โดยที่ไมโตคอนเดรียหายไป ไมโตคอนเดรียจำได้ว่าพวกมันคือแบคทีเรีย การปรับโครงสร้างเมมเบรนในช่วงอายุ

Mitochondria (MT) เป็นหนึ่งในงานวิจัยที่น่าสนใจที่สุดสำหรับฉัน การรวมตัวกันของไมโตคอนเดรียกับเซลล์อื่นในช่วงเอ็นโดซิมไบโอซิสเมื่อประมาณ 1.6 พันล้านปีก่อนกลายเป็นพื้นฐานของยูคาริโอตหลายเซลล์ทั้งหมดที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อน เชื่อกันว่าไมโตคอนเดรียมีต้นกำเนิดมาจากเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายα-โปรตีโอแบคทีเรีย

การทบทวนไมโตคอนเดรียล่าสุดที่ดีที่สุดคือ “โครงสร้างและหน้าที่ของคอมเพล็กซ์โปรตีนเมมเบรนของไมโตคอนเดรีย” ของ Werner Kuhlbrandt หากคุณรู้ภาษาอังกฤษและสนใจโครงสร้างของออร์แกเนลเหล่านี้ ฉันขอแนะนำให้อ่านเป็นอย่างยิ่ง บทความนี้ดีจนสามารถเป็นบทหนึ่งในหนังสือเรียนอณูชีววิทยาที่ดีได้อย่างง่ายดาย ตอนแรกฉันต้องการแปลบทความทั้งหมด แต่มันคงใช้เวลานานอย่างไม่อาจให้อภัยและทำให้ฉันห่างจากสิ่งอื่น ดังนั้นฉันจะจำกัดตัวเองอยู่แค่วิทยานิพนธ์และรูปภาพเท่านั้น เจือจางทุกสิ่งด้วยความคิดของคุณเป็นระยะ

ไมโตคอนเดรียเองเข้ารหัสโปรตีนเพียง 13 ชนิด แม้ว่า DNA (mtDNA) จะแยกออกจากเซลล์และวงจร "การผลิต" ทั้งหมดสำหรับการถอดรหัสโปรตีนก็ตาม ไมโตคอนเดรียที่แยกได้สามารถรักษาองค์ประกอบและหน้าที่ของมันไว้ได้ระยะหนึ่ง

รูปที่ 1. ส่วนประกอบของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย เยื่อหุ้มชั้นนอกแยกไมโตคอนเดรียนออกจากไซโตพลาสซึม มันล้อมรอบเมมเบรนชั้นใน ซึ่งแยกช่องว่างระหว่างเมมเบรนออกจากเมทริกซ์ส่วนกลางที่อุดมด้วยโปรตีน เมมเบรนชั้นในแบ่งออกเป็นเมมเบรนจำกัดภายในและคริสเต ทั้งสองส่วนนี้จะต่อเนื่องกัน ณ ตำแหน่งที่ติดคริสเต (คริสเต ทางแยก- คริสเตจะขยายลึกเข้าไปในเมทริกซ์ไม่มากก็น้อยและเป็นจุดหลักของการแปลงพลังงานไมโตคอนเดรีย การไล่ระดับของโปรตอนขนาดเล็กในปริภูมิระหว่างเมมเบรน (ค่า pH7.2-7.4) และเมทริกซ์ (ค่า pH7.9-8.0) ทำให้เกิดการสร้าง ATP โดย ATP synthase ในเยื่อหุ้มของคริสเต

เยื่อหุ้มชั้นนอกมีรูพรุนและยอมให้สารจากไซโตพลาสซึมผ่านเข้าไปได้ เยื่อหุ้มชั้นในมีความหนาแน่น จำเป็นต้องมีโปรตีนขนส่งเพื่อข้ามมัน [กิลเบิร์ต หลิงไม่เห็นด้วยอย่างสมเหตุสมผล] ความต่อเนื่องของสิ่งกีดขวางทำให้เยื่อหุ้มชั้นในมีศักย์ไฟฟ้าเคมีที่ -180 มิลลิโวลต์ เมทริกซ์มีค่า pH ค่อนข้างสูง (7.9-8) ให้ฉันเจาะลึกเข้าไปในหลิงอีกครั้ง ค่า pH ที่เป็นด่าง (สูงกว่า 7) ช่วยให้โปรตีนมีโครงสร้างที่เปิดเผยมากขึ้น pH ที่สูงจะรบกวนพันธะไฮโดรเจนและเกลือ ทำให้ CO และ NH แบบโพลาไรซ์พร้อมใช้งานกับโมเลกุลของน้ำ ดังนั้นจึงเพิ่มโมเมนต์ไดโพลของน้ำในเซลล์ทั้งหมดและจับกับมัน ในหลอดเลือดดำนี้ การมีอยู่ของเมมเบรนไม่จำเป็นต้อง "รักษา" โปรโตพลาสซึมภายในเซลล์ (ซึ่งทำโดยโปรตีนเองที่ pH สูง) แต่สำหรับการมีอยู่ของศักยภาพ

mtDNA พบได้ในนิวคลีโอไทด์ ซึ่งมีประมาณ 1,000 ตัวต่อเซลล์ ความหนาแน่นของโปรตีนของเมทริกซ์ค่อนข้างสูง (สูงถึง 500 มก./มล.) ซึ่งใกล้เคียงกับโปรตีนที่ตกผลึก

เยื่อหุ้มชั้นในก่อให้เกิดการบุกรุกที่เรียกว่าคริสเต ซึ่งเจาะลึกเข้าไปในเมทริกซ์ Cristae กำหนด "ช่อง" ที่สามของไมโตคอนเดรีย - ลูเมนของคริสเต (cristae lumen) เมมเบรนของคริสตาประกอบด้วยห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนที่ประกอบอย่างสมบูรณ์และสารเชิงซ้อน ATP synthase ส่วนใหญ่หรือทั้งหมด ช่องของคริสตาประกอบด้วยโปรตีนขนส่งอิเล็กตรอนที่ละลายน้ำได้จำนวนเล็กน้อย (ไซโตโครม c) ไมโตคอนเดรียคริสเตจึงเป็นจุดหลักของการแปลงพลังงานทางชีวภาพในยูคาริโอตที่ไม่สังเคราะห์แสงทั้งหมด

ยังมีสิ่งที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับพระคริสต์อีกด้วย คุณสมบัติทางแสงของคริสตามีอิทธิพลต่อการแพร่กระจายและการสร้างแสงในเนื้อเยื่อ ฉันเคยเห็นแนวคิดที่ว่าพื้นผิวของคริสเตนั้นคล้ายคลึง (สมมติฐาน) กับพื้นผิวของฉนวนทอพอโลยี (หมายถึงความเป็นตัวนำยิ่งยวดโดยไม่มีการกระจายประจุ)

รูปที่ 2 คอมเพล็กซ์โปรตีนเมมเบรนของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ ซับซ้อนฉัน (NADH/ ยูบิควิโนน ออกซิโดรีดักเตส, สีน้ำเงิน), คอมเพล็กซ์ครั้งที่สอง(ซัคซิเนตดีไฮโดรจีเนส, กุหลาบ), คอมเพล็กซ์สาม(ไซโตโครม ซี รีดักเตส, สีส้ม), คอมเพล็กซ์IV(ไซโตโครม ซี ออกซิเดส, สีเขียว) และไมโตคอนเดรีย ATP synthase (รู้จักกันในชื่อเชิงซ้อนวี, สีเบจ) ทำงานร่วมกันระหว่างออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น เพื่อให้เซลล์สามารถใช้พลังงานได้ คอมเพล็กซ์ฉัน, สาม, IVปั๊มโปรตอนไปตามเยื่อหุ้มคริสตา ทำให้เกิดการไล่ระดับโปรตอนซึ่งกระตุ้นการสังเคราะห์ ATP

ตอนนี้ให้ความสนใจเล็กน้อยกับ complex II คุณจะจำได้ว่าการเผาผลาญไขมัน (คีโต) เน้น FADH2 และ complex II พวกเขาลดคู่ CoQ ลง ณ จุดหนึ่ง CoQ ที่ถูกออกซิไดซ์ไม่เพียงพอที่จะขนส่งอิเล็กตรอนไปยังเชิงซ้อน III และก่อให้เกิดการไหลย้อนกลับของอิเล็กตรอนไปยังเชิงซ้อน I เพื่อสร้างซูเปอร์ออกไซด์ ด้วยสารอาหาร HFLC ในระยะยาว คอมเพล็กซ์ I จะถูกทำลายแบบย้อนกลับ ในขณะที่นี่คือการปรับให้เหมาะสมทางสรีรวิทยาตามปกติ

ฉันขอให้คุณทราบด้วยว่า complex II ไม่ได้สูบโปรตอนออกมา อะไรจะกระจายการไล่ระดับโปรตอนในตัวเรา ขัดขวางฟอสโฟรีเลชั่น และกระตุ้นการเผาผลาญไขมันเพื่อให้เกิดความร้อน ถูกต้องความเครียดที่หนาวเย็น การสร้างความร้อนนั้นควบคู่ไปกับการเผาผลาญผ่านสารเชิงซ้อนที่ไม่สูบโปรตอนออกมา ดังนั้นจึงไม่มีโปรตอนเพิ่มเติมสำหรับ ATP synthase เราคงประหลาดใจได้เพียงว่าร่างกายของเราถูกคิดออกมาอย่างน่าอัศจรรย์เพียงใด

การติดตั้งคริสตัลและไมค์คอส

จุดเชื่อมต่อคริสเตเป็นรูกลมขนาดเล็กเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 25 นาโนเมตร ไมโตคอนเดรียของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีระบบ MICOS (บริเวณที่สัมผัสกับไมโตคอนเดรียและคริสเตไปยังเยื่อหุ้มชั้นนอก) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของเมมเบรน 5 ตัวและโปรตีนที่ละลายน้ำได้ 1 ตัวที่ยึดคริสเตเข้ากับเยื่อหุ้มชั้นนอก

ในเซลล์ที่มีความต้องการพลังงานเพิ่มขึ้น เช่น กล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจ คริสเตจะเติมเต็มปริมาตรไมโตคอนเดรียส่วนใหญ่อย่างหนาแน่น ในเนื้อเยื่อที่มีความต้องการพลังงานต่ำ เช่น ตับและไต คริสเตจะไม่รวมตัวกันหนาแน่นนัก มีพื้นที่ในเมทริกซ์มากขึ้นสำหรับเอนไซม์สังเคราะห์ทางชีวภาพ

รูปที่ 3 ปริมาตรเอกซ์เรย์ของไมโตคอนเดรียของหัวใจหนู A) ปริมาตรสามมิติของไมโตคอนเดรียของหัวใจเมาส์ที่ถูกจับโดย cryo-ET เยื่อหุ้มชั้นนอก (สีเทา) ห่อหุ้มเยื่อหุ้มชั้นใน (สีฟ้าอ่อน) เยื่อหุ้มชั้นในเต็มไปด้วยคริสเตอย่างหนาแน่น b) ส่วนโทโมกราฟีของปริมาตร เมทริกซ์ที่อัดแน่นไปด้วยโปรตีนไมโตคอนเดรียส่วนใหญ่จะปรากฏเป็นสีเข้มภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ในขณะที่ช่องว่างระหว่างเมมเบรนและลูเมนของคริสเตปรากฏสว่างเนื่องจากมีโปรตีนความเข้มข้นต่ำ

เอทีพี ซินเทส ไดเมอร์

Mitochondrial F1-F0 ATP synthase เป็นโปรตีนเชิงซ้อนที่โดดเด่นที่สุดของคริสตา ATP synthase เป็นเครื่องนาโนโบราณที่ใช้การไล่ระดับเคมีไฟฟ้า Protnov รอบเยื่อหุ้มชั้นในเพื่อสร้าง ATP ผ่านการเร่งปฏิกิริยาแบบหมุน โปรตอนที่เคลื่อนที่ผ่านคอมเพล็กซ์ F0 ของเมมเบรนจะหมุนโรเตอร์ที่มีขนาด 8 (ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม) หรือ 10 (ในยีสต์) ไซต์ c ก้านส่วนกลางส่งแรงบิดซีโรเตอร์ไปยังหัวเร่งปฏิกิริยา F1 โดยที่ ATP ถูกสร้างขึ้นจาก ADP และฟอสเฟตผ่านลำดับของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ก้านส่วนต่อพ่วงช่วยป้องกันการหมุนของหัว F1 กับ F0 คอมเพล็กซ์อย่างไม่มีประสิทธิภาพ

เป็นเวลาหลายปีที่เชื่อกันว่า ATP synthase ตั้งอยู่แบบสุ่มบนเยื่อหุ้มชั้นใน แต่ปรากฎว่า ATP synthase จัดเรียงเป็นสองแถว- ยิ่งไปกว่านั้น ชุดเชิงเส้นของ ATP synthase ยังเป็นคุณลักษณะพื้นฐานของไมโตคอนเดรียที่มีชีวิตทั้งหมด

รูปที่ 4 ATP synthase สองแถวในเจ็ดสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน

แถวของ ATP synthase ส่วนใหญ่จะตั้งอยู่ตามแนวสันของคริสเต ไดเมอร์จะงอชั้นไขมันและผลให้จัดเรียงตัวเองเป็นแถว เมื่อโหนด e และ g ของ APT synthase ถูกกำจัดออกจากไมโตคอนเดรียของยีสต์ สายพันธุ์จะเติบโตช้ากว่าโหนดอื่นถึง 60% และศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ของไมโตคอนเดรียลดลงครึ่งหนึ่ง Prokaryotic APT synthase ขาดโหนดที่เกี่ยวข้องกับไดเมอร์หลายตัว ไม่พบไดเมอร์จำนวนหนึ่งในแบคทีเรียและอาร์เคีย คริสเตและแถวของไดเมอร์สังเคราะห์ AFT จึงเป็นการปรับตัวให้เข้ากับความต้องการพลังงานที่มากขึ้นของร่างกาย

รูปที่ 5 โครงสร้างของ ATP synthase dimer จากไมโตคอนเดรียของ polymella sp มุมมองด้านข้างของไดเมอร์ ATP synthase รูปตัว V

คอมเพล็กซ์และซูเปอร์คอมเพล็กซ์ของห่วงโซ่การหายใจ

การไล่ระดับของโปรตอนรอบๆ เมมเบรนชั้นในถูกสร้างขึ้นโดยเมมเบรนเชิงซ้อนขนาดใหญ่สามส่วนที่เรียกว่า เชิงซ้อน I, เชิงซ้อน III และเชิงซ้อน IV (ดูรูปที่ 2) คอมเพล็กซ์ I ป้อนอิเล็กตรอนจาก NADH ซึ่งเป็นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่สูบโปรตอนออกมาสี่ตัว Complex III รับอิเล็กตรอนจากควินอลรีดิวซ์และถ่ายโอนไปยังตัวพาอิเล็กตรอน (ไซโตโครม c) โดยจะสูบโปรตอนออกมาหนึ่งตัวในกระบวนการ Complex IV รับอิเล็กตรอนจากไซโตโครม c และถ่ายโอนไปยังโมเลกุลออกซิเจน โดยสูบโปรตอนออกมา 4 ตัวต่อโมเลกุลออกซิเจนทุกโมเลกุลที่ถูกแปลงเป็นน้ำ Complex II จะไม่สูบโปรตอนออกมา โดยจะส่งอิเล็กตรอนไปยังควินอลโดยตรง การถ่ายโอนอิเล็กตรอนจาก NADH ไปยัง quinol เกี่ยวข้องกับการโยกย้ายโปรตอนยังไม่ชัดเจน Complex I มีขนาดใหญ่กว่า III และ IV รวมกัน

รูปที่ 6 คอมเพล็กซ์ I ของไมโตคอนเดรียหัวใจวัว ส่วนเมทริกซ์ประกอบด้วยกระจุกเหล็ก-ซัลเฟอร์ (Fe-S) แปดชุดที่ส่งอิเล็กตรอนจาก NADH ไปยังควินอลที่จุดตัดระหว่างเมทริกซ์กับเมมเบรน ส่วนเมมเบรนประกอบด้วยใบมีด 78 ใบ รวมถึงโมเลกุลที่สูบโปรตอนด้วย

คอมเพล็กซ์ฉัน,III และIV ถูกรวมเข้าเป็นซูเปอร์คอมเพล็กซ์หรือทางเดินหายใจ ยีสต์ขนมปัง ( แซคคาโรไมซีสcerevisiae) ไม่มีความซับซ้อน I ซูเปอร์คอมเพล็กซ์ประกอบด้วย III และ IV บทบาทของซูเปอร์คอมเพล็กซ์ยังไม่ชัดเจน เชื่อกันว่าสิ่งนี้ทำให้การขนส่งอิเล็กตรอนมีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ยังไม่มีหลักฐานโดยตรงสำหรับเรื่องนี้

รูปที่ 7 ไมโตคอนเดรียซูเปอร์คอมเพล็กซ์ของหัวใจวัว ให้ความสนใจกับระยะห่างระหว่างคอมเพล็กซ์ I และ III ซึ่งต้องทำด้วยควินอล ลูกศร – การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในซูเปอร์คอมเพล็กซ์

โปรตีนหลักของคริสตาลูเมนคือไซโตโครม c ซึ่งถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากเชิงซ้อน III ไปยังเชิงซ้อน IV ถ้าไซโตโครม ซี ถูกปล่อยออกสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ จะทำให้เกิดอะพอพโทซิส.

รูปที่ 8 แถวของไดเมอร์สังเคราะห์ ATP ทำให้เกิดรูปร่างของคริสเต ที่สันคริสตา APT synthase (สีเหลือง) จะสร้างแหล่งกักเก็บโปรตอน (สีแดง) ปั๊มโปรตอนแบบโซ่อิเล็กตรอน (สีเขียว) จะอยู่ที่ด้านใดด้านหนึ่งของแถวไดเมอร์ โดยการส่งโปรตอนจากแหล่งกำเนิดไปยัง ATP synthase คริสเตจะทำหน้าที่เป็นตัวนำทางโปรตอนเพื่อให้ผลิต ATP ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลูกศรสีแดงแสดงทิศทางการไหลของโปรตอน

การปรับโครงสร้างเมมเบรนในช่วงอายุ

การแก่ชราเป็นกระบวนการพื้นฐานและเป็นที่เข้าใจได้ไม่ดีในยูคาริโอตทั้งหมด การศึกษาความชราของไมโตคอนเดรียในเห็ด โปโดสปอรา แอนเซรินาซึ่งมีอายุเพียง 18 วัน ในไมโตคอนเดรียปกติ คริสเตจะเจาะลึกเข้าไปในเมทริกซ์ ซึ่งต้องใช้แถวของ ATP synthase dimer และ MICOS complex ที่ไซต์การแนบคริสเต เมื่ออายุมากขึ้น คริสเตจะเริ่มขยับเข้าใกล้พื้นผิวของเมมเบรนมากขึ้น เอทีพีซินเทสไดเมอร์จะกลายเป็นโมโนเมอร์ และทุกอย่างจบลงด้วยการปล่อยไซโตโครม c และการตายของเซลล์

การขนส่งอิเล็กตรอนสร้างซูเปอร์ออกไซด์ในเชิงซ้อน I และ III มันเป็นผลพลอยได้จากการเผาผลาญ จำเป็นและเป็นอันตรายถึงชีวิตพร้อมกัน ในช่วงอายุที่เพิ่มมากขึ้น ฟิชชันจะเริ่มมีชัยเหนือฟิวชัน วิธีนี้จะป้องกันไม่ให้ไมโตคอนเดรียที่เสียหายถูก "ช่วย" โดยการหลอมรวม และเร่งสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

ไมโตคอนเดรีย(จาก gr. mitos - "ด้าย", chondrion - "เกรน, เกรน") เป็นออร์แกเนลล์เมมเบรนถาวรที่มีรูปร่างกลมหรือรูปแท่ง (มักแตกแขนง) ความหนา 0.5 ไมครอน ยาว 5-7 ไมครอน จำนวนไมโตคอนเดรียในเซลล์สัตว์ส่วนใหญ่คือ 150-1500 ในไข่ตัวเมีย - มากถึงหลายแสนตัวในตัวอสุจิ - ไมโตคอนเดรียแบบเกลียวหนึ่งเกลียวบิดรอบส่วนแกนของแฟลเจลลัม

หน้าที่หลักของไมโตคอนเดรีย:
1) มีบทบาทเป็นสถานีพลังงานของเซลล์ พวกเขาผ่านกระบวนการออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น (ออกซิเดชั่นของเอนไซม์ของสารต่าง ๆ พร้อมการสะสมพลังงานในรูปของโมเลกุลของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต - ATP)
2) จัดเก็บสารพันธุกรรมในรูปแบบของไมโตคอนเดรีย DNA ไมโตคอนเดรียในการทำงานต้องใช้โปรตีนที่เข้ารหัสในยีน DNA นิวเคลียร์ เนื่องจาก DNA ของไมโตคอนเดรียของไมโตคอนเดรียสามารถให้ได้
โปรตีนเพียงไม่กี่อย่างเท่านั้น
ฟังก์ชั่นข้างเคียง - การมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ฮอร์โมนสเตียรอยด์, กรดอะมิโนบางชนิด (เช่น กลูตามีน)

โครงสร้างของไมโตคอนเดรีย
ไมโตคอนเดรียมีเยื่อหุ้มสองอัน: ด้านนอก (เรียบ) และด้านใน (ก่อตัวเป็นผลพลอยได้ - รูปทรงใบไม้ (คริสเต) และท่อ (ท่อ) เมมเบรนมีความแตกต่างกันในองค์ประกอบทางเคมี ชุดของเอนไซม์ และหน้าที่
ในไมโตคอนเดรียเนื้อหาภายในคือเมทริกซ์ - สารคอลลอยด์ซึ่งค้นพบธัญพืชที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20-30 นาโนเมตรโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (พวกมันสะสมแคลเซียมและแมกนีเซียมไอออนสารสำรองของสารอาหารเช่นไกลโคเจน)
เมทริกซ์เป็นที่ตั้งของเครื่องมือสังเคราะห์โปรตีนออร์แกเนลล์:
DNA แบบวงกลม 2-6 ชุดที่ไม่มีโปรตีนฮิสโตน (เช่น
ในโปรคาริโอต), ไรโบโซม, ชุดของ t-RNA, เอนไซม์การทำซ้ำ
การถอดความการแปลข้อมูลทางพันธุกรรม เครื่องมือนี้
โดยทั่วไปจะคล้ายกับโปรคาริโอตมาก (ในจำนวน
โครงสร้างและขนาดของไรโบโซม, การจัดระเบียบของอุปกรณ์ทางพันธุกรรมของตัวเอง ฯลฯ ) ซึ่งยืนยันแนวคิดทางชีวภาพของต้นกำเนิดของเซลล์ยูคาริโอต
ทั้งเมทริกซ์และพื้นผิวของเมมเบรนด้านในซึ่งมีห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน (ไซโตโครม) และ ATP synthase ตั้งอยู่ ซึ่งเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชั่นของ ADP ซึ่งแปลงเป็น ATP มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการนำฟังก์ชันพลังงานของ ไมโตคอนเดรีย
ไมโตคอนเดรียสืบพันธุ์โดยการอินเทอร์เลซ ดังนั้นเมื่อเซลล์แบ่งตัว ไมโตคอนเดรียจะกระจายเท่า ๆ กันระหว่างเซลล์ลูกสาว ดังนั้นความต่อเนื่องจึงเกิดขึ้นระหว่างไมโตคอนเดรียของเซลล์ในรุ่นต่อ ๆ ไป
ดังนั้นไมโตคอนเดรียจึงมีลักษณะเฉพาะโดยมีความเป็นอิสระสัมพัทธ์ภายในเซลล์ (ไม่เหมือนกับออร์แกเนลล์อื่น ๆ ) เกิดขึ้นระหว่างการแบ่งไมโตคอนเดรียของมารดาและมี DNA ของตัวเองซึ่งแตกต่างจากระบบนิวเคลียร์ของการสังเคราะห์โปรตีนและการเก็บพลังงาน

ไมโตคอนเดรีย (จากภาษากรีก μίτος (mitos) - ด้าย และ χονδρίον (chondrion) - เม็ดเล็ก) เป็นออร์แกเนลล์สองเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีสารพันธุกรรมของตัวเอง ซึ่งก็คือไมโตคอนเดรีย พบเป็นโครงสร้างเซลล์ทรงกลมหรือท่อในยูคาริโอตเกือบทั้งหมด แต่ไม่ใช่ในโปรคาริโอต

ไมโตคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่สร้างโมเลกุลอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต พลังงานสูงขึ้นมาใหม่ผ่านระบบทางเดินหายใจ นอกเหนือจากออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชันแล้ว ยังทำหน้าที่สำคัญอื่นๆ เช่น มีส่วนร่วมในการก่อตัวของกลุ่มเหล็กและกำมะถัน- โครงสร้างและหน้าที่ของออร์แกเนลล์ดังกล่าวมีรายละเอียดดังนี้

ติดต่อกับ

ข้อมูลทั่วไป

มีไมโตคอนเดรียจำนวนมากโดยเฉพาะในผู้ที่มีการใช้พลังงานสูง ซึ่งรวมถึงกล้ามเนื้อ เส้นประสาท เซลล์รับความรู้สึก และโอโอไซต์ ในโครงสร้างเซลล์ของกล้ามเนื้อหัวใจ ปริมาตรของออร์แกเนลล์เหล่านี้สูงถึง 36% มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.5-1.5 ไมครอน และมีรูปร่างหลากหลายตั้งแต่ทรงกลมไปจนถึงเกลียวที่ซับซ้อน จำนวนของพวกเขาจะถูกปรับโดยคำนึงถึงความต้องการพลังงานของเซลล์

เซลล์ยูคาริโอตที่สูญเสียไมโตคอนเดรีย ไม่สามารถกู้คืนได้- นอกจากนี้ยังมียูคาริโอตที่ไม่มีพวกมัน เช่น โปรโตซัวบางชนิด จำนวนออร์แกเนลล์เหล่านี้ต่อหน่วยเซลล์มักจะอยู่ระหว่าง 1,000 ถึง 2,000 โดยมีเศษส่วนปริมาตร 25% แต่ค่าเหล่านี้อาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับชนิดของโครงสร้างเซลล์และสิ่งมีชีวิต มีประมาณสี่ถึงห้าตัวในเซลล์อสุจิที่โตเต็มที่ และหลายแสนตัวในไข่ที่โตเต็มที่

ไมโตคอนเดรียถูกส่งผ่านพลาสมาของไข่จากแม่เท่านั้น ซึ่งเป็นเหตุผลในการศึกษาสายเลือดของมารดา ปัจจุบันเป็นที่ยอมรับแล้วว่าออร์แกเนลล์ตัวผู้บางตัวถูกนำเข้าสู่พลาสมาของไข่ที่ปฏิสนธิ (ไซโกต) ผ่านสเปิร์มด้วย พวกเขาคงจะได้รับการแก้ไขอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม มีหลายกรณีที่แพทย์สามารถพิสูจน์ได้ว่าไมโตคอนเดรียของเด็กนั้นมาจากสายเลือดบิดา โรคที่เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีนไมโตคอนเดรียนั้นถ่ายทอดมาจากแม่เท่านั้น

น่าสนใจ!คำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ยอดนิยม "โรงไฟฟ้าของเซลล์" ได้รับการประกาศเกียรติคุณในปี 1957 โดย Philip Sikiewitz

แผนภาพโครงสร้างไมโตคอนเดรีย

ให้เราพิจารณาลักษณะโครงสร้างของโครงสร้างที่สำคัญเหล่านี้ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากการรวมกันขององค์ประกอบหลายอย่าง เปลือกของออร์แกเนลล์เหล่านี้ประกอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นใน ในทางกลับกัน ประกอบด้วยชั้นสองของฟอสโฟไลปิดและโปรตีน เปลือกทั้งสองมีคุณสมบัติต่างกัน ระหว่างนั้นมีช่องที่แตกต่างกันห้าช่อง: เยื่อหุ้มชั้นนอก, ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ (ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มทั้งสอง), เยื่อหุ้มชั้นใน, คริสตาและเมทริกซ์ (ช่องว่างภายในเยื่อหุ้มชั้นใน) โดยทั่วไป - โครงสร้างภายในของออร์แกเนลล์ .

ในภาพประกอบในตำราเรียน ไมโตคอนเดรียโดยหลักแล้วจะดูเหมือนออร์แกเนลล์รูปถั่วที่แยกจากกัน จริงเหรอ? ไม่ พวกมันก่อตัว เครือข่ายไมโตคอนเดรียแบบท่อซึ่งสามารถทะลุผ่านและเปลี่ยนหน่วยเซลลูลาร์ทั้งหมดได้ ไมโตคอนเดรียในเซลล์สามารถรวม (โดยการหลอมรวม) และการแบ่งตัวใหม่ (โดยการแบ่งตัว)

บันทึก!ในยีสต์ การหลอมรวมไมโตคอนเดรียประมาณสองครั้งเกิดขึ้นในหนึ่งนาที ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุจำนวนไมโตคอนเดรียในเซลล์ในปัจจุบันได้อย่างแม่นยำ

เยื่อหุ้มชั้นนอก

เปลือกนอกล้อมรอบออร์แกเนลล์ทั้งหมดและมีช่องของโปรตีนเชิงซ้อนที่ช่วยให้เกิดการแลกเปลี่ยนโมเลกุลและไอออนระหว่างไมโตคอนเดรียและไซโตซอล โมเลกุลขนาดใหญ่ ไม่สามารถผ่านเมมเบรนได้.

ชั้นนอกซึ่งทอดยาวไปทั่วทั้งออร์แกเนลล์และไม่พับ มีอัตราส่วนฟอสโฟไลปิดต่อน้ำหนักโปรตีน 1:1 จึงคล้ายกับพลาสมาเมมเบรนยูคาริโอต ประกอบด้วยโปรตีนและพอรินหลายชนิด Porins สร้างช่องทางที่ช่วยให้โมเลกุลแพร่กระจายอย่างอิสระโดยมีมวลมากถึง 5,000 ดาลตันผ่านเมมเบรน โปรตีนที่มีขนาดใหญ่กว่าสามารถบุกรุกได้เมื่อลำดับสัญญาณที่ปลายทาง N จับกับหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของโปรตีนทรานส์ล็อกเซส จากนั้นพวกมันจะเคลื่อนตัวไปตามเปลือกเมมเบรนอย่างแข็งขัน

หากเกิดรอยแตกในเยื่อหุ้มชั้นนอก โปรตีนจากช่องว่างระหว่างเมมเบรนสามารถหลุดออกไปในไซโตโซลได้ อาจทำให้เซลล์ตายได้- เมมเบรนด้านนอกสามารถหลอมรวมกับเยื่อเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม จากนั้นจึงสร้างโครงสร้างที่เรียกว่า MAM (ER ที่เกี่ยวข้องกับไมโตคอนเดรีย) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการส่งสัญญาณระหว่าง ER และไมโตคอนเดรีย ซึ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งด้วย

พื้นที่ระหว่างเมมเบรน

บริเวณที่เป็นช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นใน เนื่องจากโมเลกุลภายนอกช่วยให้โมเลกุลขนาดเล็กสามารถแทรกซึมได้อย่างอิสระ ความเข้มข้นของพวกมัน เช่น ไอออนและน้ำตาล ในพื้นที่ระหว่างเมมเบรนจึงเหมือนกับความเข้มข้นในไซโตโซล อย่างไรก็ตาม โปรตีนขนาดใหญ่จำเป็นต้องมีการถ่ายทอดลำดับสัญญาณที่เฉพาะเจาะจง ดังนั้นองค์ประกอบของโปรตีนจึงแตกต่างกันระหว่างช่องว่างระหว่างเมมเบรนและไซโตซอล ดังนั้นโปรตีนที่ยังคงอยู่ในช่องว่างระหว่างเมมเบรนคือไซโตโครม

เมมเบรนชั้นใน

เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในประกอบด้วยโปรตีนที่มีหน้าที่สี่ประเภท:

• โปรตีน - ทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ
• อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต ซินเทส ซึ่งสร้าง ATP ในเมทริกซ์
• โปรตีนขนส่งจำเพาะที่ควบคุมการผ่านของสารระหว่างเมทริกซ์และไซโตพลาสซึม
• ระบบนำเข้าโปรตีน

โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในมีฟอสโฟไลปิดคู่ คาร์ดิโอลิพิน แทนที่ด้วยกรดไขมันสี่ตัว Cardiolipin มักพบในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียและเยื่อหุ้มพลาสมาของแบคทีเรีย มีอยู่ในร่างกายมนุษย์เป็นส่วนใหญ่ ในบริเวณที่มีกิจกรรมการเผาผลาญสูงหรือมีกิจกรรมที่มีพลังงานสูง เช่น กล้ามเนื้อหัวใจหดตัวในกล้ามเนื้อหัวใจ

ความสนใจ!เยื่อหุ้มชั้นในประกอบด้วยโพลีเปปไทด์ที่แตกต่างกันมากกว่า 150 ชนิด หรือประมาณ 1/8 ของโปรตีนไมโตคอนเดรียทั้งหมด ส่งผลให้ความเข้มข้นของไขมันต่ำกว่าชั้นนอกและความสามารถในการซึมผ่านของไขมันต่ำกว่า

เมื่อแบ่งออกเป็นคริสเตจำนวนมาก พวกมันจะขยายบริเวณด้านนอกของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน และเพิ่มความสามารถในการผลิต ATP

ในไมโตคอนเดรียในตับทั่วไป ตัวอย่างเช่น บริเวณด้านนอก โดยเฉพาะคริสเต มีขนาดประมาณห้าเท่าของพื้นที่เยื่อหุ้มชั้นนอก สถานีพลังงานของเซลล์ที่มีความต้องการ ATP สูงกว่า เช่น เซลล์กล้ามเนื้อมีคริสเตมากขึ้นมากกว่าไมโตคอนเดรียในตับทั่วไป

เปลือกชั้นในล้อมรอบเมทริกซ์ ซึ่งเป็นของเหลวชั้นในของไมโตคอนเดรีย มันสอดคล้องกับไซโตโซลของแบคทีเรียและมี DNA ของไมโตคอนเดรีย เอนไซม์ซิเตรตและไรโบโซมไมโตคอนเดรียของพวกมันเอง ซึ่งแตกต่างจากไรโบโซมในไซโตโซล (แต่จากแบคทีเรียด้วย) พื้นที่ระหว่างเมมเบรนประกอบด้วยเอนไซม์ที่สามารถฟอสโฟรีเลทนิวคลีโอไทด์โดยการบริโภค ATP

ฟังก์ชั่น

• เส้นทางการย่อยสลายที่สำคัญ: วงจรซิเตรต ซึ่งมีการนำไพรูเวตจากไซโตโซลเข้าสู่เมทริกซ์ จากนั้นไพรูเวตจะถูกดีคาร์บอกซิเลตโดยไพรูเวต ดีไฮโดรจีเนส ไปเป็นอะซิติลโคเอ็นไซม์เอ อีกแหล่งหนึ่งของอะซิติลโคเอ็นไซม์เอคือการย่อยสลายกรดไขมัน (β-ออกซิเดชัน) ซึ่งเกิดขึ้นในเซลล์สัตว์ในไมโตคอนเดรีย แต่ในเซลล์พืชเฉพาะในไกลออกซีโซมและเปอร์รอกซิโซม เพื่อจุดประสงค์นี้ อะซิล-โคเอ็นไซม์ A จะถูกถ่ายโอนจากไซโตซอลโดยจับกับคาร์นิทีนผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน และแปลงเป็นอะซิติล-โคเอ็นไซม์ A จากนี้ ค่ารีดิวซ์ส่วนใหญ่ที่เทียบเท่าในวงจรเครบส์ (หรือเรียกอีกอย่างว่าวงจรเครบส์หรือ วงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก) ซึ่งจะถูกแปลงเป็น ATP ในสายออกซิเดชัน
• โซ่ออกซิเดชั่น การไล่ระดับเคมีไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นระหว่างสเปซอินเทอร์เมมเบรนและเมทริกซ์ไมโตคอนเดรีย ซึ่งทำหน้าที่สร้าง ATP โดยใช้ ATP synthase ผ่านกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและการสะสมโปรตอน จะได้อิเล็กตรอนและโปรตอนที่จำเป็นในการสร้างการไล่ระดับสี โดยการย่อยสลายสารอาหารด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน(เช่นกลูโคส) ที่ร่างกายดูดซึมได้ ไกลโคไลซิสเริ่มแรกเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม
• อะพอพโทซิส (การตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้)
• การเก็บแคลเซียม: ไมโตคอนเดรียจะเข้าไปแทรกแซงสภาวะสมดุลของเซลล์ด้วยความสามารถในการดูดซับไอออนแคลเซียมแล้วปล่อยออกมา
• การสังเคราะห์กลุ่มเหล็ก-ซัลเฟอร์จำเป็นต้องใช้เอนไซม์หลายชนิดในห่วงโซ่ทางเดินหายใจ ฟังก์ชันนี้ถือเป็นฟังก์ชันสำคัญของไมโตคอนเดรีย กล่าวคือ นี่คือเหตุผลว่าทำไมเซลล์เกือบทั้งหมดต้องอาศัยสถานีพลังงานเพื่อความอยู่รอด

เมทริกซ์

นี่คือช่องว่างที่รวมอยู่ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน มีโปรตีนประมาณสองในสามของทั้งหมด มีบทบาทสำคัญในการผลิต ATP ผ่านทาง ATP synthase ซึ่งรวมอยู่ในเยื่อหุ้มชั้นใน ประกอบด้วยเอนไซม์หลายร้อยชนิดที่มีความเข้มข้นสูง (ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายกรดไขมันและไพรูเวต), ไรโบโซมที่จำเพาะต่อไมโตคอนเดรีย, Messenger RNA และสำเนา DNA ของจีโนมไมโตคอนเดรียหลายชุด

ออร์แกเนลล์เหล่านี้มีจีโนมของตัวเอง เช่นเดียวกับอุปกรณ์เอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับ ดำเนินการสังเคราะห์โปรตีนด้วยตัวมันเอง.

ไมโตคอนเดรีย ไมโตคอนเดรียคืออะไร พร้อมหน้าที่ของมัน

โครงสร้างและการทำงานของไมโตคอนเดรีย

บทสรุป

ดังนั้นไมโตคอนเดรียจึงถูกเรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานเซลล์ที่ผลิตพลังงานและครองตำแหน่งผู้นำในชีวิตและการอยู่รอดของเซลล์แต่ละเซลล์โดยเฉพาะและสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไป ไมโตคอนเดรียเป็นส่วนสำคัญของเซลล์ที่มีชีวิต รวมถึงเซลล์พืชที่ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างถี่ถ้วน มีไมโตคอนเดรียจำนวนมากในเซลล์ที่ต้องการพลังงานมากขึ้น

ไมโทคอนเดรีย (ไมโตคอนเดรีย- grech, mitos thread + chondrion Grain) - ออร์แกเนลล์มีอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตในสัตว์และพืช M. มีส่วนร่วมในกระบวนการหายใจและออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น ซึ่งผลิตพลังงานที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเซลล์ ซึ่งเป็นตัวแทนของ "สถานีพลังงาน"

คำว่า "ไมโตคอนเดรีย" ถูกเสนอในปี พ.ศ. 2437 โดย S. Benda ในช่วงกลางทศวรรษที่ 30 ศตวรรษที่ 20 เป็นไปได้ที่จะแยก M. ออกจากเซลล์ตับเป็นครั้งแรกซึ่งทำให้สามารถศึกษาโครงสร้างเหล่านี้โดยใช้วิธีทางชีวเคมีได้ ในปี 1948 G. Hogeboom ได้รับหลักฐานที่แน่ชัดว่า M. เป็นศูนย์กลางของการหายใจระดับเซลล์จริงๆ ความก้าวหน้าที่สำคัญในการศึกษาออร์แกเนลเหล่านี้เกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 60-70 เกี่ยวข้องกับการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและวิธีอณูชีววิทยา

รูปร่างของ M. มีตั้งแต่เกือบกลมไปจนถึงยาวมากคล้ายเกลียว (รูปที่ 1) มีขนาดตั้งแต่ 0.1 ถึง 7 ไมครอน ปริมาณเอ็มในเซลล์ขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อและสถานะการทำงานของร่างกาย ดังนั้นในตัวอสุจิจำนวน M. จึงน้อย - ประมาณ 20 (ต่อเซลล์) ในเซลล์เยื่อบุผิวของท่อไตของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมแต่ละเซลล์มีมากถึง 300 เซลล์ และในอะมีบายักษ์ (เคออสเคออส) พบไมโตคอนเดรีย 500,000 เซลล์ในเซลล์ตับหนูหนึ่งเซลล์ อย่างไรก็ตาม 3,000 M. ในช่วงที่สัตว์อดอยากจำนวน M. สามารถลดลงเหลือ 700 โดยปกติ M. จะกระจายในไซโตพลาสซึมค่อนข้างเท่ากัน แต่ในเซลล์ของเนื้อเยื่อบางชนิด M. สามารถแปลเป็นภาษาท้องถิ่นได้ตลอดเวลา ที่ต้องการพลังงานเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น ในกล้ามเนื้อโครงร่าง M. มักจะสัมผัสกับบริเวณที่หดตัวของไมโอไฟบริล ทำให้เกิดโครงสร้างสามมิติปกติ ในตัวอสุจิ ตัวอสุจิจะสร้างเปลือกเกลียวรอบๆ เส้นใยตามแนวแกนของหาง ซึ่งอาจเนื่องมาจากความสามารถในการใช้พลังงาน ATP ที่สังเคราะห์ในตัวอสุจิเพื่อการเคลื่อนไหวของหาง ในแอกซอน M. มีความเข้มข้นใกล้กับปลายซินแนปติกซึ่งกระบวนการส่งกระแสประสาทเกิดขึ้นพร้อมกับการใช้พลังงาน ในเซลล์เยื่อบุผิวของท่อไต M. มีความเกี่ยวข้องกับการยื่นออกมาของเยื่อหุ้มเซลล์ฐาน สิ่งนี้มีสาเหตุมาจากความต้องการการจัดหาพลังงานที่คงที่และเข้มข้นให้กับกระบวนการถ่ายโอนน้ำและสารที่ละลายอยู่ในนั้นซึ่งเกิดขึ้นในไต

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนพบว่า M. มีเยื่อหุ้มสองอัน - ด้านนอกและด้านใน ความหนาของเมมเบรนแต่ละอันมีค่าประมาณ 6 นาโนเมตร ระยะห่างระหว่างพวกมันคือ 6-8 นาโนเมตร เมมเบรนด้านนอกเรียบ ส่วนด้านในทำให้เกิดการฉายภาพที่ซับซ้อน (คริสเต) ที่ยื่นเข้าไปในโพรงของไมโตคอนเดรีย (รูปที่ 2) พื้นที่ภายในของ M. เรียกว่าเมทริกซ์ เมมเบรนเป็นฟิล์มของโมเลกุลโปรตีนและไขมันที่อัดแน่นในขณะที่เมทริกซ์นั้นคล้ายกับเจลและมีโปรตีนที่ละลายน้ำได้ ฟอสเฟต และสารเคมีอื่น ๆ การเชื่อมต่อ โดยปกติแล้วเมทริกซ์จะมีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกันเฉพาะในบางกรณีเท่านั้นที่สามารถพบเกลียวหลอดและแกรนูลบาง ๆ ที่มีแคลเซียมและแมกนีเซียมไอออนอยู่ได้

จากคุณสมบัติโครงสร้างของเมมเบรนด้านในจำเป็นต้องสังเกตว่ามีอนุภาคทรงกลมอยู่ในนั้นประมาณ มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8-10 นาโนเมตร นั่งอยู่บนก้านสั้นและบางครั้งก็ยื่นเข้าไปในเมทริกซ์ อนุภาคเหล่านี้ถูกค้นพบในปี 1962 โดย H. Fernandez-Moran ประกอบด้วยโปรตีนที่มีฤทธิ์ ATPase ซึ่งกำหนดให้เป็น F1 โปรตีนเกาะติดกับเยื่อหุ้มชั้นในเฉพาะด้านที่หันเข้าหาเมทริกซ์เท่านั้น อนุภาค F1 ตั้งอยู่ห่างจากกัน 10 นาโนเมตร และแต่ละ M มีอนุภาคดังกล่าว 10 4 -10 5

เยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อหุ้มภายในของ M. มีเอนไซม์ทางเดินหายใจเป็นส่วนใหญ่ (ดู) เอนไซม์ทางเดินหายใจถูกจัดเป็นชุดเล็ก ๆ กระจายเป็นระยะ ๆ ใน M. cristae ที่ระยะห่าง 20 นาโนเมตรจากกัน

M. ของเซลล์สัตว์และพืชเกือบทุกชนิดถูกสร้างขึ้นตามหลักการเดียว แต่อาจมีการเบี่ยงเบนในรายละเอียดได้ ดังนั้น คริสเตสามารถตั้งอยู่ได้ไม่เพียงแต่ข้ามแกนยาวของออร์แกเนลล์เท่านั้น แต่ยังตั้งอยู่ตามยาวด้วย เช่น ใน M. ของโซนไซแนปติกของแอกซอน ในบางกรณีคริสเตสามารถแตกแขนงได้ ในจุลินทรีย์ของโปรโตซัว แมลงบางชนิด และในเซลล์ของโซนาโกลเมอรูโลซาของต่อมหมวกไต คริสเตจะมีรูปร่างเป็นท่อ จำนวนคริสเตจะแตกต่างกันไป ดังนั้นใน M. มีเซลล์ตับและเซลล์สืบพันธุ์ของคริสเตน้อยมากและพวกมันสั้นในขณะที่เมทริกซ์มีมากมาย ในเซลล์กล้ามเนื้อ M. cristae มีจำนวนมาก แต่เมทริกซ์มีขนาดเล็ก มีความเห็นว่าจำนวนของคริสเตมีความสัมพันธ์กับกิจกรรมออกซิเดชันของ M

ในเยื่อหุ้มชั้นในของ M. มีการดำเนินการสามกระบวนการแบบขนาน: ออกซิเดชันของสารตั้งต้นของวงจร Krebs (ดูวงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก) การถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการนี้ และการสะสมพลังงานผ่านการก่อตัวของพลังงานสูง พันธะของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ดูกรดฟอสฟอริกของอะดีโนซีน) หน้าที่หลักของ M. คือการควบคู่ของการสังเคราะห์ ATP (จาก ADP และฟอสฟอรัสอนินทรีย์) และกระบวนการออกซิเดชันแบบแอโรบิก (ดูการออกซิเดชันทางชีวภาพ) พลังงานที่สะสมในโมเลกุล ATP สามารถเปลี่ยนเป็นกลไก (ในกล้ามเนื้อ) ไฟฟ้า (ระบบประสาท) ออสโมติก (ไต) ฯลฯ กระบวนการหายใจแบบใช้ออกซิเจน (ดูออกซิเดชันทางชีวภาพ) และฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชันที่เกี่ยวข้อง (ดู) เป็นหลัก หน้าที่ของเอ็ม นอกจากนี้ การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมัน ฟอสโฟลิพิด และสารประกอบอื่นๆ บางอย่างอาจเกิดขึ้นได้ที่เยื่อหุ้มชั้นนอกของเอ็ม

ในปี 1963 Nass and Nass (M. Nass, S. Nass) ยอมรับว่า M. มี DNA (ตั้งแต่หนึ่งโมเลกุลขึ้นไป) DNA ของไมโตคอนเดรียทั้งหมดจากเซลล์สัตว์ที่ศึกษาจนถึงตอนนี้ประกอบด้วยวงแหวนเส้นผ่านศูนย์กลางปิดด้วยโควาเลนต์ ตกลง. 5 นาโนเมตร ในพืช DNA ของไมโตคอนเดรียนั้นยาวกว่ามากและไม่ได้มีรูปร่างเป็นวงแหวนเสมอไป DNA ของไมโตคอนเดรียแตกต่างจาก DNA นิวเคลียร์หลายประการ การจำลองดีเอ็นเอเกิดขึ้นโดยใช้กลไกปกติ แต่ไม่ตรงกับเวลาที่มีการจำลองดีเอ็นเอนิวเคลียร์ เห็นได้ชัดว่าปริมาณข้อมูลทางพันธุกรรมที่มีอยู่ในโมเลกุล DNA ของไมโตคอนเดรียไม่เพียงพอที่จะเข้ารหัสโปรตีนและเอนไซม์ทั้งหมดที่มีอยู่ในยีน M. ไมโตคอนเดรียเข้ารหัสโปรตีนเมมเบรนโครงสร้างส่วนใหญ่และโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างสัณฐานวิทยาของไมโตคอนเดรีย M. มี RNA และ synthetases ในการขนส่งของตัวเองและมีส่วนประกอบทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ไรโบโซมของพวกมันมีขนาดเล็กกว่าไซโตพลาสซึมและคล้ายกับไรโบโซมของแบคทีเรียมากกว่า

อายุขัยของ M. ค่อนข้างสั้น ดังนั้นเวลาในการต่ออายุครึ่งหนึ่งของปริมาณ M คือ 9.6-10.2 วันสำหรับตับและ 12.4 วันสำหรับไต ตามกฎแล้วการเติมเต็มของประชากร M. เกิดขึ้นจาก M. ที่มีอยู่ก่อน (มารดา) โดยการแบ่งหรือแตกหน่อ

มีข้อแนะนำมานานแล้วว่าในกระบวนการวิวัฒนาการ แบคทีเรียอาจเกิดขึ้นจากเอนโดซิมไบโอซิสของเซลล์นิวเคลียสดึกดำบรรพ์ที่มีสิ่งมีชีวิตคล้ายแบคทีเรีย มีหลักฐานจำนวนมากสำหรับสิ่งนี้: การมีอยู่ของ DNA ของตัวเองซึ่งคล้ายกับ DNA ของแบคทีเรียมากกว่า DNA ของนิวเคลียสของเซลล์ การปรากฏตัวของไรโบโซมใน M.; การสังเคราะห์ RNA ที่ขึ้นกับ DNA; ความไวของโปรตีนไมโตคอนเดรียต่อยาต้านแบคทีเรียคลอแรมเฟนิคอล ความคล้ายคลึงกับแบคทีเรียในการใช้งานระบบทางเดินหายใจ morphol. ชีวเคมี และฟิออล ความแตกต่างระหว่างเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอก ตามทฤษฎีทางชีวภาพ เซลล์เจ้าบ้านถือเป็นสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งมีแหล่งพลังงานคือไกลโคไลซิส (เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม) ใน "ซิมเบียนท์" วงจรเครบส์และห่วงโซ่การหายใจเกิดขึ้นจริง สามารถหายใจและออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นได้ (ดู)

M. เป็นออร์แกเนลล์ในเซลล์ที่มีความคล่องตัวสูงซึ่งตอบสนองเร็วกว่าสิ่งอื่นต่อการเกิดโรคหรือสภาวะต่างๆ การเปลี่ยนแปลงจำนวนจุลินทรีย์ในเซลล์ (หรือในจำนวนประชากร) หรือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการอดอาหารหรือสัมผัสกับรังสีไอออไนซ์ จำนวนของ M จะลดลง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างมักประกอบด้วยการบวมของออร์แกเนลล์ทั้งหมด การล้างเมทริกซ์ การทำลายของคริสเต และการหยุดชะงักของความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มชั้นนอก

อาการบวมจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของปริมาตรของกล้ามเนื้อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดจะทำให้ปริมาตรของกล้ามเนื้อเพิ่มขึ้น 10 เท่าหรือมากกว่านั้น อาการบวมมีสองประเภท: ในกรณีหนึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันออสโมติกภายในเซลล์ ในกรณีอื่น ๆ ที่มีการเปลี่ยนแปลงในการหายใจของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของเอนไซม์และความผิดปกติในการทำงานหลักที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเผาผลาญของน้ำ นอกจากอาการบวมแล้วอาจเกิดภาวะแวคิวโอไลเซชั่นของเอ็มได้

โดยไม่คำนึงถึงสาเหตุที่ทำให้เกิด patol สภาพ (ภาวะขาดออกซิเจน, การทำงานมากเกินไป, ความมึนเมา) การเปลี่ยนแปลงของ M. ค่อนข้างเป็นแบบแผนและไม่เฉพาะเจาะจง

มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและหน้าที่ของ M. ซึ่งเห็นได้ชัดว่าเป็นสาเหตุของโรค ในปี 1962 อาร์ ลัฟท์ บรรยายถึงกรณีของ “โรคไมโตคอนเดรีย” ผู้ป่วยที่มีอัตราการเผาผลาญเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (โดยมีการทำงานของต่อมไทรอยด์เป็นปกติ) เข้ารับการเจาะกล้ามเนื้อโครงร่างและพบว่ามีหมายเลข M เพิ่มขึ้นรวมถึงการรบกวนโครงสร้างของคริสเต ไมโตคอนเดรียที่มีข้อบกพร่องในเซลล์ตับยังพบได้ในกรณีของ thyrotoxicosis รุนแรง เจ. วิโนกราด และคณะ (พ.ศ. 2480 ถึง 2512) พบว่าในผู้ป่วยมะเร็งเม็ดเลือดขาวบางรูปแบบ DNA ของไมโตคอนเดรียจากเซลล์เม็ดเลือดขาวแตกต่างจากปกติอย่างเห็นได้ชัด เป็นวงแหวนเปิดหรือกลุ่มวงแหวนที่เชื่อมต่อกัน ความถี่ของรูปแบบที่ผิดปกติเหล่านี้ลดลงอันเป็นผลมาจากเคมีบำบัด

บรรณานุกรม: Gause G. G. Mitochondrial DNA, M. , 1977, บรรณานุกรม; D e P o-bertis E., Novinsky V. และ S a e s F. ชีววิทยาของเซลล์, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ ม. 2516; Ozernyuk N.D. การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของไมโตคอนเดรีย, M. , 1978, บรรณานุกรม; Polikar A. และ Bessi M. องค์ประกอบของพยาธิวิทยาของเซลล์, ทรานส์. จากภาษาฝรั่งเศส ม. 2513; รูดินดี. และ Wilkie D. Biogenesis ของไมโตคอนเดรีย, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ, M., 1970, บรรณานุกรม; Serov V.V. และ Paukov V.S. พยาธิวิทยาโครงสร้างพิเศษ, M. , 1975; S e d er R. ยีนและออร์แกเนลล์ของไซโตพลาสซึม, ทรานส์. จากภาษาอังกฤษ ม. 2518

ที.เอ. ซาเลตาเยวา.

การจัดองค์กรภายในของเซลล์สัตว์และพืชสามารถเปรียบได้กับชุมชนที่ทุกคนเท่าเทียมกันและทุกคนมีบทบาทที่เจาะจงเป็นหนึ่งเดียว ทำให้เกิดวงดนตรีที่สมดุล และมีเพียงโครงสร้างเดียวเท่านั้นคือไมโตคอนเดรียที่สามารถอวดฟังก์ชันภายในเซลล์ได้หลายหลากซึ่งกำหนดเอกลักษณ์และการแยกตัวของมัน โดยมีขอบเขตอยู่บนความพอเพียงบางประการ

โครงสร้างนี้ถูกค้นพบในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 และเป็นเวลา 150 ปีที่เกือบทุกคนเชื่อว่าหน้าที่เดียวของมันคือการเป็นกลไกพลังงานของเซลล์ โดยคร่าวแล้ว ร่างกายจะได้รับสารอาหาร ซึ่งหลังจากการย่อยสลายในระดับหนึ่งจะไปถึงไมโตคอนเดรีย จากนั้นจึงเกิดการสลายตัวของสารอาหารแบบออกซิเดชัน ควบคู่ไปกับการกักเก็บพลังงานในรูปของพันธะฟอสฟอรัสที่อุดมด้วยพลังงานในโมเลกุล ATP ร่างกายใช้พลังงาน ATP ทุกที่ โดยไปใช้กับการนำสัญญาณประสาท การหดตัวของกล้ามเนื้อ การสร้างความร้อน การสังเคราะห์ส่วนประกอบของเซลล์ที่จำเป็น การทำลายสารที่ไม่จำเป็น เป็นต้น ATP ถูกสร้างขึ้นในร่างกายมนุษย์ต่อวัน โดยมีน้ำหนักเท่ากับ น้ำหนักของบุคคลนั้นเอง และสาเหตุหลักมาจากไมโตคอนเดรีย ยังคงมีการถกเถียงกันว่ามีเซลล์ยูคาริโอต (นิวเคลียส) ที่ไม่มีไมโตคอนเดรียอยู่หรือไม่ แม้ว่าจะไม่มีหลักฐานที่พิสูจน์ได้ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่เชื่อกันว่าไม่มีเซลล์นิวเคลียร์ที่ไม่มีไมโตคอนเดรีย

ยังคงมีการถกเถียงกันว่ามีเซลล์ยูคาริโอต (นิวเคลียส) ที่ไม่มีไมโตคอนเดรียอยู่หรือไม่ แม้ว่าจะไม่มีหลักฐานที่พิสูจน์ได้ชัดเจนเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่เชื่อกันว่าไม่มีเซลล์นิวเคลียร์ที่ไม่มีไมโตคอนเดรีย

สมมุติฐานของฟังก์ชันพลังงานที่โดดเด่นของไมโตคอนเดรียในเซลล์ยังคงเหลืออยู่ในเงามืดของทฤษฎีที่เสนอมายาวนานและสนับสนุนในระดับสากลเกี่ยวกับต้นกำเนิดของแบคทีเรียของไมโตคอนเดรีย ในการตีความง่ายๆ ดูเหมือนว่านี้: ประมาณ 600 ล้านปีก่อนในห้องที่เรียกว่า เฮเทอโรโทรฟ คือ แบคทีเรียที่สามารถใช้ออกซิเจนได้ มีมุมมองว่าการปรากฏตัวของแบคทีเรียชนิดใหม่ภายในเซลล์นั้นเกิดจากการเพิ่มออกซิเจนในชั้นบรรยากาศโลกอย่างต่อเนื่องซึ่งเริ่มไหลจากมหาสมุทรโลกสู่ชั้นบรรยากาศเมื่อประมาณ 2.4 พันล้านปีก่อน ความสามารถในการออกซิเดชั่นสูงของออกซิเจนเป็นอันตรายต่อองค์ประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ภายในเซลล์ และดูเหมือนว่าแบคทีเรียจะทำลายออกซิเจนเมื่อมีไฮโดรเจนไอออนก่อตัวเป็นน้ำ ดังนั้นปริมาณออกซิเจนภายในเซลล์จึงลดลง และโอกาสที่จะเกิดออกซิเดชันที่ไม่พึงประสงค์ของส่วนประกอบของเซลล์ก็ลดลง ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ต่อเซลล์

การเข้ามาของแบคทีเรียในช่องภายในเซลล์ยังช่วยป้องกันศัตรูภายนอก (และศัตรูหลักของแบคทีเรียคือไวรัสนั่นคือฟาจ) ในเวลาเดียวกัน ได้รับอนุญาตให้ปล่อยสารป้องกันการส่งสัญญาณออกสู่ปริมาตรภายในเซลล์ที่จำกัด เมื่อแบคทีเรียมีอยู่ใน "มหาสมุทร" การปล่อยสารส่งสัญญาณดังกล่าวนั้นไม่มีเหตุผล - พวกมันจะถูกทำให้เจือจางทันที ชีวิตของแบคทีเรียในเซลล์ในช่องนี้ให้ข้อได้เปรียบบางประการ กล่าวคือ แบคทีเรียผลิตพลังงานและจัดระเบียบโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งจะปล่อย ATP ที่สังเคราะห์แล้วออกสู่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ซึ่งเซลล์ใช้ เป็นผลให้ดูเหมือนว่าจะมีความสมดุล: เซลล์ให้สารตั้งต้นของสารอาหารไมโตคอนเดรีย ไมโตคอนเดรียให้พลังงานแก่เซลล์ ซึ่งเสริมสร้างทฤษฎีความสัมพันธ์ทางชีวภาพระหว่างแบคทีเรีย (พวกมันกลายเป็นไมโตคอนเดรียไปแล้ว) กับส่วนที่เหลือของเซลล์ ข้อโต้แย้งหลักที่สนับสนุนต้นกำเนิดของแบคทีเรียของไมโตคอนเดรียคือความคล้ายคลึงกันอย่างมากในองค์ประกอบทางเคมีของแบคทีเรียและไมโตคอนเดรีย และความคล้ายคลึงกันขององค์ประกอบของพลังงานชีวภาพ หนึ่งในผู้ก่อตั้งทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติกเกี่ยวกับต้นกำเนิดของไมโตคอนเดรียถือได้ว่าเป็นนักพฤกษศาสตร์ชาวรัสเซีย Konstantin Merezhkovsky ซึ่งในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20 แนะนำว่าคลอโรพลาสต์ (โครงสร้างของเซลล์พืชที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ด้วยแสง) นั้นเป็นแบคทีเรีย ต้นทาง. ต่อมามีการสันนิษฐานที่คล้ายกันสำหรับไมโตคอนเดรีย

ข้อโต้แย้งหลักที่สนับสนุนต้นกำเนิดของแบคทีเรียของไมโตคอนเดรียคือความคล้ายคลึงกันอย่างมากในองค์ประกอบทางเคมีของแบคทีเรียและไมโตคอนเดรีย และความคล้ายคลึงกันขององค์ประกอบพลังงานชีวภาพ

จากที่กล่าวมาข้างต้น เป็นที่ชัดเจนว่าแนวคิดเรื่องการทำงานร่วมกันและพฤติกรรม "เห็นแก่ตัว" ของไมโตคอนเดรียค่อนข้างคลุมเครือ และภาพอุดมคติของ symbiosis ก็ถูก "บดบัง" ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 โดยการค้นพบว่าไมโตคอนเดรียโดยการปล่อยโมเลกุลส่งสัญญาณที่ออกคำสั่งให้ทำลายเซลล์มีหน้าที่รับผิดชอบต่อการตายของเซลล์ นั่นคือทุกอย่างดูเหมือนจะเป็นไปตามสุภาษิตที่ว่า "ไม่ว่าคุณจะเลี้ยงหมาป่ามากแค่ไหนก็ตาม..." อย่างไรก็ตาม เราต้องดูสถานการณ์จากอีกด้านหนึ่งด้วย ร่างกายต้องการการตายของเซลล์หรือไม่? ใช่ แต่ไม่ใช่สำหรับทุกเซลล์ นี่เป็นกระบวนการบังคับสำหรับเซลล์ที่มีการแบ่งตัวอย่างต่อเนื่อง - มิฉะนั้นจะมีการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อซึ่งอาจไม่เป็นที่พึงปรารถนา นี่เป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันและรักษาการก่อตัวของเนื้องอกต่างๆ แต่สำหรับเซลล์เหล่านั้นที่แบ่งตัวได้ไม่ดีนัก เช่น เซลล์ประสาทหรือคาร์ดิโอไมโอไซต์ ความตายไม่มีประโยชน์ หากเรามองปัญหานี้จากมุมมองของไมโตคอนเดรียเอง ดูเหมือนว่าเกือบจะเป็นการขู่กรรโชกอย่างเปิดเผย ไม่ว่าคุณจะให้ทุกสิ่งที่ฉันต้องการแก่ฉัน ไม่เช่นนั้นฉันจะฆ่าคุณ จากตำแหน่งของสิ่งมีชีวิต ทุกอย่างจะดีเมื่อไมโตคอนเดรียฆ่าเซลล์ผิด และจะแย่ถ้ามันฆ่าเซลล์ที่ดีและจำเป็น

เหตุผลข้างต้นเป็นความขัดแย้งที่ชัดเจนระหว่างกลยุทธ์เชิงวิวัฒนาการและตรรกะของมนุษย์ ซึ่งพยายามประเมินสถานการณ์จากตำแหน่งของวัตถุที่สิ่งมีชีวิตสามารถเปลี่ยนจากมิตรเป็นศัตรูได้ ความขัดแย้งนี้ไม่ได้ขัดขวางนักวิจัยจากการเข้าใจว่าไมโตคอนเดรียแม้จะ "จดจำ" ว่าเป็นแบคทีเรีย แต่ก็มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างแข็งขันในการทำงานของเซลล์ บทบาทที่สำคัญของไมโตคอนเดรียอธิบายถึงความจำเป็นในการให้สิทธิพิเศษแก่พวกเขา ภายใต้เงื่อนไขบางประการ พวกมันจะกลายเป็นแหล่งที่มาของโรคที่สืบทอดหรือได้มา โดยเฉพาะโรคที่ได้รับการรักษาด้วยยาไมโตคอนเดรีย มีโรคดังกล่าวมากกว่าร้อยโรค - ร้ายแรงมากและแทบจะรักษาไม่ได้ นอกจากนี้ ยังมีโรคอีกมากมายที่อาจเกิดจากการทำงานของไมโตคอนเดรียที่ไม่เหมาะสม มีทฤษฎีเกี่ยวกับต้นกำเนิดของมะเร็งในไมโตคอนเดรีย โรคพาร์กินสัน โรคอัลไซเมอร์ และอื่นๆ พร้อมการยืนยันทางวิทยาศาสตร์ที่คุ้มค่ามาก

มีโรคมากมายที่เชื่อกันว่าเกิดจากการทำงานของไมโตคอนเดรียที่ไม่เหมาะสม

ในปัจจุบัน เป็นที่แน่ชัดว่าโรคส่วนใหญ่มักมาพร้อมกับความผิดปกติของเครื่องควบคุมคุณภาพไมโตคอนเดรียในเซลล์ ซึ่งเป็น OTC ชนิดหนึ่งที่ปฏิเสธไมโตคอนเดรียที่ไม่ดีและส่งไปยังการย่อยอาหารในเซลล์ (ไมโทฟาจี) ความล้มเหลวเกิดขึ้นเมื่อร่างกายมีอายุมากขึ้น และ OTC พลาดไมโตคอนเดรียที่ไม่ถูกต้อง เป็นผลให้ไมโตคอนเดรียที่ดีและไม่ดีเริ่มอยู่ร่วมกันในเซลล์ เมื่อส่วนแบ่งของสิ่งที่ไม่ดีเกินเกณฑ์ที่กำหนดสิ่งที่เรียกว่า “อาการทางฟีโนไทป์” ของโรคที่จนบัดนี้ยังมองไม่เห็นและแฝงอยู่ในธรรมชาติ

สามารถสรุปได้สองประการ ประการแรก เซลล์นิวเคลียร์ไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากไม่มีไมโตคอนเดรีย ประการที่สอง เพื่อปกป้องเซลล์จากความเสียหาย (ไม่ว่าจะเกิดจากอะไร: เคมี ฟิสิกส์ หรือเพียงแค่เวลา) จำเป็นต้อง "ตกลง" กับไมโตคอนเดรีย กล่าวคือ เพื่อให้พวกมันมีชีวิตที่ "คู่ควร" ซึ่งหมายความว่าไม่เพียงแต่ให้อาหารกิจกรรมอย่างต่อเนื่องโดยการส่งสารอาหารและออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังจัดให้มีประกันสุขภาพประเภทหนึ่งด้วย ซึ่งหากจำเป็น จะช่วยให้แน่ใจว่าโครงสร้างและหน้าที่ของพวกมันกลับคืนมา และ/หรือการกำจัดชิ้นส่วนที่เสียหายอย่างถูกต้อง ไมโตคอนเดรีย ความล้มเหลวในการใช้โครงสร้างไมโตคอนเดรียที่เสียหายสามารถนำไปสู่ ​​"การติดเชื้อ" ของโครงสร้างที่แข็งแรง ซึ่งจะนำไปสู่โรคอย่างแน่นอน

ในปัจจุบัน การปลูกถ่ายอวัยวะได้กลายเป็นขั้นตอนปกติไปแล้ว แม้จะยังซับซ้อนและมีราคาแพงก็ตาม การบำบัดด้วยเซลล์ซึ่งก็คือการปลูกถ่ายสเต็มเซลล์ก็กำลังได้รับการพัฒนาเช่นกัน แต่ความเป็นไปได้ในการปลูกถ่ายไมโตคอนเดรียที่มีสุขภาพดีนั้นเพิ่งเริ่มมีการพูดคุยกัน มีปัญหามากมาย แต่บทบาทสำคัญของไมโตคอนเดรียในชีวิตของเซลล์ก็คุ้มค่าที่จะแก้ไข บ่อยครั้งก็เพียงพอที่จะรักษาไมโตคอนเดรียและเซลล์ก็จะหายขาด เมื่อเร็ว ๆ นี้เพื่อรักษาผลที่ตามมาจากโรคหลอดเลือดสมองพบว่าเพียงพอที่จะทำให้ไมโตคอนเดรียในไตทำงานได้อย่างเหมาะสม นั่นคือมี "การสนทนา" (ในภาษาอังกฤษฟังดูเป็นวิทยาศาสตร์มากกว่า - ข้ามพูดคุย) ระหว่างอวัยวะต่างๆ และไตที่มีไมโตคอนเดรียช่วยฟื้นฟูสมอง

มีปัญหามากมาย แต่บทบาทสำคัญของไมโตคอนเดรียในชีวิตของเซลล์ก็คุ้มค่าที่จะแก้ไข บ่อยครั้งก็เพียงพอที่จะรักษาไมโตคอนเดรียและเซลล์ก็จะหายขาด

คงต้องรอดูกันต่อไปว่าอวัยวะต่างๆ "สื่อสาร" เป็นภาษาอะไร ในตอนนี้ จะใช้ภาษาเคมีในการสื่อสาร ไตที่ดีและมีสุขภาพดีพร้อมกับไมโตคอนเดรียที่มีสุขภาพดีจะสร้างและส่งอีริโธรโพอิตินเข้าสู่กระแสเลือด (แบบเดียวกับที่นักกีฬาชื่นชอบและไม่เพียงกระตุ้นการผลิตเซลล์เม็ดเลือดแดงเท่านั้น แต่ยังช่วยกระตุ้นการเผาผลาญทั่วไปซึ่งเพิ่มความอดทน) Erythropoietin มีคุณสมบัติในการป้องกันระบบประสาทที่แข็งแกร่ง เมื่อไตได้รับความเสียหาย เช่น จากการใช้ยาปฏิชีวนะมากเกินไป (ยาปฏิชีวนะยังฆ่าไมโตคอนเดรียด้วย เพราะพวกมันคือแบคทีเรียในอดีต) และผลที่ตามมาของโรคหลอดเลือดสมองก็จะรุนแรงมากขึ้น ดังนั้นบนพื้นฐานของการค้นพบขั้นพื้นฐานจึงเริ่มเห็นกลยุทธ์ในการรักษาโรค

ตัวอย่างเช่น ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือด (sepsis) ซึ่งเป็นการติดเชื้อแบคทีเรียซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญประการหนึ่งของการเสียชีวิตของมนุษย์ ตอนนี้มันเป็นไปได้แล้ว - แม้ว่าตอนนี้จะกระซิบ - ที่จะพูดถึง "การติดเชื้อในไมโตคอนเดรีย" เมื่อส่วนประกอบของไมโตคอนเดรียเข้าสู่กระแสเลือด สิ่งนี้มีอันตรายไม่น้อยไปกว่าการติดเชื้อจากแบคทีเรีย เนื่องจากจะนำไปสู่การกระตุ้นการตอบสนองของภูมิคุ้มกันมากเกินไป (หรือที่เรียกว่าโรคระบบอักเสบหรือ SIRS) และอาจถึงขั้นเสียชีวิตของร่างกายได้

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ศัตรูตามธรรมชาติของแบคทีเรียคือไวรัส สิ่งนี้ก็เป็นจริงสำหรับไมโตคอนเดรียเช่นกัน ระบบป้องกันไวรัสจากแบคทีเรีย CRISPR ( การจัดกลุ่มซ้ำแบบ Palindromic สั้นสลับเป็นระยะอย่างสม่ำเสมอ) ซึ่งมีสัญญาณทั้งหมดของระบบภูมิคุ้มกันที่มีการจัดระเบียบเบื้องต้น ทำให้ฉันสงสัยว่าไมโตคอนเดรียมีระบบภูมิคุ้มกันหรือไม่? ในแบคทีเรีย ระบบภูมิคุ้มกันมีโครงสร้างดังนี้: ในจีโนมของแบคทีเรีย (โครงสร้างคล้ายกับจีโนมไมโตคอนเดรียมาก) มีห้องสมุดบางประเภทหรือฐานข้อมูลต้านไวรัส - ชิ้นส่วนของยีนของไวรัสเหล่านั้นที่แบคทีเรียนี้เคยพบมา เมื่ออ่านข้อมูลจากพื้นที่เหล่านี้ สิ่งที่เรียกว่า RNA ขนาดเล็กจะถูกสังเคราะห์ขึ้น RNA เหล่านี้จับกับกรดนิวคลีอิกของไวรัสที่เข้าไปในแบคทีเรีย จากนั้นสารเชิงซ้อนนี้จะถูกแยกออกโดยเอนไซม์ในแบคทีเรียเพื่อต่อต้านไวรัส ไม่พบโครงสร้างดังกล่าวในรูปแบบบริสุทธิ์ในจีโนมไมโตคอนเดรีย ยกเว้นกรณีเดียวที่อธิบายไว้ในช่วงเริ่มต้นของการวิจัยเกี่ยวกับระบบ CRISPR อย่างไรก็ตาม เราพบกรณีที่แยกได้ของการรวมลำดับของไวรัสในจีโนมไมโตคอนเดรีย (ไวรัสตับอักเสบบีและไวรัสไข้หวัดใหญ่) แม้ว่าจะค่อนข้างยากที่จะพูดถึงระบบก็ตาม ในทางกลับกัน เราพบโครงสร้างที่แตกต่างกันจำนวนมากที่สุดในจีโนมในไมโตคอนเดรียของพืช ซึ่งมีจีโนมใหญ่กว่าจีโนมไมโตคอนเดรียของสัตว์หลายเท่า สิ่งนี้น่าสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากพืชโดยทั่วไปต้องพึ่งพาการรบกวนการป้องกันไวรัสด้วย RNA มากกว่าสัตว์ เนื่องจากพวกมันไม่มีเซลล์ภูมิคุ้มกันจำเพาะที่เคลื่อนไหวอย่างอิสระทั่วร่างกายในกระแสเลือด นอกจากนี้อย่าลืมว่าไมโตคอนเดรียมอบหมายส่วนสำคัญของการทำงานของเซลล์รวมถึงการถ่ายโอนส่วนหนึ่งของสารพันธุกรรมไปยังนิวเคลียสของเซลล์ ปล่อยให้ตัวเองเป็นเพียง "ความสนใจในการควบคุม" เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถควบคุมการทำงานหลักได้ ค่อนข้างเป็นไปได้ที่ห้องสมุดเซลล์ที่คล้ายกันถูกถ่ายโอนไปยังนิวเคลียสด้วย - เป็นที่ทราบกันว่าปรากฏการณ์การถ่ายโอน RNA ขนาดเล็กจากไซโตพลาสซึมไปยังไมโตคอนเดรีย ซึ่งหมายความว่าอาจมี RNA ภูมิคุ้มกันอยู่ด้วย ในทางกลับกัน เป็นไปได้ที่ไมโตคอนเดรียจะถ่ายโอนฟังก์ชันการป้องกันไปยังเซลล์โดยสมบูรณ์ โดยมีเนื้อหาที่มีโอกาสฆ่าเซลล์ที่ปกป้องเซลล์ได้ไม่ดีนัก

การยอมรับวิทยานิพนธ์เรื่อง "ไมโตคอนเดรียจำไว้ว่าพวกมันคือแบคทีเรีย" เราสามารถเปลี่ยนแปลงกลยุทธ์ของการคิดทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานและกิจกรรมทางการแพทย์เชิงปฏิบัติได้มากมาย ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับไมโตคอนเดรีย และด้วยจำนวนหน้าที่ของไมโตคอนเดรียในเซลล์ ไมโตคอนเดรียจึงเป็นปัญหาสำคัญทางชีวการแพทย์ทั้งหมด ตั้งแต่มะเร็งไปจนถึงโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาท