인체를 달리는 것은 상당한 양의 에너지가 필요합니다. 평균적으로 인체는 초당 97.2 줄의 에너지를 사용하여 하루에 약 8,400,000 줄로 나옵니다. 이 모든 에너지는 어디에서 왔습니까? 신체의 대부분의 에너지는 ATP의 형태로, 복잡한 화학 물질은 질소 염기 (아데닌)와 3- 포스페이트 그룹으로 만들어졌다. ATP에서 파생 된 에너지는 근육 수축, 소화, 합성, 성장 등 신체의 거의 모든 과정을 주도하는 데 사용됩니다. 세포 간 에너지 전달의 편재로 인해 ATP는“세포의 에너지 통화”라는 별명을 붙였습니다.
.그래도이 ATP는 어디에서 왔습니까? ATP 생산의 대부분은 셀 내부에서 발생합니다. 미토콘드리아 (Singular 미토콘드리아 )는 ATP를 합성하는 주요 기능인 세포 소기관입니다. 미토콘드리아는 세포 호흡 의 주요 부위입니다 , 인체가 우리가 먹는 음식에서 화학 에너지를 추출하는 과정. 세포 호흡 동안, 음식에 포함 된 에너지는 ATP 형태로 전환 된 후 신체의 일을하는 데 사용됩니다. 시체를 도시로 상상한다면, 미토콘드리아는 마을에 힘을주는 발전기와 발전소가 될 것입니다. 따라서 미토콘드리아는 때때로 세포의“강국”이라고 불립니다.
미토콘드리아는 대부분의 진핵 생물 유기체의 세포에서 발견됩니다. 현재까지, 하나의 진핵 생물만이 미토콘드리아가 완전히 부족한 것으로 알려져있다 ( monocercomonoides ). 진핵 세포에서의 정확한 수는 조직 및 세포 유형에 따라 다를 수 있습니다. 일부 세포는 풍부한 미토콘드리아 (간 세포 :~ 2,000 ea.)를 가지고 있으며 다른 세포에는 아무것도 없을 수 있습니다 (적혈구). 식물 세포는 일반적으로 다른 진핵 생물보다 미토콘드리아가 적지 만 에너지를 생성하는 엽록체라고하는 특수 소기관이 있습니다. 반면에 원핵 생물은 미토콘드리아 및 기타 소기관이 부족합니다.
미토콘드리아 구조
미토콘드리아는 작은 소기관 (0.75 - 3 μm 길이)으로, 두 개의 인지질 막, 내부 및 외부 막으로 구성됩니다. 내부 및 외부 막의 구조는 내부를 5 개의 별개의 부분으로 나눕니다.
- 외부 막
- 막 횡단 공간 (외부 내부 막 사이)
- 내부 막
- cristae (내부 막의 주름에 의해 형성된 구획
- 매트릭스 공간 (내부 멤브레인 내부의 공간)
외부 막 : 외막은 전체 소기관을 둘러싸고 세포 내 유체로부터 분리한다. 외막의 구조는 소수성 지질 헤드와 친수성 인산 인산 테일을 갖는 2 개의 층으로 구성된 전체 세포의 막 구조와 매우 유사하다. 외막은 미토콘드리아 안팎에서 물질 및 단백질의 흐름을 조절하는 기능을한다. 포린 (porins)이라는 막에 내장 된 단백질 재료의 운송을 지원합니다. 외막에는 또한 세포에서 다양한 반응을 돕는 효소도 포함되어 있습니다.
막 횡단 공간 : 외부와 내부 막 사이에는 막 횡단 공간이 있습니다. 외막은 작은 입자에 투과성이기 때문에, 막 간 공간 내부의 유체 조성은 미토콘드리아 외부의 유사성 조성물과 유사하다. 막 횡단 공간에는 외부 막을 가로 질러 수송 된 단백질도 포함합니다.
내부 멤브레인 : 외막과 비교하여, 내부 막은 더 많은 단백질로 구성된다. 내부 막은 세포 호흡의 최종 단계 인 산화 적 인산화 부위 인 단백질을 함유한다. 내부 막은 외막과는 달리 4- 지방산 인지질 인 Cardiolipin을 함유하기 때문에 외부 막과 다릅니다. 여분의 지방산은 내부 막을 외막보다 더 불 침투성으로 만듭니다.
Cristae : 내부 막에는 Cristae라는 수많은 주름과 주머니가 들어 있습니다. Cristae 로의 내부 막의 조밀 한 접힌 모양은 내부 막의 표면적을 증가시켜 ATP 생산을 더 많이 허용합니다. Cristae의 정확한 수는 세포가 생산 해야하는 ATP의 양에 따라 다릅니다.
매트릭스 공간 : 매트릭스 공간은 미토콘드리아의 내부 부분을 차지하며 총 단백질의 2/3을 포함합니다. 매트릭스 공간은 효소, 리보솜, TRNA 및 기타 화학 물질의 고도로 농축 된 혼합물을 갖는다. 대부분의 효소는 Krebs 사이클 동안 피루 베이트 및 지방산을 산화시키는 기능을한다. 매트릭스 공간에는 또한 미토콘드리아 DNA가 포함되어 있습니다. 미토콘드리아 DNA는 세포의 핵에서 발견되는 DNA와 구별됩니다.
그것들은 일반적으로 작고 콩 모양의 포드로 묘사되지만, 미토콘드리아의 실제 물리적 구조는 조직 및 세포 유형의 종류에 따라 크게 다를 수 있습니다. 일부는 더 작은 둥근 모양을 취하고 다른 일부는 복잡한 나선 또는 무정형 얼룩처럼 보입니다. 미토콘드리아는 세포에서 밀도가 높고 복잡한 네트워크를 형성하여 끊임없이 분할되고 다시 결합됩니다.
미토콘드리아 기능
앞에서 언급 한 바와 같이, 미토콘드리아의 주요 기능은 ATP를 생산하는 것입니다. 그들은 어떻게 이것을합니까? 미토콘드리아는 ATP가 영양소에서 화학 에너지를 추출하고 ATP로 전환하기위한 복잡한 일련의 화학 반응의 부위이기 때문에 ATP를 생성합니다. 이 과정을 세포 호흡이라고합니다. 당분 해의 생성물을 산화시킴으로써 미토콘드리아 ATP를 형성합니다 :피루 베이트 및 NADH.
당분 해 동안 생성 된 피루 베이트 분자는 내부 막을 가로 질러 산화 된 단백질에 의해 내부 막을 가로 질러 매트릭스 공간 내로 운반되어 산화 된 아세틸 -CoA 및 NADH를 만들기 위해 옥살로 아세테이트를 생성하여 구연산 사이클에 사용되는 중요한 중간체를 생성한다. 아세틸 -CoA는 시트르산 사이클을 통과하여 일부 ATP를 생성하고 2 개의 전자 캐리어 NADH 및 FADH 2 를 생성합니다. .
다음 단계는 산화 인산화입니다. 전자 담체는 전자를 내부 막의 단백질로 증착시켜 내부 막을 가로 질러 전자를 이동시키는 복잡한 산화 환원 반응 인 전자 수송 체인을 생성한다. 전자 수송 체인은 에너지를 방출하며, 이는 내부 막을 가로 질러 양성자 (H 이온)를 모방 간 공간으로 이동시킨다. 막 절간에서 양성자의 농도는 내부 막을 가로 질러 강한 전기 화학적 구배를 만듭니다. 이어서, 양성자는 효소 ATP 신타 제에 의해 내부 막을 가로 질러 셔틀 링된다. 잠재적 에너지의 변화는 ADP 및 무기 인산염으로부터 ATP를 합성하는 데 사용됩니다.
당분 해에서 산화 적 인산화로의 세포 호흡의 전체 과정은 이론적으로 단일 포도당 분자 당 36 개의 ATP 분자를 생성 할 수있다. 포도당 연소 열은 2805 kJ/mol입니다. ATP의 연소 열은 두더지 당 30.5 kJ이며, 세포 호흡의 효율은 다음과 같은 방식으로 계산 될 수 있습니다.
효율 =ATP의 총 에너지/포도당의 총 에너지
ATP의 총 에너지 =30.5 kJ/mol x 36 (포도당 분자 당 36 ATP 분자) =1098 kJ/mol
포도당의 총 에너지 =2805 kj/mol
1098kj/2805kj ≈ 39%
세포 호흡은 이론적 인 최대 열역학적 효율이 약 39%를 가지며, 이는 에너지의 절반 이상이 열로 손실된다는 것을 의미합니다. 실제 상황에서, 호흡은 산화 환원 반응의 비 효율성 및 전자 수송 트레인의 막 미끄러짐으로 인해 약 34-35% 효율적입니다. 이에 비해 표준 내부 연소 엔진은 약 25-30% 열 효율로 작동합니다. 이는 미토콘드리아가 자동차보다 조금 더 에너지 효율이 있음을 의미합니다.
미토콘드리아 DNA
미토콘드리아는 세포 핵의 DNA에서 발견 된 것과 구별되는 자체 게놈이 있다는 점에서 독특합니다. 미토콘드리아 DNA (MDNA)는 매트릭스 공간에 존재하는 단일 원형 염색체에 저장된다. 미토콘드리아는 DNA 복제 및 전사를위한 자체 메커니즘을 가지고 있습니다.
인간의 경우 MDNA는 거의 항상 어머니에게서 전달됩니다. 이에 대한 한 가지 이유는 인간 난자 세포가 정자 세포보다 약 1000 배 더 많은 미토콘드리아를 함유하고 있기 때문입니다. 또한 정자 세포는 편모에 미토콘드리아를 함유하고 있으며, 이는 수정 중에 파괴 될 수 있습니다. 드문 경우, zygote는 두 부모로부터 MDNA 세트를 상속합니다. 핵 DNA와 비교하여 MDNA는 보존되고 돌연변이를 겪을 가능성이 적습니다.
MDNA 상속이 사실상 어머니를 통해 사실상 항상 어머니를 통해 과학자들이 모성 조상 혈통에 매우 멀리 돌아올 수 있다는 사실. 미토콘드리아 DNA의 통과는 계보 학자들이 약 10 만 - 150,000 년 전에 살았던 가장 최근의 공통 조상 (모든 살아있는 인간이 내려온 가장 최근의 여성)으로 뒤로 추정 할 수있게한다. 모든 살아있는 인간은이 개인에게 모계 기원을 추적 할 수 있기 때문에, 가장 최근의 공통 조상은 때때로 성경 창조 이야기와 관련하여“미토콘드리아 이브”라고 불립니다.
.미토콘드리아는 어디에서 왔습니까?
진핵 생물에서 미토콘드리아의 기원은 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 현재, endosymbiosis의 일반적인 이론은 미토콘드리아가 상이한 단세포 원핵 생물의 공생을 통해 진화했다고한다. 이 과정을 공생성이라고합니다. 공생 이론에 따르면, 미토콘드리아 및 엽록체와 같은 다른 소기관은 원래 더 큰 세포에 통합 된 독립형 원핵 생물 유기체였다. 시간이 지남에 따라,이 얽힌 원핵 생물은 더 큰 세포에서 특수한 기능을 제공하도록 진화했습니다.
여러 줄의 증거 가이 이론을 뒷받침합니다. 미토콘드리아, 엽록체 및 박테리아 세포벽은 막을 가로 지르는 단백질, 미토콘드리아 및 박테리아 세포벽 둘 다를 포함하는 동일한 종류의 포린을 함유하고, 미토콘드리아 및 박테리아 세포벽은 카디 올리핀, 미토콘드리아 및 엽록체는 원핵 생물과 같은 이진 핵분열 및 미토콘드리아의 원형 DNA를 통해서만 생식한다. 박테리아.
