ミトコンドリア

構造

ミトコンドリアには2つの膜がある。膜はリン脂質の二重層とタンパク質でできている。この2つの膜はそれぞれ異なる性質を持っている。この二重膜構造のおかげで、ミトコンドリアには5つの異なるコンパートメントが存在する。それらは

1. ミトコンドリア外膜の
2. 膜間空間（外膜と内膜の間の空間）のこと。
3. ミトコンドリアの内膜にある
4. 内側の膜が折り重なってできたクリスタの空間と
5. マトリックス（内膜の内側の空間）にある。ミトコンドリアは、小さな球状または円筒状の小器官である。一般的にミトコンドリアは、長さ2.8ミクロン、幅約0.5ミクロンで、核の約150倍の大きさです。1つの細胞には約100～150個のミトコンドリアが存在する。

機能

ミトコンドリアの主な役割は、グルコースを取り込み、その化学結合に蓄えられたエネルギーを使って、細胞呼吸と呼ばれるプロセスでATPを作ることです。このプロセスには、解糖、クエン酸サイクルまたはクレブスサイクル、そしてATP合成という3つの主要なステップがあります。このATPはミトコンドリアから放出され、細胞内の他の小器官で分解され、それぞれの機能を働かせるために使用されます。

DNA

ミトコンドリアはかつて独立したバクテリアで、真核細胞に取り込まれて真核細胞の一部になったと考えられています。これは「内共生」と呼ばれるプロセスです。

細胞のDNAのほとんどは細胞核にありますが、ミトコンドリアは独立したゲノムを持っています。また、ミトコンドリアのDNAは、細菌のゲノムと非常によく似ている。

ミトコンドリアDNAの略語は、mDNAまたはmtDNAです。どちらも研究者の間では使われています。

継承について

ミトコンドリアの分裂は、細菌の細胞分裂と同様に、二分一の分裂によって行われる。単細胞の真核生物では、ミトコンドリアの分裂は細胞分裂と連動している。この分裂は、各娘細胞が少なくとも1つのミトコンドリアを受け取るように制御されなければならない。他の真核生物（例えばヒト）では、ミトコンドリアは、細胞周期に合わせてではなく、細胞のエネルギー需要に応じてDNAを複製し、分裂することがある。

ミトコンドリアの遺伝子は、核の遺伝子と同じメカニズムでは継承されない。ミトコンドリア、つまりミトコンドリアDNAは、通常、卵子からのみ得られる。精子のミトコンドリアは卵子の中に入りますが、後に破壊されるようにマークされています。卵細胞には比較的少数のミトコンドリアしか含まれていませんが、これらのミトコンドリアが生き残り、分裂して成体の細胞を構成します。したがって、ミトコンドリアは、ほとんどの場合、母方の女性の血筋に継承される。この様式は、すべての動物、および他のほとんどの生物に当てはまる。しかし、松やイチイではないが、一部の針葉樹ではミトコンドリアが父方に遺伝する。

1つのミトコンドリアには、2～10のDNAコピーが存在する。このため、ミトコンドリアのDNAは二分一分裂によって複製され、正確なコピーが作られると考えられている。しかし、動物のミトコンドリアが組換えを行うことを示す証拠がいくつかある。組み換えが起こらない場合、ミトコンドリアDNAの全塩基配列は単一のハプロイドゲノムを表し、個体群の進化史を研究するのに有用である。

集団遺伝学的研究

ミトコンドリアDNAには組換えがほとんどないため、集団遺伝学や進化生物学に有用である。すべてのミトコンドリアDNAが1つのハプロイドユニットとして継承される場合、異なる個体から得られたミトコンドリアDNAの関係は、遺伝子樹として見ることができる。この遺伝子樹のパターンを利用して、集団の進化の歴史を推測することができる。その典型的な例は、分子時計を用いて、いわゆるミトコンドリア・イブの日付を示すことができるというものである。これは、現代人がアフリカから広がったことを強く裏付けるものと解釈されることが多い。また、人間の例では、ネアンデルタール人の骨から採取したミトコンドリアDNAの塩基配列が判明しました。ネアンデルタール人と現生人類のミトコンドリアDNA配列の間に比較的大きな進化的距離があることは、ネアンデルタール人と解剖学的に現代の人類との間に一般的な交配がなかったことの証拠となる。

しかし、ミトコンドリアDNAは、集団の中の女性の歴史を反映しているに過ぎません。集団全体の歴史を表しているとは限りません。ある程度は、Y染色体の父方の遺伝子配列を利用することができます。広い意味では、核DNAも含めた研究でなければ、集団の包括的な進化の歴史を知ることはできません。

関連ページ

• 細胞呼吸
• 解糖系
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