粒線體介紹

什麼是粒線體

『粒線體』是細胞內中多胞器的一種,也是提供細胞能量與正常運作的重要胞器,因此,粒線體又有細胞的能量工廠之稱。

在每個細胞內,粒線體的數量也不一樣,而人體代謝功能旺盛的區域,粒線體分佈也比較多。從外表來看,粒線體像是細菌,而它們的祖先也是細菌。不過,粒線體在演化的舞台上,可是占了個不可或缺的角色,甚至有研究認為,真核細胞是因為獲得了粒線體,才有可能演化出現今各式各樣的生物。

一般來說,粒線體長得像圓球,或是短短的棒子,不過,因為生物種類和生理狀態不一,它們的形狀也是會改變,有像是絲狀或是馬鈴薯形狀的粒線體。人們得透過顯微鏡才能看到細胞,而粒線體又更小了,一般粒線體的直徑為0.5-1.0微米(μm),長1.5-3.0微米(μm)。至於微米有多小?通常一根頭髮的直徑平均為70微米,這就不難想像粒線體到底有多小了。如果有儀器可以觀測出粒線體所在的位置,會發現其分佈在細胞功能旺盛的區域。像是人類的腎臟細胞中,靠近微血管的部分;每個肝臟細胞中就有1000-2000個粒線體;而人類心肌與骨骼肌細胞的粒線體數目也不少。不過,人體也不是所有的細胞都含有粒線體,更準確地來說,是大多數哺乳類動物的紅血球不具有粒線體。身體每處細胞裡的粒線體並非都一樣,不同生物的組織,在數量上也有變化。

粒線體的作用

位於生物細胞內的粒線體,有很大的作用,就像蒸氣火車需要燃燒煤炭才能前進,電燈則需要電能才能發光。粒線體之所以被稱為「人體的發電廠」,就是因為它是能量的來源。我們不管是走路、說話、運動,或是工作,都會用到能量,這些能量稱之為三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP),它是一種通用的能量貨幣。當我們吃進食物之後,要怎麼轉換成能量?光憑一塊麵包或是一碗米飯,並沒有辦法讓身體直接使用,它必須要被消化、分解之後,才能成為人體所能吸收的動能。在我們攝入碳水化合物後,它會被轉換成為葡萄糖,這時候,它還不能成為能量,必須轉化成ATP,才能夠被身體所接受。就像你要到國外旅行,還得將台幣換成當地的幣值,才能進行經濟的流通,這也是生物體內ATP能量貨幣的概念。這些能量怎麼製造,和「呼吸」有很大的關係。呼吸需要氧氣,幾乎所有好氧的生物,都是利用氧來獲得能量,從動物到真菌,地球上很多生物都充滿了對氧的需求。氧氣,是生命的來源。

能量的產生是經過一連串無數的作用,來產出我們所需的能量,而這些作用跟粒線體有非常緊密的關係。當我們呼吸時,為身體注入氧氣,覺得神清氣爽,覺得氧氣為我們帶來了能量,這話只說對了一半,更準確的說,氧氣是產生能量的開頭,而製造能量的關鍵位於粒線體內膜上的電子傳遞鏈。電子傳遞鏈又稱作呼吸鏈,是人體代謝作用的一部分。可以將粒線體想像成是提供場所(膜),讓電子傳遞鍊完成一連串的作用。粒線體是真核生物氧化代謝的場所,不管有沒有氧氣參與,都會執行呼吸作用。而且不管有沒有氧氣,其實粒線體都會產生能量。獲得能量的來源有三:呼吸作用、發酵作用和光合作用,對於好氧的生物來說,氧氣和呼吸作用有很大的關係。我們可以明白氧氣對於人體的重要性,受過訓練後,一個人或許有辦法超過三分鐘不呼吸,但是長時間完全不呼吸將會對身體造成傷害。

粒線體的功能缺失

粒線體並非毫無設限,源源不絕製造ATP,遭受到氧化自由基的攻擊狀況,它也會受傷、突變,嚴重的時候甚至會死亡。在粒線體功能剛開始衰退的時候,可能還感受不到差異,而等到身體覺得不對勁時,可能已經損壞的相當嚴重了。因為少量的損壞,並不至於影響細胞的功能,當毀損不斷累積,功能便會消退。許多的科學研究也證實粒線體與老化、疾病有很大的關連。

粒線體受損、突變,除了造成細胞的老化,也會產生疾病,換句話說,人體之所以生病,是因為粒線體受到損傷導致細胞無法正常發揮該有的功能。從衰弱的器官細胞裡,可以發現粒線體受到極大的氧化壓力,也因此更容易因此造成粒線體更進一步的損壞。粒線體的損壞會讓細胞失去正常的功能,進而產生疾病。我們全身上下除了紅血球外所有的細胞都有粒線體的存在,當它的損傷累積到超過負荷,就會產生症狀大小不同的疾病,至於在什麼部位,所能承載的負荷能力都不同,也要看粒線體的功能表現而異。因此,我們可以說老化與疾病的根源都與粒線體有密不可分的關係。