ミトコンドリア

はじめに

ミトコンドリアは「細胞のエネルギー工場」として知られ、生命活動に必要なATP（エネルギー）を産生する重要な細胞小器官です。独自のDNAを持つという特徴もあり、国家試験でも頻出のテーマです。今回はミトコンドリアの構造と機能について詳しく解説します。

詳しい解説

ミトコンドリアとは

ミトコンドリアは、細胞活動に必要なエネルギー（ATP）を産生する細胞小器官です。すべての細胞に存在し、特にエネルギーを多く必要とする筋肉や肝臓の細胞には多数存在しています。

ミトコンドリアの構造

ミトコンドリアは二重膜構造を持っています。

構造	特徴	機能
外膜	滑らかな膜	物質の透過
内膜	ヒダ状構造（クリステ）	電子伝達系の場
マトリックス	内膜に囲まれた空間	TCA回路の場
ミトコンドリアDNA	独自のDNA	一部のタンパク質をコード

ATP産生の過程

細胞内でのATP産生は以下の3段階で行われます。

1. 解糖（細胞質）

• 場所：ミトコンドリア外の細胞質
• 酸素：不要（無酸素的）
• 内容：グルコースをピルビン酸に分解
• ATP：2分子産生

2. TCA回路（クエン酸回路）

• 場所：マトリックス（ミトコンドリア内部）
• 酸素：必要（有酸素的）
• 内容：ピルビン酸を完全に分解
• 産物：NADH、FADH₂、CO₂

3. 電子伝達系

• 場所：クリステ（内膜のヒダ）
• 酸素：必要（有酸素的）
• 内容：NADH、FADH₂から電子を取り出してATPを大量産生
• ATP：約34分子産生

ミトコンドリアDNA

ミトコンドリアは独自のDNA（ミトコンドリアDNA = mtDNA）を持っています。

• 環状DNA：核のDNA（線状）とは異なる
• 母系遺伝：卵子のミトコンドリアが子に受け継がれる
• コード内容：一部のミトコンドリアタンパク質をコード

この特徴から、ミトコンドリアは太古の昔に細胞に共生した細菌が起源であるという共生説が提唱されています。

ATP（アデノシン三リン酸）

ATPは細胞の「エネルギー通貨」と呼ばれます。

• 構造：アデノシン＋3つのリン酸基
• エネルギー放出：ATP → ADP + リン酸 + エネルギー
• 使用用途：筋収縮、物質輸送、化学反応など

絶対に覚えるべきポイント

• ミトコンドリア：ATP産生（細胞のエネルギー工場）
• 二重膜構造：外膜と内膜
• マトリックス：TCA回路が行われる
• クリステ：電子伝達系が行われる（内膜のヒダ）
• 解糖：細胞質で行われる（無酸素的）
• ミトコンドリアDNA：独自のDNAを持つ、母系遺伝

一問一答

Q1. ミトコンドリアの主な機能は何ですか？

【答え】 A. ATP（エネルギー）の産生

TCA回路と電子伝達系によりATPを産生し、「細胞のエネルギー工場」と呼ばれます。

Q2. TCA回路はミトコンドリアのどこで行われますか？

【答え】 A. マトリックス

マトリックスはミトコンドリア内膜に囲まれた空間で、TCA回路の酵素が存在します。

Q3. 電子伝達系はミトコンドリアのどこで行われますか？

【答え】 A. クリステ（内膜のヒダ）

クリステには電子伝達系の酵素複合体が存在し、大量のATPが産生されます。

Q4. 解糖はどこで行われますか？

【答え】 A. ミトコンドリア外の細胞質

解糖は酸素を必要としない無酸素的な過程で、細胞質で行われます。

Q5. ミトコンドリアが持つ独自のDNAを何と呼びますか？

【答え】 A. ミトコンドリアDNA（mtDNA）

環状DNAで、母系遺伝します。

Q6. ミトコンドリアの膜構造はどうなっていますか？

【答え】 A. 二重膜構造（外膜と内膜）

内膜はヒダ状に折りたたまれてクリステを形成しています。

国家試験対策問題

問題1（選択問題）

ミトコンドリアで行われるTCA回路の場所はどれか。

a. 外膜

b. 内膜

c. クリステ

d. マトリックス

【解答と解説】 正解：d

TCA回路（クエン酸回路）はマトリックスで行われます。電子伝達系はクリステ（内膜のヒダ）で行われます。

問題2（選択問題）

ミトコンドリアの特徴として正しいのはどれか。

a. 一重膜構造である

b. 独自のDNAを持たない

c. ATP産生を行う

d. タンパク質合成を行う

【解答と解説】 正解：c

ミトコンドリアはATP産生を行います。二重膜構造で、独自のミトコンドリアDNAを持っています。

問題3（○×問題）

解糖はミトコンドリア内で行われる。

【解答と解説】 正解：×

解糖はミトコンドリア外の細胞質で行われます。酸素を必要としない無酸素的な過程です。

問題4（選択問題）

ミトコンドリアDNAの遺伝様式として正しいのはどれか。

a. 父系遺伝

b. 母系遺伝

c. 両親から等しく遺伝

d. 遺伝しない

【解答と解説】 正解：b

ミトコンドリアDNAは卵子由来のため、母系遺伝します。精子のミトコンドリアは受精後に分解されます。

問題5（穴埋め問題）

電子伝達系はミトコンドリアの内膜のヒダである（　　　）で行われる。

【解答と解説】 正解：クリステ

クリステには電子伝達系の酵素複合体が埋め込まれており、ATPが大量に産生されます。

まとめ

ATP産生の場所と過程

過程	場所	酸素	主な産物
解糖	細胞質	不要	ピルビン酸、ATP（2）
TCA回路	マトリックス	必要	NADH、FADH₂、CO₂
電子伝達系	クリステ	必要	ATP（約34）

ミトコンドリアの構造

構造	機能
外膜	物質の透過
内膜（クリステ）	電子伝達系
マトリックス	TCA回路
ミトコンドリアDNA	独自の遺伝情報

覚え方のポイント

「TCA回路はマトリックス」「電子伝達系はクリステ」「解糖は細胞質」と場所を確実に覚えましょう。ミトコンドリアは「二重膜」「独自DNA」「母系遺伝」がキーワードです。