מיטוכונדריה

הַגדָרָה

לכל תא גוף יש יחידות פונקציונליות מסוימות, מה שנקרא אברוני תאים. הם האיברים הקטנים של התא וכמו האיברים הגדולים הוקצו תחומי אחריות. אברוני התא כוללים מיטוכונדריה וריבוזומים.

תפקוד האיברונים התאיים שונה; חלקם מייצרים חומרי בניין, אחרים מבטיחים סדר ומנקים את "האשפה".
מיטוכונדריה אחראים על אספקת האנרגיה. הם משתמשים במונח הרלוונטי "תחנות כוח של התא" מזה שנים רבות. בתוכם, כל המרכיבים הדרושים לייצור אנרגיה מאגדים בכדי לייצר ספקי אנרגיה ביולוגית לכל התהליכים המשתמשים במה שמכונה נשימה סלולרית.

לכל תא בגוף יש ממוצע 1000-2000 מיטוכונדריה אינדיבידואליות, כך שהם מהווים כרבע מהתא כולו. ככל שתא צריך יותר אנרגיה לעבודה שלו, כך בדרך כלל יש לו מיטוכונדריה.
לפיכך, תאי עצב ותחושת, שרירים ותאי שריר לב הם בין אלו העשירים במיטוכונדריה מאחרים, מכיוון שתהליכים שלהם פועלים כמעט באופן קבוע והם עתירי אנרגיה במיוחד.

איור של מיטוכונדריה

1. מיטוכונדריה
2. גרעין התא -
   גַרעִין
3. גוף ליבה -
   Nucleolus
4. ציטופלזמה
5. קרום תא -
   פלסמאלם
6. תעלת נקבוביות
7. DNA מיטוכונדריאלי
8. מרחב בין-ממברני
9. רוביזונים
10. מַטרִיצָה
11. גַרגִיר
12. קרום פנימי
13. כריסטה
14. קרום חיצוני

תוכל למצוא סקירה כללית של כל תמונות Dr-Gumpert ב: איורים רפואיים

מבנה של מיטוכונדריון

מבנה המיטוכונדריון מורכב למדי בהשוואה לאברוני תאים אחרים. הם בערך 0.5 מיקרומטר, אך יכולים גם להיות גדולים יותר.

למיטוכונדריון שני פגזים, מה שנקרא קרום חיצוני וקרום פנימי. לקרום גודל 5-7 ננומטר.

קרא עוד בנושא בכתובת: קרום תא

הממברנות הללו שונות. החיצוני הוא סגלגל כמו קפסולה וחדירה לחומרים דרך נקבוביותיו הרבות. הפנים, לעומת זאת, מהווה מחסום, אך יכול לסלק באופן סלקטיבי חומרים פנימה והחוצה דרך תעלות מיוחדות רבות.
מאפיין מיוחד נוסף של הממברנה הפנימית בהשוואה לקרום החיצוני הוא קיפולו, מה שמבטיח כי הממברנה הפנימית בולטת אל פנים המיטוכונדריון באינספור כניסות צרות. לפיכך, פני הקרום הפנימיים גדולים באופן משמעותי מזה של החיצוני.
מבנה זה יוצר חללים שונים בתוך המיטוכונדריון, החשובים לשלבים השונים של ייצור אנרגיה, כולל הקרום החיצוני, המרחב בין הממברנות כולל הכניסה (מה שמכונה כריסטה), הממברנה הפנימית והחלל בתוך הממברנה הפנימית (מה שנקרא). מטריקס, הוא מוקף רק בקרום הפנימי).

סוגים שונים של מיטוכונדריה

ישנם שלושה סוגים שונים של מיטוכונדריות המוכרות: סוג הסכוליה, סוג הקריסטה וסוג התופת. החלוקה נעשית על בסיס פלישות הקרום הפנימי בפנים המיטוכונדריה. תלוי איך נראים ההטבעות האלה, אתה יכול לקבוע את הסוג. קפלים אלה משמשים להגדלת פני השטח (יותר מקום לשרשרת הנשימה).

בסוג הקריסטה יש פלישות דקות ורצועות. לסוג הצינורית יש פלישות צינוריות ולסוג הסאבולרי יש פלישות צינוריות שיש בהן בליטות קטנות.

סוג הקריטה הוא הנפוץ ביותר. הסוג הצינורי בעיקר בתאים המייצרים סטרואידים. סוג הסקולוס נמצא רק ב zona fasciculata של קליפת האדרנל.

מדי פעם מוזכר סוג רביעי: סוג הפריזמה. הפליטות מהסוג נראות משולשות והיא מתרחשת רק בתאים מיוחדים (אסטרוציטים) של הכבד.

DNA מיטוכונדריאלי

בנוסף לגרעין התא כמיקום האחסון העיקרי, מיטוכונדריה מכילות DNA משלהם. זה הופך אותם לייחודיים בהשוואה לשאר אברוני התא. מאפיין מיוחד נוסף הוא ש- DNA זה בצורה של מה שנקרא פלסמיד ולא, כמו בגרעין התא, בצורה של כרומוזומים.
תופעה זו ניתנת להסבר על ידי מה שנקרא תיאוריית האנדוסימביונט, הקובעת כי המיטוכונדריה היו תאים חיים משלהם בתקופת הקדום. בשלב מסוים המיטוכונדריות הקדומות הללו נבלעו על ידי אורגניזמים חד-תאיים גדולים יותר ומאז ואילך עשו את עבודתם בשירות האורגניזם האחר. שיתוף פעולה זה עבד כל כך טוב שהמיטוכונדריה איבדה את המאפיינים המייחדים אותם כצורת חיים עצמאית ושילבו עצמם בחיי התא.
טענה נוספת לטובת תיאוריה זו היא שמיטוכונדריה מתחלקות וצומחות עצמאית מבלי להזדקק למידע מגרעין התא.
בעזרת ה- DNA שלהם, המיטוכונדריה הן חריג לשאר חלקי הגוף, מכיוון ש- DNA המיטוכונדריה עוברת בירושה מהאם. הם מועברים עם תא הביצה של האם, כביכול, ומתחלקים במהלך התפתחות העובר עד שלכל תא בגוף יש מספיק מיטוכונדריה. ה- DNA שלהם זהה, מה שאומר שאפשר לייחס קווי ירושה אימהיים הרבה זמן אחורה.
כמובן שישנן גם מחלות גנטיות של ה- DNA המיטוכונדריאלי, מה שנקרא מיטוכונדרופתיות. עם זאת, ניתן להעביר את אלה רק מאם לילד והם בדרך כלל נדירים ביותר.

מהם התכונות המיוחדות בירושה של המיטוכונדריה?

מיטוכונדריה הן תא תאים שנמצא אך ורק בצד האימהי (אִמָהִי) עוברת בירושה. לכל ילדי אם יש את אותו ה- DNA המיטוכונדריאלי (מקוצר ל- mtDNA). ניתן להשתמש בעובדה זו במחקר גנאלוגי, למשל באמצעות ה- DNA המיטוכונדריאלי כדי לקבוע אם משפחה שייכת לעם.

בנוסף, המיטוכונדריה עם ה- mtDNA שלהם אינם כפופים לשום מנגנון חלוקה קפדני, כמו שקורה ב- DNA בתוך גרעין התא שלנו. אמנם זה מכפיל את עצמו ואז 50% בדיוק מועברים לתא הבת שנוצר, ה- DNA המיטוכונדריאלי מועתק לעתים פחות ופחות במהלך מחזור התא, והוא מופץ באופן לא אחיד למיטוכונדריה המתהווה של תא הבת. המיטוכונדריה מכילות בדרך כלל שניים עד עשרה עותקים של ה- mtDNA בתוך המטריצה ​​שלהם.

מקורם האימהי הטהור של המיטוכונדריה יכול להיות מוסבר על ידי תאי הנבט שלנו. מכיוון שהזרע הזכר רק מעביר את ראשו, המכיל רק את ה- DNA מגרעין התא, כאשר הוא מתמזג עם תא הביצה, תא הביצית האימהית תורם את כל המיטוכונדריה ליצירת העובר המאוחר. זנב הזרע, בקצהו הקדום בו נמצאים המיטוכונדריה, נשאר מחוץ לביצה, מכיוון שהוא משמש רק להזזת הזרע.

תפקוד המיטוכונדריה

המונח "תחנות כוח של התא" מתאר באומץ את תפקוד המיטוכונדריה, כלומר ייצור אנרגיה.
כל מקורות האנרגיה מהמזון עוברים מטבוליזם כאן בשלב האחרון והופכים לאנרגיה כימית או שימושית ביולוגית. המפתח לכך נקרא ATP (אדנוזין טרי-פוספט), תרכובת כימית המאגרת אנרגיה רבה ויכולה לשחרר אותה שוב באמצעות פירוק.

ATP הוא ספק האנרגיה האוניברסלי לכל התהליכים בכל התאים, הוא נחוץ כמעט תמיד ובכל מקום. הצעדים המטבוליים האחרונים לניצול פחמימות או סוכרים (מה שנקרא הנשמת תאים, ראה להלן) ושומנים (מה שמכונה חמצון בטא) מתקיימים במטריקס, שמשמעותו החלל בתוך המיטוכונדריון.
חלבונים משמשים בסופו של דבר גם כאן, אך הם כבר מומרים לסוכרים לפני כן בכבד ולכן עוברים את דרך הנשימה של התאים. Mitochondria הם אפוא הממשק להמרת מזון לכמויות גדולות יותר של אנרגיה שמישת ביולוגית.

יש הרבה מאוד מיטוכונדריות בתא, בערך אפשר לומר שתא שזקוק לאנרגיה רבה, כמו תאי שריר ועצב, יש גם יותר מיטוכונדריה מאשר תא שההוצאה האנרגטית שלו נמוכה יותר.

מיטוכונדריה יכולה ליזום מוות תאים מתוכנן (אפופטוזיס) דרך מסלול האותות הפנימי (בין תאיים).

משימה נוספת היא אחסון סידן.

מהי נשימה סלולרית?

הנשמת תאים היא תהליך מורכב מאוד מבחינה כימית להמרת פחמימות או שומנים ל- ATP, כלומר נושא האנרגיה האוניברסלי, בעזרת חמצן.
הוא מחולק לארבע יחידות תהליכים, אשר בתורם מורכבות ממספר רב של תגובות כימיות אינדיבידואליות: גליקוליזה, תגובה של PDH (פירובטה דהידרוגנאז), מחזור חומצות לימון ושרשרת נשימה.
גליקוליזה היא החלק היחיד של הנשימה התאית המתרחשת בציטופלזמה, השאר מתרחש במיטוכונדריה. גליקוליזה כבר מייצרת כמויות קטנות של ATP, כך שתאים ללא מיטוכונדריה או ללא אספקת חמצן יוכלו לענות על צורכי האנרגיה שלהם. עם זאת, סוג זה של ייצור אנרגיה אינו יעיל בהרבה ביחס לסוכר המשמש. ניתן להשיג שני ATPs ממולקולת סוכר אחת ללא מיטוכונדריה: בעזרת המיטוכונדריה יש בסך הכל 32 ATP.
מבנה המיטוכונדריה מכריע בשלבים נוספים של הנשמת תאים. תגובת PDH ומחזור חומצות לימון מתרחשות במטריקס המיטוכונדריאלי. התוצר הביניים של הגליקוליזה מועבר באופן פעיל אל פנים המיטוכונדריון באמצעות הובלות בשתי הממברנות, שם ניתן לעבד אותו עוד יותר.
השלב האחרון בהנשמת התא, שרשרת הנשימה, מתרחש אז בקרום הפנימי ומשתמש בהפרדה קפדנית של החלל בין הממברנות למטריקס. כאן נכנס לתמונה החמצן שאנו נושמים, שהוא הגורם החשוב האחרון לייצור אנרגיה מתפקד.

קרא עוד על זה תחת נשימה תאית אצל בני אדם

כיצד ניתן לחזק את המיטוכונדריה בתפקודם?

מאמץ פיזי ורגשי יכול להפחית את הביצועים של המיטוכונדריה שלנו ובכך את גופנו.
אתה יכול לנסות לחזק את המיטוכונדריה שלך באמצעים פשוטים. מנקודת מבט רפואית, זה עדיין שנוי במחלוקת, אולם ישנם כעת כמה מחקרים המייחסים לכמה שיטות השפעה חיובית.
תזונה מאוזנת חשובה גם למיטוכונדריה. מאזן אלקטרוליטים מאוזן רלוונטי במיוחד. אלה כוללים מעל לכל נתרן ואשלגן, ויטמין B12 מספיק וויטמינים מקבוצת B אחרים, חומצות שומן אומגה 3, ברזל ומה שנקרא קו אנזים Q10 המהווה חלק משרשרת הנשימה בקרום הפנימי.
פעילות גופנית וספורט מספקות מגרה את החלוקה ובכך את הכפלה של המיטוכונדריה, מכיוון שעכשיו הם צריכים לייצר יותר אנרגיה. זה בולט גם בחיי היומיום.
כמה מחקרים מראים כי חשיפה לקור, למשל. מקלחת קרה, מעודדת חלוקת המיטוכונדריה.
דיאטות כמו דיאטה קטוגנית (הימנעות מפחמימות) או צום לסירוגין שנויות במחלוקת. לפני אמצעים כאלה, עליך תמיד להתייעץ עם הרופא המהימן שלך. במיוחד עם מחלות קשות, כגון סרטן, יש לנקוט בזהירות עם ניסויים כאלה. אמצעים כלליים כמו פעילות גופנית ותזונה מאוזנת, עם זאת, אף פעם לא פוגעים והוכחו כמחזקים את המיטוכונדריה בגופנו.

האם ניתן להכפיל את המיטוכונדריה?

באופן עקרוני האורגניזם יכול לווסת את ייצור המיטוכונדריה למעלה או למטה. הגורם המכריע לכך הוא אספקת האנרגיה הנוכחית של האיבר בו יש להכפיל את המיטוכונדריה.
מחסור באנרגיה במערכות איברים אלה מוביל בסופו של דבר להתפתחותם של גורמי גדילה כביכול דרך מפל של חלבונים שונים האחראים על רישום היעדר האנרגיה. הידוע ביותר הוא PGC –1 - α. זה בתורו מבטיח כי תאי האיבר מגורים ליצירת מיטוכונדריה רבה יותר על מנת לנטרל את חוסר האנרגיה, מכיוון שיותר מיטוכונדריה יכולות לספק יותר אנרגיה.

בפועל ניתן להשיג זאת, למשל, על ידי התאמת התזונה. אם לגוף יש מעט פחמימות או סוכר בכדי לספק אנרגיה, הגוף עובר למקורות אנרגיה אחרים, כגון B. שומנים וחומצות אמינו. עם זאת, מכיוון שעיבודם מורכב יותר לגוף ואי אפשר להנגיש אנרגיה באותה המהירות, הגוף מגיב על ידי הגדלת ייצור המיטוכונדריה.

לסיכום, אנו יכולים לומר שתזונה דלת פחמימות או תקופת צום יחד עם אימוני כוח ממריצים מאוד את היווצרות המיטוכונדריה החדשה בשרירים.

מחלות מיטוכונדריות

מחלות מיטוכונדריות נובעות בעיקר מפגמים בשרשרת הנשימה של המיטוכונדריה. אם הרקמות שלנו מחומצן מספיק, שרשרת הנשימה הזו אחראית להבטיח שלתאים כאן יש אנרגיה מספקת בכדי לבצע את תפקידיהם ולשמור על עצמם בחיים.
בהתאמה, פגמים בשרשרת הנשימה הזו גורמים בסופו של דבר למוות של תאים אלה. מוות תאי זה בולט במיוחד באיברים או ברקמות התלויות באספקת אנרגיה קבועה. זה כולל שרירי שלד ולב כמו גם מערכת העצבים המרכזית שלנו, אך גם הכליות והכבד.

הנפגעים מתלוננים בדרך כלל על כאבי שרירים קשים לאחר אימון, הם בעלי יכולות נפשיות מופחתות או עלולים לסבול מהתקפים אפילפטיים. תפקוד לקוי של הכליות יכול להופיע גם.

הקושי עבור הרופא הוא לפרש נכון את התסמינים הללו. מכיוון שלא לכל המיטוכונדריה בגוף, ולעיתים גם לא לכל המיטוכונדריה בתא, יש תפקוד מיטוכונדריאלי לקוי זה, המאפיינים יכולים להשתנות מאוד מאדם לאדם. ברפואה, לעומת זאת, ישנם מתחמי מחלה מבוססים שבהם תמיד מושפעים איברים מכמה איברים מתקלות.

• ב תסמונת ליי לדוגמא, מתרחשים מוות בתאים באזור גזע המוח ופגיעה בעצבים ההיקפיים. במהלך ההמשך, איברים כמו הלב, הכבד והכליות הופכים לרגישים ובסופו של דבר מפסיקים לתפקד.
• במתחם הסימפטומים של מיופתיה, אנצפלופתיה, חמצת לקטית, פרקים דמויי שבץ, בקצרה תסמונת MELASהאדם הסובל ממומים בתאי שרירי השלד ובמערכת העצבים המרכזית.

מחלות אלה מאובחנות בדרך כלל באמצעות דגימת רקמה קטנה משריר. דגימת רקמה זו נבדקת במיקרוסקופית לגבי מומים. אם יש מה שנקרא "סיבים אדומים סמרטוטים" (גוש מיטוכונדריה), אלה הם אינדיקטור גדול מאוד לנוכחות מחלה מיטוכונדרית.
בנוסף, לעיתים קרובות נבדקים מרכיבי שרשרת הנשימה על תפקודם וה- DNA המיטוכונדריאלי נבדק לצורך מוטציות באמצעות רצף.

טיפול או אפילו ריפוי של מחלות מיטוכונדריות אינו נכון להיום (2017).