید انرژی بسیار خوب هستند، تحقیقات زیست پزشکی در حال کشف نقش های اضافی برای میتوکندری در سلول هستند. کشف شد که میتوکندری پروتئین های خاصی را جدا می کندتنظیم پاسخ سلول به استرس. آنها می توانند با سایر محفظه های سلولی برای اطمینان از تعادل مواد مغذی و ارسال سیگنال در داخل سلول تعامل کنند. شبکه وسیع میتوکندری تحت تاثیر ثابت قرار می گیرد بازسازی: میتوکندری های منفرد در هم می آمیزند و از یکدیگر جدا می شوند و قسمت هایی از شبکه در صورت آسیب دیدن یا عدم نیاز سلول از بین می روند. بازسازی شبکه میتوکندری به ویژه است مربوط به سرطاناز آنجایی که سلول‌های تومور تولید و استفاده از انرژی را تغییر می‌دهند تا بتوانند زنده بمانند و به شیوه‌ای کنترل نشده تقسیم شوند.

در نهایت، میتوکندری‌ها بسیار فراتر از موتور سلول هستند، اگرچه بهره‌وری عالی انرژی آن‌ها مطمئناً این مدال خاص را برای آنها به ارمغان آورده است. آنها همچنین میزبان برخی از چشمگیرترین سرنخ ها در مورد منشاء تکاملی ما هستند، ماشین های مولکولی شگفت انگیزی که هم قدرتمند و هم ظریف هستند و راه هایی برای درک بهتر بیماری ها هستند.

اداره پست میتوکندری چیزی بیش از نیروگاه سلول است اول ظاهر شد شورای علمی ایلینوی.

Source link