Τα μιτοχόνδρια κρατούν τα μυστικά της ζωής και του θανάτου

Το άρθρο αυτό είναι αφιερωμένο σε εκείνα τα ιδιόρρυθμα κυτταρικά οργανίδια, που έχουν το θράσος να αψηφούν την κυριαρχία του πυρήνα και των εντολών του (εν μέρει μόνο για να είμαστε και ειλικρινείς). Για αυτά λοιπόν τα οργανίδια, έχει ειπωθεί ότι κρατούν τα μυστικά της ζωής και του θανάτου. Πως γίνεται όμως ένα οργανίδιο να είναι ταυτόχρονα υπεύθυνο για τη διατήρηση της ζωής, αλλά και για τον θάνατο; Μήπως επειδή ο θάνατος και η ζωή είναι οι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος; Και εσένα Αναγνώστη μου, που θα σου φανεί χρήσιμο αυτό το άρθρο; Ας σταματήσω τις ρητορικές ερωτήσεις κι ας δώσω και καμιά απάντηση. Στο Κεφάλαιο 2  του σχολικού εγχειριδίου της Βιολογίας της Β΄Λυκείου υπάρχει η ενότητα «Μια περιήγηση στο εσωτερικό του κυττάρου», όπου γίνεται λόγος για τα οργανίδια, μεταξύ αυτών και του μιτοχονδρίου, οπότε και μπορείς να το χρησιμοποιήσεις ως πρόσθετο υλικό για τους μαθητές σου. Ένα ενδιαφέρον κουίζ, ένα υπέροχο παιχνίδι κι  ένα ωραίο τραγούδι για το ρόλο των οργανιδίων του κυττάρου, μιας και θα βρίσκεσαι σε αυτή την ενότητα.

Για την Ιστορία…

Οι πρώτες καταγραφές για τις ενδοκυτταρικές δομές που πιθανότατα αντιπροσωπεύουν τα μιτοχόνδρια πραγματοποιήθηκαν το 1840, λίγα μόλις χρόνια μετά την ανακάλυψη του πυρήνα του κυττάρου. Ο Altmann το 1890 ήταν ο πρώτος που αναγνωρίζει την πανταχού παρούσα εμφάνιση αυτών των δομών και τα αποκαλεί «βιοβλάστες». Ο όρος μιτοχόνδριο εισήχθη  αργότερα (1898) από τον Benda, και προέρχεται από την ελληνική λέξη «μίτος» (νήμα) και “χόνδρος” (σφαιρικό σωμάτιο), που περιγράφει γλαφυρά την εμφάνιση αυτών των δομών κατά τη διάρκεια της σπερματογένεσης (Ernster and Schatz, 1981). Για περισσότερα ιστορικά στοιχεία ακολούθησε το σύνδεσμο.

Και η μορφολογία και η δομή τους; ….

Τα μιτοχόνδρια είναι παρόντα σε κάθε κύτταρο, αλλά βρίσκονται σε υψηλότερη συγκέντρωση σε ενεργειακά απαιτητικά κύτταρα, όπως είναι τα μυϊκά. Το σχήμα και το μέγεθος τους ποικίλει ανάλογα με τον τύπο, τη μεταβολική κατάσταση και τις συγκεκριμένες λειτουργικές ανάγκες των κυττάρων. Αποτελούνται από την εξωτερική μεμβράνη, το διαμεμβρανικό χώρο, την εσωτερική μεμβράνη και τη μιτοχονδριακή μήτρα. Η εξωτερική μεμβράνη είναι διαπερατή στα περισσότερα μικρά μόρια και ιόντα, περιέχει οξειδωτικά ένζυμα, «πρωτεΐνες μεταφοράς» που επιτρέπουν τη διέλευση μορίων και ένζυμα μετατροπής λιπιδικών μορίων. Η εσωτερική μεμβράνη εμφανίζει υψηλό βαθμό εκλεκτικής διαπερατότητας, επιτρέποντας μόνο σε ορισμένα μόρια να τη διαπεράσουν. Σε αυτήν βρίσκονται αρκετά ένζυμα του κύκλου του Κrebs και της αναπνευστικής αλυσίδας. Ο μιτοχονδριακός χυμός είναι η κοκκιώδης περιοχή που περικλείεται από τις πτυχώσεις της εσωτερικής μεμβράνης και περιέχει κοκκία ασβεστίου, ένζυμα, DNA, RNA και ριβοσώματα (Αντωνέλου, 2015).

Και φυσικά τώρα ο λόγος για τη λειτουργία τους…

Τα μιτοχόνδρια αποτελούν τους σημαντικότερους παραγωγούς του μορίου ATP, το οποίο εναποθηκεύει πρόσκαιρα και για άμεση χρήση ενέργεια, ανάλογο θα λέγαμε με τα χαρτονομίσματα που χρησιμοποιούμε εμείς οι άνθρωποι στις συναλλαγές μας. Οι βασικότερες λειτουργίες τους είναι η διάσπαση των τροφών σε μακρομόρια και ακολούθως σε απλά μόρια, ο σχηματισμός ενδιάμεσων καταβολισμού στα κύτταρα (ακετυλο-συνένζυμο Α, ΑΤΡ, NADH), η  οξείδωση του ακετυλο-συνένζυμου Α  (παραγωγή CO2, H2O, NADH) και ο σχηματισμός ΑΤΡ μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Το νέο κουτί της Πανδώρας ακούει στο όνομα «Μιτοχόνδριο»

Ωστόσο, το μιτοχόνδριο είναι γεμάτο κι από δυνητικά επιβλαβείς πρωτεΐνες, κάτι σαν το κουτί της Πανδώρας θα λέγαμε. Δυνητικά μπορεί να οδηγήσει στην απελευθέρωση πληθώρας τοξικών ενώσεων, όπως ενεργές ρίζες οξυγόνου, πρωτεϊνών που μπορούν να ενεργοποιήσουν υδρολάσες, καθώς και αδρανών πρόδρομων κασπασών, μετά από κατάλληλο σήμα ενεργοποίησης οδηγώντας τελικά στον αποπτωτικό κυτταρικό θάνατο (Zamzami and Kroemer, 2001).

Τελειώνοντας…

Καταλαβαίνεις λοιπόν γιατί τα μιτοχόνδρια με τα ιδιάζοντα αυτά χαρακτηριστικά μπορούν να προσελκύσουν το ενδιαφέρον των μαθητών σου (και ελπίζω και των δικών μου, όταν διοριστώ). Δεν είναι απλά (εν μέρει τουλάχιστον) αναρχικά οργανίδια… Χωρίς αυτά ζωή δεν υπάρχει, αλλά και εξαιτίας αυτών, όταν το κύτταρο λάβει το κατάλληλο σήμα, τελικά θα καταλήξει στο θάνατο. Αυτή τους η αντιφατική λειτουργία, είναι τελικά που τους χαρίζει την απίστευτη γοητεία τους! Δες εδώ και ένα βιντεάκι για τα μιτοχόνδρια.

Βιβλιογραφία

Ernster L. and Schatz G., (1981), Mitochondria A Historical Review, J Cell Biol, 91 (3)

Zamzami N. and Kroemer G., (2001), The mitochondrion in apoptosis how Pandora’s box opens, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2(1)

Αντωνέλου Μ., (2015), Σημειώσεις Κυτταρικής Βιολογίας