– 私の大好きな小器官であるミトコンドリアの世界に入り込みましょう。 ミトコンドリアとは何かということを少し復習してから、その構造についてもう少し掘り下げてみましょう。 では、細胞について考えてみましょう。ただの細胞ではなく、真核生物の細胞です。 真核生物あるいは真核細胞という場合、「ああ、これは核DNAを “膜に結合した核 “に持っているに違いない」と言う人がほとんどで、それは正しいでしょう。 これが私たちの核膜です。 ここにDNAがありますね、ではDNAを描いてみましょう。 しかし、真核細胞について語るとき、膜に結合した核だけでなく、他の膜に結合した小器官の話もします。細胞にとって非常に重要な膜結合構造物の第2位はミトコンドリアでしょう。 では、ここにミトコンドリアを描いてみましょう。 ミトコンドリアの内側に描いてある小さな四角い線が何なのか もう少し説明します 実はこれはもう少し教科書的な視覚化です 数分後、数秒後にはミトコンドリアの内部で実際に起こっていることを より高度に視覚化できるようになります でも実はまだ全ての質問に答えていませんが 既に学んでいるかもしれませんので はっきりさせておきましょう これはミトコンドリアなんです。 これは複数形です。 1つのミトコンドリアについて話すだけなら、ミトコンドリオンのことです。 ミトコンドリアは単数形です。 ミトコンドリアは細胞のATP工場と見なされていることは、過去に、あるいは別のカーンアカデミーのビデオですでに学んだかもしれません。 ですから、このように正しく説明しましょう。 つまり、ATP工場です。 ATPや細胞呼吸のビデオをご覧になった方は、ATPがいかに細胞内のエネルギーの通貨であるか、ATPの形であればアデノシン三リン酸があることを繰り返しお話ししていると思います。 リン酸基を1つ取り除くと、エネルギーが放出され、運動から思考まで、体内のあらゆることを行うために使用されます。 ですから、ミトコンドリアは、細胞が何かをしなければならないときのエネルギー源として、とても重要なのです。 ミトコンドリアの構造に入る前に、ミトコンドリアの興味深い過去について少しお話したいと思います。私たちは細胞を生命の最も基本的な単位と考えていますが、それは事実で、細胞理論からそのまま来ています。 つまり、バクテリアのような微生物の子孫で、単独で生きていたかもしれないし、エネルギー処理に長けていたかもしれないし、他のことに長けていたかもしれません。しかし、進化の過去のある時点で、ミトコンドリアは、私たちの細胞に入り込んだのです。 私たちの細胞の祖先に摂取され、ただ飲み込まれてズタズタにされ、消化されて食べられるのではなく、「あれ、待てよ、これが残っていれば、その細胞は生き残る可能性が高い」「ブドウ糖の処理を助け、物からもっとエネルギーを生み出すことができるからだ」と。” そして、共生することができた細胞は、ミトコンドリアやプレミトコンドリア（祖先のミトコンドリア）に生きる場所を与え、それらが生き残り、自然淘汰のプロセスを経て、現在では真核細胞がミトコンドリアを持っていると考えられるようになったのです。 ある生物が別の生物の中にいて、細胞レベルでも共生しているという考え方は、ちょっと理解しがたいのですが、とにかく、その話はやめて、現在の話をしましょう。ミトコンドリアの実際の構造がどうなっているかという話をしましょう。 まず、ミトコンドリアの簡略図と断面図を描いてみましょう。 断面図を描きますね これを半分に切るとします。 ここに描いたのはその外側の膜です。 これが外膜で、ここにラベルを付けます。 外膜です。 これから描く膜はすべてリン脂質二重膜になります。 もし私がここにズームインしたら、リン脂質の二重層を見ることができます。 親水性の頭が外側を向いていて、疎水性の尾が内側を向いていますね。 そうです。 ちょうどそのようなものが見えますね だからこれらはすべてリン脂質二重層なのです しかし、リン脂質だけではありません。 細胞は信じられないほど複雑な構造をしていますが、ミトコンドリアのような小器官でさえ、魅力的な副構造を持っているのです。 ミトコンドリアには、膜に埋め込まれたさまざまな種類の興味深いタンパク質や酵素があり、これらの小器官の内部と外部で起こっていることを制御するのに役立っているのです。 ミトコンドリアの外膜にあるタンパク質のひとつはポリンと呼ばれるもので、ポリンはミトコンドリアだけにあるわけではありません。 そこで、できる限り精密に描いてみました。 ポリンは大きな分子を通過させませんが、糖やイオンなどの小さな分子はポリンを通過させることができるのです。 そのため、イオン濃度や小分子濃度は、この膜の両側、つまり外膜の両側で同じような傾向にあるのです。 しかし、ミトコンドリアが関わる膜はこれだけではありません。 内膜もあります。 これは黄色で表示します。 内膜もあります。まず教科書の模型で描いて、それから少し話をしましょう。この模型はあまり正しくないと思いますが、この中に、内膜、内膜があります。この内膜には表面積を増やすためのひだがあります。表面積は内膜にとって本当に重要です。電子輸送チェーンのプロセスが、基本的にはこの膜の向こうで起こるからです。 ですから、内膜の表面積を増やすことで、より多くの電子輸送を行うことができるのです。 そして、このひだには名前がついています。 このヒダが1つだけなら「クリスタ」ですが、2つ以上ある場合は「クリスター」と呼びます。 時々、クリスタ、クリスタ、クリスタと発音しているのを見かけますが、これはクリスタの複数形です。 これは内膜のひだで、内膜もまたリン脂質二重層です。 さて、内膜の内側、つまり外膜と内膜の間ですが、これは何と呼ぶか想像がつくと思います。 この空間は膜間空間と呼ばれ、あまり創造的な名前ではありませんが、膜間空間です。ポリンのおかげで、膜間空間とミトコンドリアの外側の細胞質では、低分子の濃度は同じようなものになりますが、内膜にはポリンがないため、実際には両側の濃度が異なることがあり、これは電子輸送系にとって必要不可欠です。 電子輸送連鎖は、両側の間に水素イオンの勾配を作り、ATP合成酵素と呼ばれるATP合成を助けるタンパク質を通して、その勾配を下ることで頂点に達しますが、これについてはこのビデオか将来のビデオで詳しくお話しすることにして、ミトコンドリアの異なる部分について話を終えましょう。 内膜の内側には、マトリックスと呼ばれる領域があります。 これは別の色で呼びますが、マトリックスと呼ばれています。マトリックスは、ミトコンドリアの外側にある細胞質よりもタンパク質濃度が高く、粘性が高いため、マトリックスと呼ばれています。 つまり、この右側がマトリックスです。 細胞呼吸の話をするとき、細胞呼吸には多くの段階があります。 解糖についてお話しします。 解糖は実際には細胞質で起こっています。 ですから、解糖は細胞質で起こります。 解糖です。 しかし、細胞呼吸の他の主要な相は。 クエン酸サイクルの話をしましたが、これはクレブスサイクルとも呼ばれ、マトリックスで起こっていることを忘れないでください。 クレブスサイクルはマトリックスで起こっています。そして、電子輸送鎖はATPの大部分を生産する役割を担っていますが、これは内膜をまたぐタンパク質、あるいはすぐここにあるクリステをまたぐタンパク質を通して起こっています。 さて、これで終わりです。 ミトコンドリアが古代の独立した生命体の子孫であるためには、何らかの情報、つまり遺伝情報を実際に伝達する方法が必要だと述べましたが、実はミトコンドリアは自分自身の遺伝情報を持っていることがわかりました。 ミトコンドリアにはミトコンドリアDNAがありますが、そのコピーは1つだけでなく複数あり、そのループはバクテリアのDNAと非常によく似ているのです。 実際、ミトコンドリアはバクテリアのDNAと多くの共通点を持っています。そのため、独立して生きているミトコンドリアの祖先は、おそらくバクテリアの一種か、何らかの形でバクテリアと関係があったと考えられています。 これがミトコンドリアDNAのループです。 あなたの中にあるすべてのDNAは、その大部分は核DNAにありますが、ミトコンドリアにもまだ少しDNAが残っています。面白いのは、ミトコンドリアDNA、ミトコンドリアは、基本的に、あなたの母方から遺伝します。 人間の卵子には核があります。 精子にはミトコンドリアがあり、卵子と受精するための競争に勝つ必要があることは想像できると思います。 ミトコンドリアDNAは、古代イブや共通の母親がいることを示すとき、人々はミトコンドリアDNAを調べますから、実に興味深いものです。 先ほども少し触れましたが、ミトコンドリアは独自のDNAを持ち、独自のDNAを持つがゆえに、独自のRNA、独自のリボソームを合成することができるのです。 しかし、ミトコンドリアの中にあるすべてのタンパク質を合成しているわけではありません。 しかし、ミトコンドリアはとても魅力的な存在です。 ミトコンドリアは私たちの細胞の中で共生している小さな生き物で、自己複製をすることができるのですが、私にはこのすべてが理解できません。 でも、とにかく。 私が教科書的なモデルと言ったのは、ミトコンドリアの顕微鏡写真を見ると、この教科書的なモデル、つまり折り畳まれているクリスターを裏付けるように見えるからです。しかし、より洗練された視覚化が可能になると、実は、内膜がマトリックスに引っ掛かるだけの単純な折り目ではなく、クリスターの内側の空間を膜間スペースにつなぐ小さなトンネルがあることが分かりました。 教科書を見ると、ミトコンドリアのようなものは、「ああ、そうだったのか」と当たり前のように思ってしまうからです。 「しかし、ミトコンドリアがどのように機能し、どのような構造になっているのかを正確に理解するためには、可視化研究が必要な分野なのです。 これは、ミトコンドリアの構造を可視化するためのモデルとしては、もはや一般的ではありません。 もっとこう、クリステー接合モデルというのがあって、断面を描くとしたら、外膜と内膜を描いたところに、クリステーの中の実際の空間への小さなトンネルを描くんです。 生物学の教科書を読むと、「こんなことはとっくに分かっている」と思うかもしれませんが、人々はまだ「この構造はどうなっているのだろう」と考えています。 「実際の構造はどうなっているのか」、そして、「このオルガネラは、この魅力的なオルガネラに、どのようにして必要なことをすべてさせているのか」。