ه‍.ش. ۱۳۹۵ خرداد ۲۲, شنبه

میتوکندری

از: دانشنامه‌ی آریانا

میتوکندری


فهرست مندرجات
یاختهاندامک‌ها

میتوکندری یا راکیزه (به انگلیسی: Mitochondrion)، اندامکی در یاخته (سلول) موجودات پیچیده و پُرسلولی است که وظیفه آن تنفس سلولی و تولید انرژی است. در واقع، این اندامک نوعی دستگاه انتقال انرژی است که موجب می‌شوند انرژی شیمیایی موجود در مواد غذایی با عمل فسفوریلاسیون اکسیداتیو، به‌صورت پیوندهای پُرانرژی فسفات (آدنوزین تری‌فسفات) ذخیره شود.

میتوکندری در تمام یاخته‌های دارای تنفس هوازی به جز در باکتری‌ها که آنزیم‌های تنفسی آن‌ها در غشای سیتوپلاسمی جایگزین شده‌اند وجود دارد. این اندامک نیز همانند کلروپلاست از دو غشای داخلی و خارجی تشکیل شده است با این تفاوت که دو غشای داخلی و خارجی فضای درون میتوکندری را به دو بخش تقسیم می‌کند که عبارتند از: ۱- فضای درون میتوکندری ۲- فضای بین دو غشا. درون میتوکندری دی‌ان‌ای (DNA) حلقوی نیز وجود دارد و می‌تواند به‌طور مستقل از سلول نیز همانندسازی کند. درون میتوکندری مایعی سّیال به‌نام ماتریکس وجود دارد که واکنش‌های مربوط به فرایند تنفس سلولی در آن انجام می‌شود. تنفس سلولی فرایندی است که طی ان انرژی ذخیره‌شده در غذاها (قندها) به ATP (مولکول سوختی سلول) تبدیل می‌شود. در غشای داخلی چین‌خوردگی‌هایی وجود دارد که به آن کریستا گویند، قرار دارد که باعث افزایش سطح غشا می‌شود.


واژه‌شناسی

«میتوکُندری» ترکیبی است از دو واژه‌‌ی یونانی: μίτος (Mito) به‌معنای رشته و χονδρίον (chondrion) به‌معنای دانه. این واژه توسط فرهنگستان زبان و ادب فارسی ایران به «راکیزه» واژه‌گزینی (جایگزین) شده است.


پیشینه‌ی مطالعاتی

نخستین بررسی‌های انجام شده بر روی میتوکندری‌ها، در سال ۱۸۹۴ به‌وسیله ریچارد آلتمن (Richard Altmann)، آسیب‌شناس و بافت‌شناس آلمانی، صورت گرفت که آن‌ها را بیوپلاست (Bioblasts) یا جایگاه‌های زنده نامید. و نظر داد که بین واکنش‌های اکسایش و کاهش سلول و میتوکندری وابستگی وجود دارد.

در سال ۱۸۹۷، کارل بندا (Carl Benda) با بررسی‌های بیشتر آن‌ها را میتوکندری (Mitochondria) نامید و در ۱۹۰۰، لئونار میکائیلیس (Leonor Michaelis)، پزشک و شیمی‌فیزیک‌دان آلمانی، به کمک معرف رنگی سبز ژانوس میتوکندری را در سلول‌های زنده مشاهده کرد.

اتو هاینریش واربورگ (Otto Heinrich Warburg)، زیست‌شناس آلمانی، در سال ۱۹۱۳ آنزیم‌های تنفسی را در این اندامک نشان داد. در همان‌سال، ذرات گرفته شده از عصاره کبد خوکچه هندی نشان دادند که تنفس سلولی از طریق میتوکندری صورت می‌گیرد.

سرانجام برای اولین‌بار، در سال ۱۹۳۴، بنسلی و هر، توانستند آن‌ها را از سلول‌های کبدی جدا کرده و بعد آن بررسی‌های بیشتر و عملی‌تر روی آن صورت گرفت. واربورگ و هندیش در سال ۱۹۳۹ آزمایشاتی که با استفاده از ماهیچه‌های موش آزمایشگاهی انجام شدند، نشان دادند که یک اتم اکسیژن می‌تواند یک مولکول آذرونین تری‌فسفات تشکیل دهند.

در سال ۱۹۴۱، اصطلاح پیوند فسفاتی نشان‌دهنده‌ی ایجاد انرژی در متابولیسم سلولی بود که توسط فریتس آلبرت لیپمان (Fritz Albert Lipmann)، زیست‌شیمی‌دان آلمانی-آمریکایی ارائه شد.

در سال‌های بعد از آن مکانیسمی که در تنفس سلولی مورد بررسی قرار داده شد، توسعه یافت، هرچند ارتباط آن با میتوکندری هنوز هم مشخص نشده بود. در کتاب مقدمه‌ای بر بخش‌های سلولی نوشته آلبرت کلادیو، میتوکندری از لحاظ بیوشیمیایی و تحلیل از سایر بخش‌های سلولی تفکیک شد.

در سال ۱۹۴٦ این‌طور نتیجه‌گیری شد که سیتوکروم اکسیداز (Cytochrome oxidase) و دیگر آنزیم‌ها مسئولیت چرخه تنفسی سلولی را بر عهده دارند. اولین میکروگراف با وضوح بالا در سال ۱۹۵٢ تهیه شد و جایگزین زنجیره سبز ژانوس گردید که مطلوب‌ترین شیوه مصورسازی میتوکندری به‌شمار می‌رفت. این امر منجر به تحلیل جزئیات بیشتری از ساختار میتوکندری گردید که شامل غشای محصور کننده‌‌ی میتوکندری نیز می‌باشد. هم‌چنین مشخص گردید که غشای ثانویه‌ای نیز در میتوکندری وجود دارد که بخش‌های سخت‌تر را از ساختار درونی جدا می‌سازد و در هر سلول دارای شکل خاصی می‌باشد. اصطلاح معروف نیروگاه سلولی (Powerhouse of the cell) نیز توسط فیلیپ سیکوتیز (Philip Siekevitz) در سال ۱۹۵٧ ابداع شد.

در سال ۱۹٦٧ مشاهده شد که میتوکندری‌ها حاوی ریبوزوم‌ها هستند. در سال ۱۹٦٨، روش‌هایی برای نقشه‌برداری ژن‌های موجود در میتوکندری توسعه یافتند و در سال ۱۹٧٦ با نقشه‌های ژنی، میتوکندری موجود در مخمرها تکمیل گردیدند.


منشأ و فرگشت

در باره‌ی منشأ میتوکندری دو نظریه بیان شده‌است: یکی این‌که میتوکندری‌ها ممکن است از قالب‌های ساده‌تری ساخته شوند (تشکیل Denovo) و دیگر این‌که میتوکندری‌های جدید از تقسیم میتوکندری‌های قبلی به‌وجود می‌آیند. به این صورت که تعداد آن‌ها، در طول میتوز و نیز در اینترفاز افزایش یافته و بعد بین دو سلول دختر، پراکنش می‌یابند.

فرضیه‌ای هم در مورد خاستگاه پروکاریوتی میتوکندری مطرح شده‌ است که: در گذشته بسیار دور، جو زمین فاقد اکسیژن بوده و جاندارانی که در آن‌زمان می‌زیسته‌اند بی‌هوازی بودند. با گذشت زمان و ضمن واکنش‌های شیمیایی، جو زمین دارای اکسیژن شده و به‌تدریج جانداران آن‌زمان و به‌ویژه پروکاریوت‌ها به‌علت ساختمان ساده خود، هوازی شده‌اند؛ بنابراین بعضی از بکتری‌ها توسط سلول‌های یوکاریتی بلعیده شدن و به‌دلیل وجود همزیستی بعضی از آن‌ها به کلروپلاست یا میتوکندری تبدیل شدن پس یعنی اجداد میتوکندری همان پروکاریوت‌ها یا باکتری‌ها بوده است.

پژوهش جدید دانشمندان دانشگاه ویرجینیا نشان می‌دهد، میتوکندری‌ها در ابتدا به‌عنوان باکتری‌های انگلی در سلول‌های میزبان‌شان عمل می‌کردند و به‌جای آن‌که انرژی سلول را تامین کنند، آن را به سرقت می‌بردند.

این محققان از فناوری‌های جدید توالی‌دادن دی‌ان‌ای برای رمزگشایی از ژنوم‌های ۱٨ باکتری استفاده کردند که خویشاوندان نزدیک میتوکندری هستند. میتوکندری‌ها با تجهیز‌کردن سلول‌ها با آدنوزین تری‌فسفات (ATP) آن‌ها را نیرودهی می‌کنند و زیست‌شناسان این عنصر را انرژی حیات می‌دانند.

منشا میتوکندری حدود دو میلیون سال پیش آغاز شد و یکی از رخدادهای بدوی در تاریخ تکامل حیات به شمار می‌آید. با این حال، تا پیش از این درباره شرایط موجود پیرامون منشا آن اطلاعات کمی در دست بود و این پرسش‌ در زیست‌شناسی مدرن یک معما به شمار می‌آمد.

این مطالعه پتانسیل تغییردادن تفکر دانشمندان را درباره رخدادی که به شکل‌گیری میتوکندری انجامید، دارد. تحقیق جدید همچنین نشان می‌دهد میتوکندری‌ها در ابتدا برای سلول میزبان نوعی باکتری‌ انگلی بودند و با تغییردادن مسیر انتقال ATP به این سلول سودمند شدند.

این یافته‌ها دیدگاه‌های جدیدی درباره این رخداد در تاریخ آغازین حیات روی زمین ارائه می‌دهد که منجر به حیات متنوعی شد که امروزه وجود دارد. بدون وجود میتوکندری برای ارائه انرژی به مابقی سلول‌ها، چنین تنوع زیستی حیرت‌آوری تکامل نمی‌یافت.

دانشمندان محتوای ژنی اجداد میتوکندری را با توالی‌دادن دی‌ان‌ای‌های خویشاوندان نزدیکشان بازسازی کردند و پیش‌بینی کردند میتوکندری در ابتدا باکتری انگلی بوده که انرژی را در شکل ATP از میزبانش به سرقت می‌برد و این موضوع کاملا متضاد نقش میتوکندری در حال حاضر است.

در این مطالعه، دانشمندان همچنین بسیاری از ژن‌های انسانی را شناسایی کردند که از میتوکندری مشتق می‌شوند. شناسایی این ژن‌ها به درک اساس ژنتیکی اختلال‌ عملکرد میتوکندری انسانی کمک می‌کند؛ اختلالی که در بروز بسیاری از بیماری‌ها از جمله آلزایمر، پارکینسون و دیابت و بیماری‌های مرتبط با پیری مشارکت دارد.[جزئیات این مطالعه در مجله PLoS ONE منتشر شده است]


ساختار



عملکرد



ژنوم میتوکندری



اختلالات و بیماری‌های میتوکندریایی



[] يادداشت‌ها




[] پيوست‌ها


...


[] پی‌نوشت‌ها

انرژی لازم برای حیات در سلول‌های همه موجودات زنده توسط مولکول ATP تامین می‌شود. آنزیم ATP سنتاز از انرژی حاصل از جریان یون‌ها در غشاهای اندامک‌های سلولی، برای تولید این مولکول استفاده می‌کند. اما این فرآیند توسط پروتئین‌های پمپاژ‌کننده یون انجام می‌شود که خودشان انرژی‌شان را از مولکول ATP می‌گیرند.
نیک لین از یونیورسیتی کالج لندن و بیل مارتین از دانشگاه دوسلدورف آلمان، نشان دادند که آب و آلکالاین اشباع‌شده از هیدروژن که در چشمه‌های آب گرم زیر اقیانوس و از میان سوراخ‌های سنگ‌های معدنی می‌گذرند، می‌توانند جریان طبیعی پروتون در سنگ‌های غنی از کاتالیزورهای معدنی یون گوگرد تولید کنند. این مجموعه می‌تواند شرایط مناسبی را برای تبدیل دی اکسیدکربن و هیدروژن به مولکول‌های آلی و قطعات اولیه حیات باشد.
این سوراخ‌ها می‌توانند به‌صورت «پیش‌سلول» عمل کنند، یعنی هم شارش پروتون (یون یک‌بار مثبت هیدروژن) را سبب شوند و هم مولکول‌های آلی ساده تشکیل‌شده را تغلیظ‌ و به این ترتیب آن‌ها را در نهایت برای تولید مولکول‌های پیچیده‌تر آماده کنند. اگر نظریه آن‌ها درست باشد، مسئله مرغ و تخم‌مرغ حل شده و معلوم می‌شود که این منافذ تامین‌کننده انرژی اولین مکانیسم‌های آلی بوده‌اند.
میتوکندری یک اندامک درون سلولی است که تنها از مادر به فرزند به ارث می‌رسد و جدا کردن و شناسایی «دی‌ان‌ای» آن در مقایسه با «دی‌ان‌ای» هسته سلول ‌ساد‌ه‌تر است. دی‌ان‌ای میتوکندریایی (mtDNA) نوعی دی‌ان‌ای است که در میتوکندری سلول‌های یوکاریوتی یافت می‌شود. کار میتوکندری تبدیل انرژی شیمیایی غذا به آدنوزین تری فسفات یعنی صورتی از انرژی است که برای سلول قابل استفاده باشد.


[] جُستارهای وابسته






[] سرچشمه‌ها







[] پيوند به بیرون

[۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]

رده‌ها:کالبدشناسی یاختهیاختهاندامک‌ها