生物の真核細胞は、病気を生き、成長させ、繁殖させ、撃退するために、膨大な数の化学反応を継続的に実行します。
これらすべてのプロセスは、細胞レベルでエネルギーを必要とします。 これらの活動のいずれかに従事する各細胞は、細胞の原動力として機能する小さな細胞小器官であるミトコンドリアからエネルギーを得ます。 ミトコンドリアの単数はミトコンドリアです。
人間の場合、赤血球などの細胞にはこれらの小さな細胞小器官はありませんが、他のほとんどの細胞には多数のミトコンドリアがあります。 たとえば、筋細胞は、エネルギー要件を満たすために数百または数千もある場合があります。
動く、成長する、または考えるほとんどすべての生物は、背景にミトコンドリアを持っており、必要な化学エネルギーを生成します。
ミトコンドリアの構造
ミトコンドリアは、二重膜で囲まれた膜結合細胞小器官です。
それらは、オルガネラを囲む滑らかな外膜と折りたたまれた内膜を持っています。 内膜のひだはクリステと呼ばれ、その単数はクリステであり、ひだはミトコンドリアのエネルギーを生み出す反応が起こる場所です。
内膜にはマトリックスと呼ばれる液体が含まれていますが、2つの膜の間にある膜間腔も液体で満たされています。
この比較的単純な細胞構造のため、ミトコンドリアには2つの別々の操作ボリュームしかありません。内膜内のマトリックスと膜間腔です。 それらは、エネルギー生成のために2つのボリューム間の転送に依存しています。
効率を高め、エネルギー生成の可能性を最大化するために、内膜のひだはマトリックスの奥深くまで浸透します。
その結果、内膜は大きな表面積を持ち、マトリックスのどの部分も内膜の折り目から遠く離れていません。 ひだと大きな表面積はミトコンドリア機能を助け、マトリックスと内膜を横切る膜間腔との間の潜在的な移動速度を増加させます。
ミトコンドリアが重要なのはなぜですか？
単一細胞はもともとミトコンドリアや他の膜結合細胞小器官なしで進化しましたが、複雑な多細胞 生物や哺乳類などの温血動物は、ミトコンドリアに基づいて細胞呼吸からエネルギーを得ます 関数。
心筋や鳥の羽などの高エネルギー機能には、必要なエネルギーを供給するミトコンドリアが高濃度で含まれています。
ATP合成機能により、筋肉やその他の細胞のミトコンドリアが体温を発生させ、温血動物を一定の温度に保ちます。 高等動物での高エネルギー活動と熱の生成を可能にするのは、ミトコンドリアのこの集中エネルギー生成能力です。
ミトコンドリア機能
ミトコンドリアのエネルギー生成サイクルは、クエン酸回路またはクレブス回路とともに電子伝達系に依存しています。
クレブス回路についてもっと読む。
ブドウ糖などの炭水化物を分解してATPを作るプロセスは異化作用と呼ばれます。 グルコース酸化からの電子は、クエン酸回路を含む化学反応チェーンに沿って渡されます。
還元酸化またはレドックス反応からのエネルギーは、反応が起こっているマトリックスからプロトンを移動させるために使用されます。 ミトコンドリア機能連鎖の最終反応は、細胞呼吸からの酸素が還元されて水を形成する反応です。 反応の最終生成物は水とATPです。
ミトコンドリアのエネルギー生成に関与する重要な酵素は、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸です （NADP）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD）、アデノシン二リン酸（ADP）およびフラビンアデニンジヌクレオチド （流行）。
それらは一緒に働き、ミトコンドリア内膜を横切ってマトリックス内の水素分子からプロトンを移動させるのを助けます。 これにより、膜全体に化学的および電位が発生し、プロトンがマトリックスに戻ります。 酵素ATPシンターゼを介して、アデノシン三リン酸のリン酸化と生成をもたらします （ATP）。
ATPの構造と機能について読んでください。
ATP合成とATP分子は細胞内のエネルギーの主要なキャリアであり、生物に必要な化学物質の生産のために細胞によって使用することができます。
•••科学
ミトコンドリアは、エネルギー生産者であることに加えて、カルシウムの放出を通じて細胞間シグナル伝達を助けることができます。
ミトコンドリアはカルシウムをマトリックスに貯蔵する能力があり、特定の酵素またはホルモンが存在する場合にカルシウムを放出することができます。 その結果、そのような誘発化学物質を産生する細胞は、ミトコンドリアによる放出からカルシウムが上昇する信号を見る可能性があります。
全体として、ミトコンドリアは生細胞の重要な構成要素であり、細胞の相互作用を助け、複雑な化学物質を分配し、すべての生命のエネルギー基盤を形成するATPを生成します。
ミトコンドリア内膜とミトコンドリア外膜
ミトコンドリアの二重膜は、内膜と外膜、および2つの膜に対して異なる機能を持ち、異なる物質で構成されています。
ミトコンドリア外膜は膜間腔の液体を囲んでいますが、ミトコンドリアが通過する必要のある化学物質を許可する必要があります。 ミトコンドリアによって生成されたエネルギー貯蔵分子は、細胞小器官を離れて細胞の残りの部分にエネルギーを供給することができなければなりません。
そのような移動を可能にするために、外膜はリン脂質と呼ばれるタンパク質構造で構成されています ポリン 膜の表面に小さな穴や細孔を残します。
膜間腔には、周囲の細胞の体液を構成する細胞質ゾルと同様の組成の体液が含まれています。
小分子、イオン、栄養素、およびATP合成によって生成されたエネルギーを運ぶATP分子は 外膜を貫通し、膜間腔の流体と サイトゾル..
内膜は酵素、タンパク質、脂肪を含む複雑な構造をしており、水、二酸化炭素、酸素のみが膜を自由に通過できます。
大きなタンパク質を含む他の分子は、膜を貫通することができますが、それらの通過を制限する特別な輸送タンパク質を介してのみです。 クリステのひだに起因する内膜の大きな表面積は、これらすべての複雑なタンパク質および化学構造のための余地を提供します。
それらの数が多いため、高レベルの化学活性と効率的なエネルギー生産が可能になります。
内膜を通過する化学物質の移動によってエネルギーが生成されるプロセスは、 酸化的リン酸化.
このプロセスの間に、ミトコンドリア内の炭水化物の酸化は、マトリックスから膜間腔に内膜を横切ってプロトンを送り出します。 プロトンの不均衡により、プロトンは、ATPの前駆体でありATPシンターゼと呼ばれる酵素複合体を介して内膜を越えてマトリックスに拡散して戻ります。
ATPシンターゼを通るプロトンの流れは、ATP合成の基礎であり、細胞内の主要なエネルギー貯蔵メカニズムであるATP分子を生成します。
マトリックスには何が含まれていますか？
内膜内部の粘性流体はマトリックスと呼ばれます。
それは内膜と相互作用してミトコンドリアの主要なエネルギー生成機能を実行します。 ブドウ糖と脂肪酸からATPを生成するクレブス回路に関与する酵素と化学物質が含まれています。
マトリックスは、環状DNAで構成されるミトコンドリアゲノムが見られる場所であり、リボソームが位置する場所です。 リボソームとDNAの存在は、ミトコンドリアが細胞分裂に依存することなく、独自のタンパク質を生成し、独自のDNAを使用して複製できることを意味します。
ミトコンドリアがそれ自体で小さく完全な細胞であるように見える場合、それはおそらく、単一の細胞がまだ進化していたある時点でそれらが別々の細胞であったためです。
ミトコンドリア様細菌は寄生虫としてより大きな細胞に入り、配置が相互に有益であったためにとどまることができました。
バクテリアは安全な環境で繁殖することができ、より大きな細胞にエネルギーを供給しました。 何億年もの間、細菌は多細胞生物に統合され、今日のミトコンドリアに進化しました。
それらは今日の動物細胞に見られるため、初期の人類の進化の重要な部分を形成しています。
ミトコンドリアはミトコンドリアゲノムに基づいて独立して増殖し、細胞に関与しないため 分裂、新しい細胞は、細胞が細胞質ゾルのそれらの部分にたまたまあるミトコンドリアを単に継承します 分割します。
胚は受精卵から発生するため、この機能は人間を含む高等生物の繁殖にとって重要です。
母親の卵細胞は大きく、細胞質ゾルにミトコンドリアが多く含まれていますが、父親の受精精子細胞にはほとんど含まれていません。 その結果、子供たちはミトコンドリアとミトコンドリアDNAを母親から受け継いでいます。
マトリックス内のATP合成機能と二重膜を通過する細胞呼吸を通じて、 ミトコンドリアとミトコンドリア機能は動物細胞の重要な構成要素であり、存在する生命を作るのに役立ちます 可能。
膜に結合した細胞小器官を持つ細胞構造は、人類の進化において重要な役割を果たしており、ミトコンドリアは本質的な貢献をしています。
