ミトコンドリアはしばしば「細胞の発電所」と説明されますが、これは半分正解で、半分は不十分です。実際にはミトコンドリアは、代謝の司令塔であり、細胞の生死や運命決定を握る中枢オルガネラです。本記事ではまず、ミトコンドリアの起源と構造を整理し、なぜここまで多機能なのかを理解するための土台を作ります。
ミトコンドリアの起源：共生から始まった細胞内オルガネラ
ミトコンドリアは、約15〜20億年前に起きた**一次共生説（endosymbiotic theory）**によって誕生したと考えられています。好気性細菌が原始的な真核細胞に取り込まれ、分解されることなく共生関係を築いた結果、現在のミトコンドリアになりました。
この進化的背景により、ミトコンドリアは現在も以下のような「細菌の名残」を保持しています。
- 独自の環状DNA（mtDNA）をもつ
- 細菌に近いリボソーム構造をもつ
- 二重膜構造をもつ
これらの特徴は、後述するミトコンドリア病や老化、がんとの関連を理解する上で極めて重要です。
二重膜構造が意味するもの
ミトコンドリアは、
- 外膜（outer mitochondrial membrane, OMM）
- 内膜（inner mitochondrial membrane, IMM）
- 膜間腔
- マトリックス
という4つの区画から構成されます。
外膜は比較的透過性が高く、小分子は通過できます。一方、内膜は極めて選択的で、ここに**電子伝達系（Complex I〜IV）とATP合成酵素（Complex V）**が集積しています。内膜が複雑に折れた「クリステ構造」をとることで、反応面積が飛躍的に増大します。
近年では、このクリステ構造そのものが可塑的に変化し、代謝状態や細胞運命に応じて再編成されることも明らかになってきました。
mtDNAは何をコードしているのか
ヒトのミトコンドリアDNAは約16.6 kbと非常に小さく、
- 電子伝達系タンパク質の一部（13遺伝子）
- rRNA 2種
- tRNA 22種
のみをコードしています。
一方で、ミトコンドリアで機能するタンパク質の大多数（1000種以上）は核DNA由来です。これらは細胞質で翻訳された後、TOM/TIM複合体を介してミトコンドリア内部へ輸送されます。
この「核とミトコンドリアの分業と協調」は、ミトコンドリア機能障害が全身疾患につながる理由の本質でもあります。
なぜミトコンドリアは多機能なのか
ミトコンドリアは単にATPを作るだけでなく、
- TCA回路による代謝中間体供給
- ROS産生によるシグナル制御
- アポトーシス誘導（cytochrome c放出）
- 免疫応答の活性化（mtDNAのDAMP作用）
など、細胞の状態を統合的に判断する役割を担っています。
言い換えれば、ミトコンドリアは**「エネルギー・代謝・ストレス情報を統合して細胞の運命を決める装置」**なのです。