ミトコンドリアは、真核細胞に見られるオルガネラです。それらの主な機能は、好気呼吸によって ATP を生成することです。ミトコンドリアは独自の DNA を持っており、原始真核生物を占めていた好気性細菌に由来すると考えられています。
扇風機や照明のスイッチを入れるとき、これらの電化製品のエネルギーがどこから来ているのかを考えるのは自然なことです。答えは簡単に思い浮かびます。それは私たちの市や州にある発電所です。同じように、ウェイトを持ち上げたり走ったりするとき、そのエネルギーがどこから来るか知っていますか?現在、中央集権的な電力源を持つ都市とは異なり、私たちの個々の体細胞には独自のエネルギー源があります.この供給源はミトコンドリアであり、すべての細胞にはミトコンドリアがたくさんあります.
ミトコンドリアとは?
ミトコンドリアは「細胞の発電所」として知られています。それらの直接的な機能は、グルコースを ATP (アデノシン三リン酸) に変換することです。 ATP は、細胞の「通貨」と見なすことができます。これは、体内の化学反応に動力を供給するために必要なエネルギーの基本単位です。この変換のプロセスは好気呼吸として知られており、これが人間が酸素を呼吸する必要がある理由です。
動物のミトコンドリア図 (写真提供:Mariana Ruiz Villarreal LadyofHats / Wikimedia Commons)
構造
ミトコンドリアは形も大きさも一定ではありませんが、全体の構造は変わらず、棒状です。それらのサイズは、長さが 1 ～ 10 マイクロメートルの間で異なります。各細胞内のそれらの数は、各特定の細胞の代謝活性によって異なります。構造は非常にシンプルで、4つの異なるコンパートメントがあります。滑らかな外膜と非常に複雑な内膜を持っています。これらの畳み込みはクリステを生じさせます。次に、膜間スペースがあり、最後に内部にマトリックスがあります.
独自の DNA を持つ細胞小器官?
ミトコンドリアは、独自の DNA セットを持っているため、すべての細胞小器官とは異なります。それらは細胞小器官であるにもかかわらず、実際には 1 つとして始まったことがないため、非常に興味深いものです。科学者たちは、ミトコンドリアはある時点で原始真核生物を占有し、消化酵素に抵抗することができた好気性細菌細胞であると仮定しています.時間が経つにつれて、それらは共生結合を発達させ、真核細胞に酸化的代謝を加えました.その後、細菌細胞は徐々にミトコンドリアに進化しました。
さらに興味深いのは、細胞から独立して繁殖することさえできるということです。 DNA とリボソームはマトリックスに位置しています。また、その機能を実行するのに役立つ一連の酵素も含まれています。
機能とは?
その主な機能は ATP を生成することですが、その内部では多くのプロセスが進行しています。これらのプロセスには、ピルビン酸の酸化、クレブス回路、およびさまざまな生体分子の代謝が含まれます。 ATP の生成は、解糖系、クエン酸回路、電子伝達系からなる好気呼吸によって行われます。これはミトコンドリアの内膜で起こります。
有酸素呼吸とは?
何がエネルギーを生成するかがわかったので、次の問題は、ミトコンドリアがそのエネルギーをどのように生成するかです.好気呼吸のプロセスは、細胞にエネルギーを供給する役割を果たします。このエネルギーは、特定のステップを経て生成されます。それらは、解糖、TCA - トリカルボン酸回路 (クレブス回路またはクエン酸回路としても知られています)、および電子伝達鎖です。この経路は、すべてのグルコース分子に対して 36 の ATP を生成します。
解糖
解糖は異化作用のプロセスであり、大きな分子を小さな分子に分解することを意味します。 1 つのグルコース (6 炭素原子) 分子は 2 つのピルビン酸分子 (それぞれ 3 炭素原子) に分解されます。このプロセスでは、2 つの ATP を使用して 4 つの ATP と 2 つの NADH を生成します。
次のステップに入る前に、1 つの小さな変更を行う必要があります。ピルビン酸分子は酸化されています。二酸化炭素の形で 1 つの炭素原子を失い、2 炭素のアセチル基を形成します。その後、コエンザイム A に結合します。このプロセスで 2 つの NADH が生成されます。これでプロセスを続行できます。
トリカルボン酸回路 (クレブス回路またはクエン酸回路)
最初に、炭素数 2 のアセチル co-A が炭素数 4 のオキサロ酢酸と結合して、炭素数 6 のクエン酸が形成されます。このサイクルには、酸化と脱炭酸の 8 つの酵素反応が含まれ、炭素数 6 のクエン酸が元の炭素数 4 のオキサロ酢酸の形に戻ります。この過程で、2 つの二酸化炭素分子が放出されます。 3 つの NADH と 1 つの FADH2 とともに、1 つの ATP のみが生成されます。
電子連鎖反応 (ETC)
さて、これは「エアロビクス」という用語が意味をなす実際の部分です.エネルギー生産におけるこのステップが、私たちが酸素を呼吸する必要がある理由です。前のステップで生成された NADH と FADH2 は、酸化されて NAD+ と FAD を形成します (これらは電子伝達体です。NAD は補酵素でもあり、FAD は酸化還元補因子です)。水素 (陽子 1 個と電子 1 個で構成される) は、多数の電子キャリアで構成される ETC を通過します。電子が鎖を通過すると、陽子 (H+) が膜間空間に押し出されます。電子が鎖を出ると、それらは酸素原子に受け入れられて O– を形成します。
ここで観察すると、陽子が膜間空間に留まる一方で、電子はマトリックスに出ていきます。したがって、これは内膜を横切る電気勾配を作成します。さらに、外側の高濃度の H+ によって pH が変化し (H+ が高いほど、pH は低くなります。つまり、pH は酸性になります)、pH 勾配が生じます。したがって、2 つの領域間のバランスを作成するには、H + がマトリックスに戻る必要があります。膜を直接通過することはできません。転送を可能にする特別な膜チャネルがあります。ここで ATP の生産が中心になります。 ATPシンターゼ酵素は、これらのチャネルに結合しています。 H + の高エネルギー拡散により、ADP と P が結合して ATP が形成されます。このプロセスにより、合計 32 個の ATP が得られます。 H+ は O– と結合して H2O を形成します。
生体分子の異化
ミトコンドリアは、脂質、タンパク質、核酸も分解します。それらは脂質（トリグリセリド - 脂肪の貯蔵形態）をグリセロールと脂肪酸に異化します.これらの 2 つは、エネルギー生産に使用されます。タンパク質はアミノ酸に分解されますが、エネルギー生産のためのアミノ酸の使用はあまり効率的ではありません.飢餓状態でのみ発生します。ヌクレオチドの場合、DNA は決して異化されませんが、RNA は異化される可能性があります。それらは糖と窒素塩基に分解されます。ただし、これでもウラシルとシトシン（ピリミジン塩基）に限られます。残りは尿素として体外に排出されます。通常、それらは新しい核酸を作るためにリサイクルされます。 
進化はミトコンドリアの驚くべき発達をもたらしました。経路の高効率により、エネルギー生産が非常に簡単になります。段階的なプロセスにより、適切に管理された方法で ATP (エネルギー通貨) も得られます!
