Mitokondrier: Cellens kraftværk – funktion, ATP og celleånding

En mitokondrion indeholder to membraner. De består af dobbeltlag af fosfolipider og proteiner. De to membraner har forskellige egenskaber. På grund af denne organisation med dobbeltmembraner er der fem forskellige rum i mitokondriet. De er:

1. den ydre mitokondriemembran,
2. intermembranrummet (rummet mellem den ydre og den indre membran),
3. den indre mitokondriemembran,
4. cristae-rummet (dannet af indfoldninger af den indre membran), og
5. matrixen (rummet inden for den indre membran). Mitokondrier er små, kugleformede eller cylindriske organeller. Generelt er en mitokondrion 2,8 mikrometer lang og ca. 0,5 mikrometer bred. den er ca. 150 gange mindre end kernen. Der er omkring 100-150 mitokondrier i hver celle.

Mitokondriernes hovedopgave i cellen er at optage glukose og bruge den energi, der er lagret i dets kemiske bindinger, til at lave ATP i en proces kaldet celleånding. Der er tre hovedtrin i denne proces: glykolyse, citronsyrecyklus eller Krebscyklus og ATP-syntese. Denne ATP frigives fra mitokondriet og nedbrydes af cellens andre organeller til at drive deres egne funktioner.

Man mener, at mitokondrier engang var selvstændige bakterier og blev en del af eukaryote celler ved at blive opslugt, en proces, der kaldes endosymbiose.

Det meste af cellens DNA findes i cellekernen, men mitokondriet har sit eget uafhængige genom. Dets DNA har også en betydelig lighed med bakteriegenomer.

En forkortelse for mitokondrie-DNA er enten mDNA eller mtDNA. Begge er blevet brugt af forskere.

Mitokondrier deler sig ved binær fission i lighed med bakteriel celledeling. I encellede eukaryoter er mitokondriedelingen forbundet med celledelingen. Denne deling skal styres, så hver dattercelle får mindst én mitokondrion. I andre eukaryoter (f.eks. hos mennesker) kan mitokondrier replikere deres DNA og dele sig som reaktion på cellens energibehov snarere end i takt med cellecyklusen.

Et individs mitokondrielle gener nedarves ikke efter samme mekanisme som nukleare gener. Mitokondrierne, og dermed det mitokondrielle DNA, kommer normalt kun fra ægget. Sædcellens mitokondrier kommer ind i ægget, men er markeret til senere destruktion. Ægcellen indeholder relativt få mitokondrier, men det er disse mitokondrier, der overlever og deler sig for at befolke cellerne i den voksne organisme. Mitokondrier nedarves derfor i de fleste tilfælde fra kvindens linje, såkaldt maternel arv. Denne måde gælder for alle dyr og de fleste andre organismer. Mitokondrier nedarves dog faderligt hos nogle nåletræer, dog ikke hos fyrretræer og taks.

En enkelt mitokondrion kan indeholde 2-10 kopier af sit DNA. Derfor antages mitokondrie-DNA at reproducere sig ved binær spaltning, så der produceres nøjagtige kopier. Der er dog visse tegn på, at dyrs mitokondrier kan undergå rekombination. Hvis der ikke sker rekombination, repræsenterer hele sekvensen af mitokondrie-DNA et enkelt haploidt genom, hvilket gør den nyttig til undersøgelse af befolkningers udviklingshistorie.

Populationsgenetiske undersøgelser

Den næsten manglende rekombination i mitokondrie-DNA gør det nyttigt i populationsgenetik og evolutionsbiologi. Hvis alt mitokondrie-DNA nedarves som en enkelt haploid enhed, kan forholdet mellem mitokondrie-DNA fra forskellige individer ses som et gentræ. Mønstre i disse gentræer kan bruges til at udlede befolkningers udviklingshistorie. Det klassiske eksempel på dette er, hvor det molekylære ur kan bruges til at give en dato for den såkaldte mitokondrielle Eva. Dette tolkes ofte som en stærk støtte for spredningen af moderne mennesker ud af Afrika. Et andet eksempel på mennesker er sekventering af mitokondrie-DNA fra neandertalerknogler. Den relativt store evolutionære afstand mellem mitokondrie-DNA-sekvenserne fra neandertalerne og de levende mennesker er et bevis for en generel mangel på krydsning mellem neandertalerne og de anatomisk moderne mennesker.

Mitokondrie-DNA afspejler imidlertid kun kvindernes historie i en population. Det repræsenterer muligvis ikke historien for befolkningen som helhed. I et vist omfang kan fædrenes genetiske sekvenser fra Y-kromosomet anvendes. I bredere forstand er det kun undersøgelser, der også omfatter nuklear-DNA, der kan give en omfattende evolutionær historie for en population.

• Cellulær respiration
• Glykolyse
• Krebs-cyklus