ما هي الميتوكوندريا

تشكل الخلية المكون الأساسي لجميع الكائنات الحية، وتنقسم الخلايا إلى نوعين هما الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة، وتحتوي الخلايا حقيقية النواة على عضيات داخلها تقوم بأداء وظائف مختلفة للخلية.

تُعرف الميتوكوندريا، المعروفة باسم `قوة الخلية` أو منتج طاقة الخلية، بأنها عضية ذات غشاء مزدوج توجد في معظم الكائنات حقيقية النواة، وتعمل بشكل أساسي كـ `الجهاز الهضمي للخلية`.

تلعب الميتوكوندريا دورًا رئيسيًا في تحويل العناصر الغذائية إلى جزيئات غنية بالطاقة للخلية، حيث تحدث العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تعرف باسم التنفس الخلوي داخل الميتوكوندريا، ويتمكن الخلايا من استخدام الطاقة التي تم إنتاجها عن طريق التنفس الخلوي لتأدية وظائفها المختلفة

مصطلح `ميتوكوندريا` مشتق من الكلمات اليونانية `ميتوس` و`كوندريون`، والتي تعني `خيط` و`يشه الحبيبات` على التوالي، وقد وصفه العالم الألماني ريتشارد ألتمان لأول مرة في عام 1890.

تركيب الميتوكوندريا

تتميز الميتوكوندريا بشكلها المستطيل أو البيضاوي الخاص وتحيط بها غشاء مزدوج. تتألف كل طبقة منها من طبقة ثنائية تحتوي على فوسفوليبيد وبروتينات مضمنة. يكون الغشاء الخارجي أملسا بينما يحتوي الغشاء الداخلي على العديد من التجاعيد أو الهياكل المعروفة بالأعراف البلورية  .

تزيد هذه الطيات من إنتاجية عملية التنفس الخلوي من خلال زيادة المساحة المتاحة لإتمام تفاعلات التنفس الخلوي.

يوجد داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا سلسلة من المجمعات البروتينية والجزيئات الحاملة للإلكترون، والتي تشكل سلسلة نقل الإلكترون (ETC).

تشكل سلسلة نقل الإلكترون المرحلة الثالثة من التنفس الخلوي الهوائي، وهي المرحلة التي يتم فيها تكوين الغالبية العظمى من جزيئات ATP، والتي تعد مصدرًا رئيسيًا للطاقة في الخلايا

تُعدُّ هذه الجزيئات مصدرًا رئيسيًا للطاقة في الجسم، وتستخدمها الخلايا لأداء وظائف هامة مثل تقلص العضلات وانقسام الخلايا.

أين توجد الميتوكوندريا

الميتوكوندريا موجودة في جميع الخلايا النباتية والحيوانية باستثناء خلايا قليلة مثل خلايا الدم الحمراء الناضجة في جسم الإنسان. وقد توجد ميتوكوندريا متعددة في خلايا واحدة تبعا لوظيفة الخلية. توجد الميتوكوندريا داخل سيتوبلازم الخلية مع العضيات الأخرى داخل الخلية، والسيتوبلازم هو مصطلح يشير إلى جميع المواد الموجودة داخل الخلية وتكون محاطة بالغشاء الخلوي.

تعني هذه العبارة أن الميتوكوندريا جزء من السيتوبلازم الخلوي.

ويختلف عدد الميتوكوندريا داخل الخلية حسب نوع الخلية ووظيفتها، كما ذكرنا ، لا تحتوي خلايا الدم الحمراء على الميتوكوندريا على الإطلاق، حيث يترك غياب الميتوكوندريا والعضيات الأخرى في خلايا الدم الحمراء مجالًا لملايين جزيئات الهيموجلوبين اللازمة لنقل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم.

من ناحية أخرى، قد تحتوي خلايا العضلات على آلاف الميتوكوندريا التي توفر الطاقة اللازمة لنشاط العضلات، وتكون الميتوكوندريا وفيرة أيضًا في الخلايا الدهنية وخلايا الكبد.

وظيفة الميتوكوندريا

كما ذكر، فإن الميتوكوندريا تقوم بإنتاج الطاقة، ولفهم دورها يجب فهم عملية التنفس الخلوي داخل الخلية، والتي تهدف في النهاية لإنتاج مخزون الطاقة ATP، وتشمل العملية الثلاثة لإنتاج ATP: تحليل السكر ودورة حمض الكربوكسيل “دورة الكربس” والفسفرة المؤكسدة.

كيف تنتج الميتوكوندريا الطاقة

التنفس الخلوي يتم في ثلاثة مراحل، وهي:

• جليكوليزس GLYCOLYSIS

تسمى المرحلة الأولى في عملية تحلل السكر بجليكوليز، وتهدف إلى تحطيم الجلوكوز إلى جزيئين متساويين، وتستخدم هذه العملية ATP كمصدر للطاقة، وفي النهاية تنتج جزيئين من البايوفيت لكل جزيء من الجلوكوز، وتحدث هذه العملية في السيتوبلازم خارج الميتوكوندريا.

• دورة كربس

تحدث دورة كربس في ميتوكوندريا، حيث يحتاج البيروفيت إلى بعض التعديلات، فيفقد الكربون ويتحول إلى ثنائي أكسيد الكربون وينتج ما يسمى استيل كوانزيم A. وعندما يدخل هذا المركب في دورة كربس، يتحد مع حمض الأكسالواسيتيك وينتج حمض الستريك. تحدث عدة تعديلات أخرى داخل الدورة، وفي النهاية يتم إعادة تكوين حمض الأكسالواسيتيك وتتكون الدورة مرة أخرى. ومن نتائج هذه الدورة تتم إنتاج كمية قليلة من الطاقة ATP، ومركبات ناقلة الإلكترونات FADH2 و NADH، وتكون هذه المركبات هدفا أساسيا في هذه المرحلة.

• سلسلة النقل الإلكتروني

يتمثل الهدف من هذه المرحلة في إنتاج ATP، وهي تحدث في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا، حيث يتواجد مجموعة من الإنزيمات، بما في ذلك إنزيم تخليق ATP المعروف باسم ATP SYNTHASE.

عندما يخرج NADH من دورة كربس، يفقد إلكترونًا وذرة هيدروجين عند مروره بالإنزيم الأول كومبلكس 1، ويتحرك الإلكترون عبر السلسلة إلى الحشوة الميتوكوندريالية، في حين ينتقل الهيدروجين إلى الفراغ بين الغشاءين

أما FADH2 فيبدأ السلسلة من إنزيم كومبليكس 2، وتستمر السلسلة حتى تتراكم ذرات الهيدروجين بين الغشائين فيصبح تركيز الأيونات بين الغشائين أكبر من تركيزها داخل الحشوة، لذلك تنتقل ذرات الهيدروجين عبر ATP SYNTHASE لتنتقل إلى داخل الحشوة، وخلال تلك العملية يتم إنتاج ATP اللازم لخلايا الجسم.

تكاثر الميتوكوندريا

الميتوكوندريا تعتبر شبه مستقلة في العمل، إذ تعتمد على الخلية جزئيًا فقط للتكاثر والنمو، إذ تحتوي الميتوكوندريا على الحمض النووي الخاص بها والريبوزومات ويمكنها صنع البروتينات الخاصة بها.

تمتلك الميتوكوندريا بعض السيطرة على تكاثرها مثل البكتيريا، حيث تحتوي على دنا دائري وتتكاثر بعملية تسمى الانشطار الثنائي.

قبل الانقسام، تندمج الميتوكوندريا معًا في عملية تسمى الاندماج، ويتطلب ذلك الاندماج للحفاظ على الاستقرار، لأنه بدونه ستصغر الميتوكوندريا كلما انقسمت.

وهذه الميتوكوندريا الأصغر لن تكون قادرةً على إنتاج كمياتٍ كافيةٍ من الطاقة اللازمة لعمل وظيفة الخلايا المناسبة.

الفرق بين الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء

البلاستيدات والميتوكوندريا هما نوعان من العضيات الموجودة في الخلية، ولكن البلاستيدات الخضراء هي عضية مرتبطة بالغشاء وتوجد فقط في الطحالب والخلايا النباتية، بينما تتواجد الميتوكوندريا في الفطريات والنباتات والحيوانات ومعظم الخلايا ذات النواة الحقيقية.

الفرق الرئيسي بين البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا هو وظيفتهما، حيث تقوم البلاستيدات الخضراء بإنتاج السكريات باستخدام ضوء الشمس في عملية تسمى التمثيل الضوئي، في حين تعد الميتوكوندريا مراكز القوة في الخلية التي تقوم بتحطيم السكر لاستخراج الطاقة في عملية تسمى التنفس الخلوي