โครงสร้างและส่วนประกอบของไมโทคอนเดรีย

ไมโทคอนเดรียถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มสองชั้นที่กำหนดส่วนประกอบภายในที่แตกต่างกัน และสถาปัตยกรรมนี้เองที่ทำให้เกิดกระบวนการออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชันได้ เยื่อหุ้มชั้นนอกที่เรียบและเยื่อหุ้มชั้นในที่พับเป็นรอยลึกจะแยกช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มออกจากเมทริกซ์กลาง และรอยพับของเยื่อหุ้มชั้นใน — ที่เรียกว่าคริสตี — จะช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวที่รองรับกลไกการหายใจได้อย่างมาก

Definition

โครงสร้างของไมโทคอนเดรียหมายถึงการจัดระเบียบของออร์แกเนลล์ออกเป็นเยื่อหุ้มสองชั้น (ชั้นนอกและชั้นใน) และส่วนประกอบที่เยื่อหุ้มเหล่านี้ล้อมรอบ — ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มและเมทริกซ์ — โดยมีเยื่อหุ้มชั้นในพับเป็นคริสตีซึ่งเป็นที่อยู่ของสายโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนและเอนไซม์ ATP synthase

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นใน, ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้ม, คริสตีและรอยต่อของคริสตี, และเมทริกซ์ รวมถึงวิธีการที่การแบ่งส่วนนี้สนับสนุนการหายใจ และวิธีการที่รูปร่างของไมโทคอนเดรียถูกปรับเปลี่ยนโดยการรวมตัวและการแยกตัว นี่คือข้อมูลอ้างอิงด้านโครงสร้างและชีววิทยาของเซลล์ ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

Core questions

• เยื่อหุ้มและส่วนประกอบของไมโทคอนเดรียมีอะไรบ้าง?
• เหตุใดเยื่อหุ้มชั้นในจึงพับเป็นคริสตี?
• การแบ่งส่วนช่วยให้เกิดการไล่ระดับโปรตอนได้อย่างไร?
• รูปร่างของไมโทคอนเดรียถูกปรับเปลี่ยนโดยการรวมตัวและการแยกตัวได้อย่างไร?

Key concepts

• เยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียชั้นนอก
• เยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียชั้นใน
• ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้ม
• คริสตีและรอยต่อของคริสตี
• เมทริกซ์ไมโทคอนเดรีย
• DNA และไรโบโซมของไมโทคอนเดรีย
• การรวมตัวและการแยกตัว (พลวัตของไมโทคอนเดรีย)

Mechanisms

เยื่อหุ้มชั้นนอกค่อนข้างยอมให้โมเลกุลขนาดเล็กผ่านได้ผ่านทางพอริน (porins) ในขณะที่เยื่อหุ้มชั้นในมีความจำเพาะสูงและไม่ยอมให้ไอออนส่วนใหญ่ผ่าน ทำให้สามารถรักษาระดับความเข้มข้นของโปรตอนที่จำเป็นต่อการอนุรักษ์พลังงานได้ เยื่อหุ้มชั้นในพับเป็นคริสตี ซึ่งเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับสายโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนและเอนไซม์ ATP synthase; รอยต่อของคริสตีช่วยจัดระเบียบส่วนประกอบนี้ เมทริกซ์ประกอบด้วยเอนไซม์ในวัฏจักรกรดซิตริก, DNA ของไมโทคอนเดรีย, และกลไกสำหรับการแสดงออกของยีน สัณฐานวิทยาของไมโทคอนเดรียไม่ได้คงที่ แต่มีการปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องโดยการรวมตัวและการแยกตัว ซึ่งปรับเครือข่ายให้เข้ากับความต้องการของเซลล์

Clinical relevance

ความสมบูรณ์ของโครงสร้างไมโทคอนเดรียเป็นพื้นฐานของความสามารถในการสร้าง ATP และมีการสังเกตพบการเปลี่ยนแปลงสัณฐานวิทยาของไมโทคอนเดรียในสภาวะของเซลล์หลายชนิดที่ศึกษาในการวิจัย ข้อมูลนี้อธิบายโครงสร้างและพลวัตเพื่อการอ้างอิง และไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

ไมโทคอนเดรียถูกระบุโดยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในช่วงกลางศตวรรษที่ยี่สิบได้เปิดเผยการจัดระเบียบแบบเยื่อหุ้มสองชั้นและคริสตี งานวิจัยในภายหลังได้รวมภาพนิ่งนี้เข้ากับการค้นพบว่าไมโทคอนเดรียสร้างเครือข่ายที่มีพลวัตซึ่งมีรูปร่างโดยการรวมตัวและการแยกตัวอย่างต่อเนื่อง

Key figures

• Jennifer Nunnari
• Luca Scorrano

Seminal works

• nunnari-2012
• pernas-2016

Frequently asked questions

เหตุใดเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียชั้นในจึงมีรอยพับจำนวนมาก?

รอยพับที่เรียกว่าคริสตี ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวของเยื่อหุ้มที่เป็นที่อยู่ของสายโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนและเอนไซม์ ATP synthase ซึ่งเพิ่มความสามารถของออร์แกเนลล์ในการสร้าง ATP

ความแตกต่างระหว่างเมทริกซ์และช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มคืออะไร?

เมทริกซ์เป็นส่วนประกอบที่อยู่ด้านในสุดที่ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นในและประกอบด้วยเอนไซม์ในวัฏจักรกรดซิตริกและ DNA ของไมโทคอนเดรีย; ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มอยู่ระหว่างเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอก และสะสมโปรตอนที่ถูกปั๊มออกไประหว่างการหายใจ