میتوکندری چیست؟ – به زبان ساده
میتوکندری چیست؟
«میتوکندری‌ها» (Mitochondria) اغلب به عنوان نیروگاه‌های سلول شناخته می‌شوند. این اندامک‌ها کمک میکنند تا انرژی ورودی حاصل از مواد غذایی به انرژی قابل استفاده برای سلول تبدیل شود. میتوکندری علاوه بر تولید انرژی، عملکردهای مهم دیگری نیز در سلول انجام می‌دهد.
ساختمان میتوکندری
- غشای بیرونی یا خارجی (Outer Membrane): مولکول‌های کوچک می‌توانند آزادانه از غشای خارجی عبور کنند. این غشای بیرونی، شامل پروتئین‌هایی به نام «پورین» (Porins) است که کانال‌هایی را در غشای خارجی تشکیل می‌دهند که از طریق آن پروتئین‌ها می‌تواند به میتوکندری وارد یا از آن خارج بشوند. غشای بیرونی همچنین میزبان تعدادی از آنزیم‌ها با عملکردهای متنوع است.
- فضای بین دو غشا: این ناحیه بین غشاهای داخلی و خارجی قرار دارد. فضای بین دو غشا با ترکیباتی مانند آب، نمک‌ها، یون‌ها، پروتئین، قندها و چربی‌ها و... پر شده است.
- غشای داخلی (Inner Membrane): این غشای دارای پروتئین‌هایی است که نقش‌های مختلفی دارند. از آنجا که در غشای داخلی هیچ پورینی وجود ندارد، این غشا نسبت به اکثر مولکول‌ها نفوذ ناپذیر است. مولکول‌ها فقط می‌توانند از غشای داخلی از طریق انتقال دهنده‌های ویژه غشایی عبور کنند. غشای داخلی جایی است که بیشتر ATP در فضای داخلی آن ایجاد می‌شود.
- کریستا (Cristae): کریستاها چین خوردگی‌های غشای داخلی هستند. این چین خوردگی‌ها سطح غشا را افزایش می‌دهند و به عبارتی دیگر باعث افزایش فضا برای انجام واکنش‌های شیمیایی در غشای داخلی میتوکندری می‌شوند.
- ماتریکس (Matrix): ماتریکس یا بستره میتوکندری مایع سیالی است که فضای درونی غشای داخلی پر کرده است. در ماتریکس، آنزیم‌هایی که برای تولید ATP و فرایندهای تنفس سلولی حائز اهمیت هستند، قرار دارند. DNA میتوکندری درون ماتریکس جای می‌گیرد.
ژنوم میتوکندری
در طول تولید مثل، نیمی از DNA فرزند از پدر و نیمی از مادر حاصل می‌شود. با این حال، فرزند همیشه mtDNA خود را از مادر دریافت می‌کند. به همین دلیل، mtDNA برای ردیابی خطوط ژنتیکی در مطالعات تکاملی بسیار مفید است.
وظایف میتوکندری چیست؟
اگرچه شناخته‌شده‌ترین نقش میتوکندری تولید انرژی است، اما این اندامک‌ها کارهای مهم دیگری را نیز در سلول انجام می‌دهند. در حقیقت، فقط در حدود 3 درصد از ژن‌های سلولی برای ساختن میتوکندری به منظور تولید انرژی آن، مورد استفاده قرار می‌گیرند. بیشتر سلول‌ها از عملکردهای دیگر میتوکندری برای بقا استفاده میکنند که با توجه به نوع سلول این عملکردها متفاوت هستند. در ادامه به معرفی تعدادی از نقش‌ها و عملکردهای میتوکندری می‌پردازیم.
تولید انرژی
ATP، ماده شیمیایی آلی پیچیده است که در همه اشکال موجودات زنده یافت می‌شود، این ترکیب اغلب به عنوان واحد مولکولی سوخت سلولی به شمار می‌آید، زیرا این مولکول، انرژی لازم برای فرآیندهای متابولیکی را فراهم می‌کند. بیشترین میزان ATP در میتوکندری از طریق یک سری واکنش‌ها تولید می‌شود که به «چرخه اسید سیتریک» (Citric Acid Cycle) یا «چرخه کربس » (Krebs Cycle) معروف هستند. تولید انرژی بیشتر در بخش چین خوردگی‌های غشای داخلی میتوکندری انجام می‌گیرد.
میتوکندری انرژی شیمیایی حاصل از مصرف مواد غذایی را به شکلی از انرژی که سلول می‌تواند آن را مورد استفاده قرار دهد، تبدیل می‌کند. این فرآیند «فسفوریلاسیون اکسیداتیو» (Oxidative Phosphorylation) نام دارد.
مرگ برنامه‌ریزی شده سلول
مرگ برنامه ریزی شده سلولی که به آن «آپوپتوز» (Apoptosis) نیز گفته می‌شود، بخش مهمی از مراحل چرخه سلولی است. مقاومت سلول‌ها اغلب با پیر شدن، کاهش یافته و غشای سلولی آن‌ها شکسته شده و از بین می‌روند. میتوکندری در تصمیم‌گیری برای این که کدام سلول‌ها از بین بروند، نقش تعیین کننده‌ای دارد.
میتوکندری پروتئین سیتوکروم C آزاد می‌کند، این پروتئین موجب فعالیت کاسپاز می‌شود. کاسپاز یکی از آنزیم‌های اصلی درگیر در از بین بردن سلول‌ها طی آپوپتوز است.
از آن جایی که برخی از بیماری‌ها مانند سرطان، در فرایندهای آپوپتوز تداخل ایجاد میکنند، اعتقاد بر این است که میتوکندری‌ها در این بیماری‌ها نقش مهمی دارند.
ذخیره کلسیم
تولید حرارت
بدن برای گرم نگه داشتن خود از راه‌های زیادی استفاده می‌کند، یکی از این راه‌ها، استفاده از بافتی به نام «چربی قهوه‌ای» (Brown Adipose Tissue) است. در طی فرآیندی به نام «نشت پروتون»، میتوکندری می‌تواند از بافت‌های چربی قهوه‌ای گرما ایجاد کند. نشت پروتون به عنوان «ترموژنز غیر لرزی» (تولید گرما بدون ایجاد لرزش) نیز شناخته می‌شود. در نوزادان بیشترین میزان بافت چربی قهوه‌ای وجود دارد که با افزایش سن از میزان این بافت در بدن کاسته می‌شود.
بیماری‌های میتوکندریایی
با این حال، اکثر بیماری‌های میتوکندری به علت جهش در DNA هسته‌ای ایجاد می‌شوند که بر محصولاتی که در نهایت به میتوکندری می‌روند، تاثیر می‌گذارد. این جهش‌ها می‌توانند ارثی باشند یا به صورت خودبه خود در فرد ایجاد شوند.
هنگامی که میتوکندری‌ها کار خود را متوقف میکنند، سلول‌ها در معرض کمبود انرژی قرار می‌گیرند. بنابراین، علائم عدم کارکرد میتوکندری‌ها، بسته به نوع سلول، می‌توانند تا حد زیادی متفاوت باشند. سلول‌هایی که به مقادیر بالایی از انرژی نیاز دارند، مانند سلول‌های ماهیچه‌ای قلب و سلول‌های عصبی، از اختلال در عملکرد میتوکندری‌ها بیشتر آسیب می‌بینند.
از آنجایی که میتوکندری در بافت‌های مختلف عملکردهای متفاوتی را انجام می‌دهد، اختلال در عملکرد آن می‌تواند صدها بیماری مختلف را در بدن ایجاد کند. مشخصه بارز بیماری‌های میتوکندری این است که جهش یکسان در mtDNA ممکن است بیماری‌های یکسان ایجاد نکند. بیماری‌هایی که علائم متفاوتی بروز می‌دهند اما به دلیل جهش‌های یکسانی ایجاد شده‌اند، به عنوان «ژنوکپی» (Genocopies) شناخته می‌شوند.
علائم بیماری‌های مربوط به میتوکندری بسیار متفاوت هستند، برخی از انواع این علائم شامل موارد زیر است:
- هماهنگی و ضعف عضلات
- مشکلات بینایی یا شنوایی
- ناتوانی‌های یادگیری
- بیماری‌های قلبی، کبدی یا کلیوی
- مشکلات دستگاه گوارش
- مشکلات عصبی
- از جمله زوال عقل
اختلال در عملکرد میتوکندری چه به صورت ارثی و یا اکتسابی هر دو در چندین بیماری از جمله بیماری آلزایمر و پارکینسون نقش دارند. به نظر می‌رسد، تجمع جهش در mtDNA در طول عمر یک ارگانیسم نقش مهمی در پیری و همچنین در پیشرفت برخی از سرطان‌ها و سایر بیماری‌ها داشته باشد. از آنجا که میتوکندری یکی از اجزای اصلی آپوپتوز (مرگ سلولی برنامه ریزی شده) است که به طور معمول برای خلاص شدن بدن از سلول‌هایی که دیگر مفید نیستند و یا به درستی کار نمی‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد، اختلال در عملکرد میتوکندری موجب مهار مرگ سلولی می‌شود که این امر می‌تواند در پیشرفت سرطان نقش مهمی داشته باشد.
سایر شرایطی که تصور می‌شود، برخی از اختلالات میتوکندری در ایجاد آن‌ها نقش دارند، عبارتند از:
- بیماری پارکینسون (Parkinson’s Disease)
- بیماری آلزایمر (Alzheimer’s Disease)
- اختلال دو قطبی (Bipolar Disorder)
- اسکیزوفرنی یا روان گسیختگی (Schizophrenia)
- سندرم خستگی مزمن (Chronic Fatigue Syndrome)
- بیماری هانتینگتون (Huntington’s Disease)
- دیابت (Diabetes)
- اوتیسم (Autism)
وراثت میتوکندریایی
در بسیاری از ارگانیسم‌ها، ژنوم میتوکندری از سمت مادری به ارث می‌رسد. این امر به این دلیل است که سلول تخمک مادر مقادیری بیشتری از سیتوپلاسم خود را به جنین منتقل می‌کند و میتوکندری که از اسپرم پدر به ارث رسیده است، معمولاً از بین می‌رود. بسیاری از بیماری‌های مربوط به میتوکندری اغلب به صورت ارثی و در مواردی به شکل اکتسابی وجود دارند. بیماری‌های ارثی ممکن است از جهش‌های منتقل شده در DNA هسته‌ای مادری یا پدری یا در mtDNA مادر ایجاد شوند.
وراثت مادری mtDNA برای تحقیقات در مورد تکامل و نحوه مهاجرت انسان در طول تاریخ بسیار حیاتی است. انتقال مادری ژن‌های میتوکندریایی اجازه می‌دهد تا شباهت‌هایی که در نسل فرزندان به ارث رسیده‌اند، در نسل‌های مختلف قابل ردیابی باشند. تحقیقات نشان داده است که قطعات ژنوم میتوکندری که توسط میتوکندری سلول‌های بدن همه انسان‌های زنده امروزی حمل می‌شوند، می‌توانند در ژنوم یک جد مشترک (زنی که در حدود 150٫000 تا 200٫000 سال پیش زندگی کرده است) ردیابی شوند.
دانشمندان معتقدند که این زن در بین زنان دیگر زندگی می‌کرد اما روند جهش ژنتیکی ویژه‌ای (نوسانات احتمالی در فراوانی ژنی که بر ساختار ژنتیکی جمعیت‌های کوچک تأثیر می‌گذارد) باعث شده است که mtDNA او به طور تصادفی برتری خود را نسبت به سایر زنان جمعیت در طول تکامل بدست آورد. تغییر در mtDNA که توسط نسل‌های بعدی انسان به ارث رسیده است به محققان کمک کرده است تا ریشه‌های جغرافیایی و همچنین زمان مهاجرت‌ها را در جمعیت‌های مختلف انسانی کشف کنند.
میتوکندری و پیری
طی سال‌های اخیر، محققان ارتباط بین عملکرد میتوکندری و پیری را در مطالعات مختلف مورد بررسی قرار داده‌اند. چندین تئوری پیرامون پیری وجود دارد و نظریه «رادیکال آزاد میتوکندری» در مورد پیری در بیش از یک دهه اخیر بسیار رواج یافته است.
این نظریه به این صورت بیان می‌شود که گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) در میتوکندری به عنوان محصول فرعی تولید انرژی ساخته می‌شوند. این ذرات که بار الکتریکی بالایی دارند، به DNA، چربی‌ها و پروتئین‌ها آسیب می‌رسانند.
به دلیل آسیب‌های ناشی از گونه‌های اکسیژن فعال، قسمت‌های عملکردی میتوکندری آسیب می‌بینند. هنگامی که میتوکندری دیگر نتواند به درستی عملکرد خود را انجام دهد، گونه‌های اکسیژن فعال بیشتری تولید می‌شود و آسیب‌های بیشتری را در بخش‌های مختلف میتوکندری ایجاد میکنند.
اگرچه تاکنون وجود همبستگی بین فعالیت میتوکندری و پیری مشخص شده است، اما همه دانشمندان به نتیجه‌گیری یکسانی در این مورد نرسیده‌اند. نقش دقیق میتوکندری‌ها در روند پیری هنوز مشخص نیست.
اگر مطالعه مطلب بالا برای شما مفید بود، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شود:
- مجموعه آموزش‌های زیست‌شناسی
- آموزش زیست شناسی سلولی و مولکولی -- مبانی و مفاهیم مقدماتی
- مجموعه آموزش‌های علوم پزشکی
- کلروپلاست چیست؟ -- به زبان ساده
- چرخه سلولی — به زبان ساده
- آزمایش خون — از صفر تا صد
^^
مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریع‌تر ببینید
میتوکندری خیلی مهم بوده و من اصلا چیزی ازش نمی دونستم مرسی
سلام . ممنون از اطلاعات مفیدتون. عالی بود.
خیلی روان و ساده و گویا توضیح میدید
امتحان زیست مولکولی دارم
و توضیحات استاد خیلی گنگ بود
همیشه فرادرس به من کمک میکنه شب امتحان 👌🙏🏻
آموزش سریع وجامع وعلمی کاربردی است…
این طرز نوشتن اسمت، اینو ثابت میکنه که اگه بقال بودی، اسمت رو مینوشتی « بقال حاج حمید ایمانزاده » 😅😅😅
خیلی عالی و آموزنده بود ممنون
مطالب جالب و جذابی بود ممنونم از کسانی که در راه علم و گسترش علم فعالیت میکنند
با سپاس فراوان
خیلی عالی بود دستتون درد نکند.
با سلام در یک سخنرانی تغذیه نام میتوکندری اورده شد ومن از سر کنجکاوی بدنبال فهم بیشتر وکار ان در بدن شدم شما بسیار عالی وقابل فهم توضیح داده بودید وخدای من متعجب شدم از نقش مهم ان در بدن.بسیار سپاسگزارم از خانم شکوفه دلخواهی
عالی باسپاس از آموزش روان و کامل خانم دلخواهی عزیز
خیلیییییییی خوب مثل همه ی کار های دیگتون خانوم دلخواهی.
واقعا ممنون.
عالی است بسیارعلمی وروان
عالی بود
عااااااااااالی بود