מיטוכונדריון (ברבים מיטוכונדריה), באנגלית Mitochondrion, נקרא בעברית תקנית נושמון, זהו אברון דמוי סיב המצוי בציטופלזמה של התאים. גודלו של האברון הוא כ-2 מ"מ אורך וכחצי מ"מ רוחב, והחלל הפנימי במיטוכונדריון מכיל מחיצות מסועפות למדי הנקראות קריסטות.
כדאי לדעת כי בחלל התאים האיאוקריוטיים יש מאות גופים מאורכים הנקראים מיטוכונדריה, מקור המושג הוא בשפה היוונית, כאשר מיטוס = חוט, כונדרוס = גרגר. האברון נמצא ברוב סוגי התאיים למעט בתאים של אצות וחיידקים. למיטוכונדריה יש תפקיד חשוב ומרכזי בתהליכי הנשימה של התאים, והנושמונים אחראים על אספקת האנרגיה לתא, לכן יש המכנים אותם כתחנות הכוח של התאים.
מהו מיטוכונדריון?
כאמור, מיטוכונדריון הנקרא בעברית נושמון הוא אברון המצוי בציטופלזמה, הוא מכונה בכתבי המדע הפופולריים בכינוי תחנת הכוח של התא. האברון המצוי ברוב סוגי התאים מתרחשים תהליכים ביוכימיים משמעותיים כמו מעגל קרבס וזרחון חמצוני, ובשילוב עם תהליך הגליקוליזה המתרחש בציטופלזמה, מתרחש תהליך הנשימה התאית, בתהליך זה משתחררת אנרגיה.
במאה ה-19 החוקרים זיהו בפעם הראשונה את המיטוכונדריה, הנושמונים תופסים נפח משמעותי בציטופלזמה הקיימת בתאים האאוקריוטים, וניתן לזהות את האברונים בגלל הצורה הייחודית שלהם שמזכירה מעין גליל מאורך המזכיר בצורתו בוטן, והנושמון גמיש ויש לו יכולת תנועה.
התפקיד המרכזי של הנושמונים הוא להפיק אנרגיה בתהליך הנשימה התאית והאירובית. בתהליך הנשימה התאית מתרחשת התחמצנות של חומרי המזון של התא, בנוכחות חמצן, והתהליך הופך את חומרי המזון לפחמן דו חמצני ומים. התהליך מפיק אנרגיה הזמינה עבור התא, היא מועברת למולקולות נוקלאוטיד (ATP).
מבנה המיטוכונדריה
המבנה של המיטוכונדריה מבוסס על שני קרומים (ממברנות), קרום חיצוני וקרום פנימי. האברון שגודלו הוא כמיקרומטר בלבד, מורכב מקרום חיצוני התוחם את האברון ומקרום פנימי שמחלק את האברון לשתי סביבות נפרדות, אחת בתוך השנייה.
הקרום הפנימי הוא בעל מבנה ייחודי עם קיפולים רבים, הקרום יוצר סביבה פנימית עם שטח פנים גדול, ולקרום הפנימי יש תפקיד נוסף לחלוקת העבודה בין המדורים השונים בעת תהליך הנשימה התאית. הקרום הפנימי משמש כמעין ממברנה שמונעת דיפוזיה של חומרים רבים, למשל יונים של מימן. הקרום החיצוני מפותל כדי להגדיל את השטח דרכו היונים של המימן יכולים לעבור מבעד לתעלות הממברניות הקרויות ATP סינטאז, סוג של חלבון. בנוסף, הקרום הפנימי של האברון כולל מערכת חלבונית המכונה בשם מערכת להעברת אלקטרונים ונשאים חלבוניים, ותפקיד הנשאים הוא להעביר חומרים שאינם מסוגלים לעבור דרך הממברנה הפנימית שמפרידה את המיטוכונדריון לשני חללים.
בפועל, הקרום הפנימי מפריד את המיטוכונדריון לשני חללים, החלל המרכזי נקרא מטריקס והחלל החיצוני נקרא החלל הבין ממברני, והמבנה הייחודי גורם למפל ריכוזים של יוני מימין בין שני החללים לצורך סנטוז ATP.
הקרום החיצוני נמצא בין הנושמון לבין הציטופלזמה, הקרום מאפשר מעבר חופשי של מומסים שונים דרך הממברנה החיצונית. הקרום החיצוני תוחם את האברון.
בין שני הקרומים של האברון יש חלל בין קרומי המכיל נוזל בהרכה דומה להרכב הציטופלזמה. ההרכב של הנוזל המצוי בקרום הפנימי שונה והוא מכיל מאות אנזימים האחראים על הנשימה התאית והאירובית.
חשוב לציין כי אחד הדברים שמייחדים את המיטוכונדריה הוא המטען הגנטי שלה, המטען הגנטי המיטוכונדריאלי מהווה שריד ליצור חד תאי קדום. המטען הגנטי המיטוכונדריאלי עובר בתורשה מהאם בלבד מאחר והזרע של הגבר מכיל כמות נמוכה משמעותית של מיטוכונדריה בהשוואה לביצית (היחס הוא פי 1,000), ובנוסף חשוב לזכור כי רוב המיטוכונדריה הנמצאת בזרע מרוכזת בבסיס השוטון שאינו לוקח חלק בהפריה, וכמו כן ה-DNA המיטוכונדריאלי הזכרי עובר פירוק בביצית המופרית.
בכל מיטוכונדריון יש כרומוזומים מעגליים המקודדים למולקות של RNA שליח, כלומר mRNA, ול-13 חלבונים שונים החיוניים לתגובות של זרחון חמצוני. הקידוד הוא ייחודי ומאפיין את התורשה הנקבית כיוון שהביצית מכילה מאות אלפי עותקים של ה-DNA המיטוכונדריאלי. יש מגוון מחלות האופייניות למוטציות ב-DNA המיטוכונדריאלי, למשל ליקוי עצבים מורש של הראייה (נירופתיה), עיוורון (אופייני בעיקר לזכרים צעירים), מחלות עצבים, מחלות לב ועוד.
מיטוכונדריה – תפקיד
באופן כללי, למיטוכונדריה יש שני תפקידים מרכזיים:
הפקת אנרגיה כימית (תחנת הכוח של התא)
המיטוכונדריה זכתה בצדק לכינוי תחנת הכוח של התא מאחר ומתרחשים בה שני תהליכים ביוכימיים. התהליכים הביוכימיים הם זרחון חמצני ומעגל קרבס (מסלול מטבולי להפקת אנרגיה מתרכובות אורגניות). שני התהליכים בשילוב תהליך הנקרא גליקוליזה, תהליך המתקיים בתוך הציטופלזמה, יוצרים בפועל את תהליך הנשימה התאית, ובאמצעות תהליך זה משתחררת אנרגיה לאחר פירוק התרכובות אשר משמשת לייצור ATP.
אחסון ושמירת החומר התורשתי
רוב החומר התורשתי בתא מורכב מחומצת הגרעין וה-DNA מצוי בכרומוזומים הנמצאים בגרעין התא. חלק יחסית קטן מהחומר התורשתי קיים במיטוכונדריה, אך החומר שונה מזה הנמצא בגרעין מאחר והוא מקודד לחלבונים הנדרשים לפעילות המיטוכונדריון.
מה החשיבות של מיטוכונדריון תקין?
על פי הערכות המומחים יש בגוף האדם כמיליארד אברונים המהווים מעין מפעל לייצור אנרגיה של תאי הגוף. האברונים אחראים על הפיכת השומן והגלוקוז לאנרגיה תאית, בנוכחות של חמצן. עם השנים וככל שמתבגרים הכמות והאיכות של אברוני המיטוכונדריה פוחתת, לכן הגוף יכול לקבל פחות אנרגיה ותהליכי ההזדקנות מואצים וגורמים לשינויים קוגניטיביים ופיזיולוגיים.
אם המיטוכונדריון אינו תקין יש פחות אנרגיה העומדת לרשות הגוף והתאים, ובנוסף הבעיה מתבטאת בסימפטומים כמו עייפות מוגברת, פגיעה משמעותית באיכות השינה, קשיי שינה, ירידה במצב הרוח הכללי, תחלואה מוגברת ועוד. חשוב להדגיש כי תופעות כמו חוסר אנרגיה וכן עייפות יתר יכולות להעיד על מיטוכונדריון לא תקין.
את המיטוכונדריה זיהו לראשונה במאה ה-19 ותוך כמה עשרות שנים החוקרים והמדענים כילו כיצד האברונים מייצרים אנרגיה וכיצד היא משמשת את התאים. בשנת 1989 פורסם גיליון מיוחד בכתב העת המדעי SCIENCE שגרם לקהילה המדעית לחקור מחדש את המיטוכונדריה, ובעשורים הבאים נערכו מחקרים רבים וחשובים שגילו את תפקיד המיטוכונדריה בהזדקנות התאים ובמותם. כמו כן, המחקרים החדשים גילו את הקשר בין מיטוכונדריון לא תקין למחלות שונות אצל האדם, חלקן מחלות נפוצות וחלקן נדירות.
החוקרים גילו גם את התפקיד המרכזי של האברונים באחסון יוני סידן, אלו יונים האחראים על העברת האותות בין התאים ובתיאום בין הורמונים שונים, כמו גם שחרור מוליכים עצביים. כיום כבר יודעים כי כשל בתפקודי המיטוכונדריה עלול לגרום למחלות קשות המשפיעות על איברי ומערכות הגוף.
בשנת 1994 הוטבע לראשונה המונח רפואה מיטוכונדריאלית, ומחקרים חדשים המשיכו לגלות את הקשר בין תפקוד לא תקין לבין התפתחות מחלות, לרבות הפרעות נפשיות, ותופעות כמו חוסר אנרגיה, הפרעות שינה, עייפות יתר ועוד.
לאחר עשרות שנות מחקר התגלו מספר מחלות מיטוכונדריאליות, אלו מחלות הנובעות על רקע של פגם בחומר התורשתי המיטוכונדריאלי, המחלות עוברות בתורשה, בעיקר מהאם. התסמינים הקשורים למחלות אלה הם בעיקר התאים שצורכים כמות גדולה של אנרגיה, ובסביבה זו יש כמו גדולה של נושמונים, במיוחד בתאי המוח ובתאי השרירים. האפיון הקליני של מחלות אלה בא לידי ביטוי בתופעות כמו בעיות נוירולוגיות, חולשת שרירים, אי ספיקת לב, פגיעה בעצב הראייה והפרעות שינה.
איך מיטוכונדריון קשור לשינה שלנו?
תפקוד לקוי של המיטוכונדריה גורם לירידה בתפקוד מערכות ואיברי הגוף, במיוחד בסביבות הדורשות אנרגיה גבוהה כמו תאי המוח והשרירים. לכן, יש קשר בין המיטוכונדריון לשינה של האדם ולהתפתחותן של מחלות המשפיעות על איכות השינה.
