میتوکندری‌ها بخش‌های کوچک و مهمی درون سلول‌های بدن ما هستند. این اجزای کوچک در سلول‌های موجودات پیچیده، مانند انسان و حیوانات، یافت می‌شوند. کار اصلی میتوکندری‌ها تولید انرژی برای سلول است. به همین دلیل است که اغلب به آن‌ها «نیروگاه سلول» گفته می‌شود.
در مورد پیدایش میتوکندری، دانشمندان بر این باورند که در گذشته‌های بسیار دور، میتوکندری در اصل یک موجود ریز و مستقل بوده است. سپس توسط یک سلول بزرگتر بلعیده شده، اما هضم نشده است. در عوض، این دو در یک رابطه سودمند با هم باقی ماندند. سلول بزرگ به میتوکندری پناه و غذا داد و میتوکندری نیز در ازای آن، انرژی بیشتری برای سلول تولید کرد. این همکاری در نهایت به رابطه‌ای دائمی تبدیل شد که امروزه در سلول‌های ما دیده می‌شود.
میتوکندری چیست؟
میتوکندری یک بخش کوچک و مهم درون سلول است که مانند یک نیروگاه عمل می‌کند. کار اصلی آن تولید انرژی برای سلول است. این اندامک، انرژی شیمیایی موجود در مواد غذایی را می‌گیرد و طی فرآیندی، آن را به شکل مولکول‌های ویژه‌ای به نام ATP ذخیره می‌کند. ATP در واقع مانند یک باتری قابل مصرف برای سلول است و انرژی مورد نیاز برای همه فعالیت‌های سلولی را فراهم می‌نماید.
میتوکندری در تمام سلول‌هایی که نفس می‌کشند (تنفس هوازی دارند) یافت می‌شود، به جز در باکتری‌ها. در باکتری‌ها، آنزیم‌های مسئول تنفس در خود غشای سلول قرار گرفته‌اند.
نام «میتوکندری» از دو کلمه یونانی گرفته شده است: «Mito» به معنی رشته و «chondrion» به معنی دانه. این نام به این دلیل انتخاب شده که این بخش در زیر میکروسکوپ اغلب به شکل رشته‌های نازک یا دانه‌های ریز در سیتوپلاسم سلول‌های پیچیده (یوکاریوتی) دیده می‌شود. میتوکندری مرکز سوخت و ساز سلول است. در این فرآیند، دی‌اکسید کربن تولید می‌شود و همان دی‌اکسید کربنی است که سلول آن را دفع می‌کند.
در واقع میتوکندری کارخانه تولید انرژی سلول است. این یک اندامک دارای غشا است که در بیشتر سلول‌های پیچیده (یوکاریوتی) — مانند سلول‌های موجود در گیاهان، حیوانات و قارچ‌ها — وجود دارد. در این سلول‌ها، اطلاعات ژنتیکی (DNA) درون هسته محافظت می‌شود.
ساختار میتوکندری
شکل میتوکندری‌ها معمولاً به صورت رشته‌ای یا دانه‌ای است، اما این شکل همیشه ثابت نیست. میتوکندری‌ها بسته به فعالیت خود می‌توانند شکل‌های مختلفی به خود بگیرند. برای مثال، یک میتوکندری کشیده ممکن است در یک سر خود متورم شود و شکلی شبیه به گرز پیدا کند (مثل اتفاقی که در سلول‌های کبدی، چند ساعت پس از خوردن غذا رخ می‌دهد). گاهی نیز وسط آن خالی می‌شود و شکلی مانند راکت تنیس می‌گیرد. در بعضی مواقع، میتوکندری حالتی حفره‌دار پیدا می‌کند و بخش مرکزی آن روشن به نظر می‌رسد. با این حال، پس از مدتی، شکل میتوکندری دوباره به حالت اول خود بازمی‌گردد.
اندازه میتوکندری‌ها نیز ثابت نیست. در بیشتر سلول‌ها، ضخامت آن‌ها حدود ۰.۵ میکرومتر و طول آن‌ها می‌تواند تا ۷ میکرومتر برسد. البته این اندازه‌ها بسته به شرایط محیطی و مرحله‌ای از کاری که سلول انجام می‌دهد، تغییر می‌کند. اما در سلول‌های هم‌نوع یا سلول‌هایی که کار یکسانی انجام می‌دهند، اندازه میتوکندری‌ها معمولاً ثابت است.
**غشای خارجی:** ضخامت این لایه حدود ۶۰ تا ۷۵ آنگستروم است و ساختاری سه‌لایه دارد. این غشا سطحی صاف دارد و هیچ چین‌خوردگی یا ریبوزومی به آن متصل نیست. گاهی توسط شبکه آندوپلاسمی احاطه می‌شود، اما هیچ‌گاه اتصال مستقیمی بین این دو وجود ندارد.
**فضای خارجی:** بین غشای خارجی و داخلی، فضایی به پهنای ۱۰۰ تا ۲۰۰ آنگستروم وجود دارد که به آن فضای خارجی می‌گویند. این فضا خود شامل دو بخش است: فضای بین دو غشا و فضای داخل چین‌های داخلی میتوکندری. در بعضی نقاط، غشای داخلی و خارجی به هم می‌چسبند و این فضا تقریباً از بین می‌رود. در همین نقاط، تجمعی از ریبوزوم‌های سیتوپلاسمی دیده می‌شود. به همین دلیل، تصور می‌شود که این مناطق محل ورود پروتئین‌های مورد نیاز از سیتوزول به میتوکندری هستند. در این فضا موادی مانند آب، نمک‌های معدنی، یون‌ها، پروتئین‌ها، قندها، چربی‌ها، SO۲، O۲، ATP و ADP وجود دارند. مقدار آب موجود در این فضا بر اندازه چین‌های داخلی و در نتیجه بر تولید ATP تأثیر می‌گذارد.
**غشای داخلی:** ضخامت این غشا مشابه غشای خارجی است، اما ترکیب شیمیایی آن متفاوت است. این غشا چین‌خوردگی‌های زیادی دارد که به آن‌ها “کریستا” می‌گویند. برخلاف سلول‌های گیاهی، در سلول‌های جانوری این چین‌ها به صورت منظم قرار گرفته‌اند.
**فضای داخلی:** بخش درونی میتوکندری که توسط غشای داخلی محصور شده است، فضای داخلی نام دارد. این فضا با ماده‌ای زمین‌ای پر شده که ترکیب و ویژگی‌های کلی آن شبیه به سیتوزول است. در این فضا، آنزیم‌های ویژه و ریبوزوم‌های مخصوص میتوکندری (از نوع ۷۰S، مشابه سلول‌های پروکاریوتی) وجود دارد. تعداد مولکول‌های DNA در میتوکندری بسته به نوع سلول و سن آن متفاوت است. این DNA نیز مانند DNA در پروکاریوت‌ها، مقدار سیتوزین و گوانین بالایی دارد و در نتیجه در برابر گرما مقاوم است.
ژنوم میتوکندری
تحقیقات علمی نشان می‌دهد که فرآیند ساخت DNA در درون میتوکندری انجام می‌شود. این یافته‌ها ثابت می‌کند که میتوکندری DNA مخصوص به خود را دارد. علاوه بر ساخت DNA و RNA، تولید پروتئین نیز در این اندامک صورت می‌گیرد. این فعالیت‌ها به کمک آنزیم‌ها و مولکول‌های ویژه‌ای که درون میتوکندری وجود دارند، انجام می‌شوند.
DNA میتوکندری در بیشتر موجودات زنده به شکل حلقه است. این DNA درون ماده اصلی میتوکندری و گاهی نیز چسبیده به غشای داخلی آن قرار دارد. در بیشتر جانوران، ژنوم میتوکندری از ۱۵ تا ۲۰ هزار جفت نوکلئوتید تشکیل شده است. در پستانداران، اندازه ژنوم میتوکندری حدود ۱۰۵ برابر کوچک‌تر از DNA موجود در هسته سلول است.
موادی که توسط DNA میتوکندری کدگذاری می‌شوند، شامل RNAهای ریبوزومی میتوکندری، مولکول‌های tRNA و برخی از پروتئین‌های مورد نیاز برای تنفس سلولی هستند. با این حال، بعضی از پروتئین‌های میتوکندری توسط DNA هسته کدگذاری می‌شوند؛ این پروتئین‌ها در سیتوزول ساخته شده و سپس به درون میتوکندری وارد می‌شوند.
یک نمونه فرضی از صفتی که توسط ژنوم میتوکندری تعیین می‌شود، جهت چرخش صدف در حلزون است که از قوانین وراثت سیتوپلاسمی پیروی می‌کند. در واقع، این ویژگی‌ها توسط DNA میتوکندری که همراه با میتوکندری‌های موجود در سیتوپلاسم به سلول تخم منتقل می‌شوند، به نسل بعد منتقل می‌گردند و در بیشتر موارد، وراثت به صورت تک والدی است.
منشا میتوکندری
در اینجا سه روش برای تشکیل میتوکندری‌ها مطرح شده است:
**۱. ساخته شدن میتوکندری جدید:**
برای ایجاد میتوکندری جدید، ابتدا حفره‌هایی درون سیتوپلاسمِ سلول به وجود می‌آید. این فرآیند با برآمدگی و تغییر شکلِ غشای سلول همراه است. این برآمدگی‌ها بزرگ می‌شوند و درون آن‌ها فضاها و بخش‌های داخلی شکل می‌گیرد که در نهایت به ساختاری به نام “کریستا” تبدیل می‌شوند.
**۲. تغییر شکلِ غشای سلول به میتوکندری:**
بررسی‌های انجام‌شده روی سلول‌های کبد موش و رشته‌های عصبی خرچنگ دریایی نشان می‌دهد که میتوکندری می‌تواند از غشای سلولیِ تا خورده یا از شبکه‌ی اندوپلاسمی به وجود بیاید. در بعضی موارد نیز، میتوکندری از لایه‌لایه شدن غشای هسته‌ی سلول ایجاد می‌شود. یک نظریه‌ی جالب دیگر این است که میتوکندری در اصل یک باکتری بوده که در گذشته با سلول‌های پیچیده (یوکاریوت) همکاری و همزیستی کرده است.
**۳. تقسیم و تکثیر میتوکندری:**
وجود مولکول‌های DNA و RNA، پروتئین‌ها، سیستم تولید فسفولیپید و مسیرهای پیچیده‌ی سوخت و ساز در میتوکندری، همگی نشان می‌دهند که هر میتوکندری جدید از تقسیم یک میتوکندری قبلی به وجود می‌آید.
تولید میتوکندری‌ها در سلول توسط هسته کنترل می‌شود. هر میتوکندری دارای یک یا چند مولکول DNA است که در مرکز آن قرار گرفته. مقدار RNA در میتوکندری حداقل ۲۰ برابر بیشتر از DNA است و تقریباً همه‌ی انواع RNA ناقل در آن یافت می‌شود. وجود RNA پیک و ریبوزوم در میتوکندری نیز ثابت می‌کند که ساخت پروتئین می‌تواند به طور مستقل در درون خود میتوکندری انجام شود.