能量需求越多，粒線體(mitochondria)就越多？

圖片來源：Lehninger Principle of Biochemistry, 5th  ed.

粒線體是細胞的能量工廠，我們進行氧化代謝所產生的電子(e-)以NADH+, FADH2等形式送到粒線體後，交給電子傳遞鏈(electron transport chain)接著經過層層傳遞放出能量用來運輸氫離子(H+)，造成粒線體內膜(mitochondrial inner membrane)兩側的氫離子濃度梯度(proton gradient)，然後當氫離子經過ATP合成酶(ATP synthase)回流時，放出的能量用來合成ATP。ATP是細胞唯一能直接使用的能量形式，所以由這裡可以看到粒線體對我們的重要性。

由上圖可以看到粒線體有雙層膜，由於電子傳遞鏈位於內膜上，而科學家們曾觀察到，在植物中，由於白天葉綠體(chloroplast)可以提供大量的ATP，因此每個植物細胞內的粒線體數目較動物細胞為少，而且內膜的縐折(cristae)也較少(1)。

除此之外，遺傳疾病賴博氏遺傳視覺神經症(Leber's hereditary optic neuropathy, LHON)，由於粒線體上面與電子傳遞鏈相關的基因缺損，造成病人的視網膜神經節細胞（retinal ganglion cells (RGCs) ）及其軸突(axon)退化，導致在15歲以後產生突發性失明。通常由一眼開始，接著數週後另一眼也跟著失明(2)。由於神經細胞需要消耗的能量高於其他組織的細胞，而視神經又需要更多的能量供應，所以粒線體功能不良帶來的症狀由視神經先開始也並不意外。

圖片來源：Lehninger Principle of Biochemistry, 5th ed.

LHON目前最常發現的突變是ND4, ND1以及ND6，都是影響到電子傳遞鏈的第一個電子接受者(complex I)，由於還保留了後面的部分，所以LHON的患者除了失明以外，好像都沒有什麼其他的大問題。有極少數的LHON患者發展出類似多發性硬化症(multiple sclerosis)的症狀，這些病患被稱為LHON+。

從這些部分可以看到由於粒線體負責供應能量，所以當他的功能不彰時，我們的健康就會受到影響，而在植物裡面，因為有其他的能量供應者（葉綠體），所以粒線體的功能就相對的不是那麼重要。當然植物還是需要粒線體，因為有些代謝反應是限制在粒線體內發生的（如檸檬酸循環、氨基酸的氧化以及脂肪的氧化等）。

最近有更多有趣的發現。大家都知道蝙蝠是利用回音來偵測周圍的障礙物，從而知道自己的位置，這種行為稱為echolocation；而蝙蝠除了會利用回音偵測自己的位置外，牠也會利用回音來偵測獵物的位置。最近科學家發現，當蝙蝠接近獵物時，他會發出高頻率的terminal buzz（另一篇文章中稱為feeding buzz）來確立獵物的位置，這個terminal buzz最高可達每秒190次(3)！

圖片來源：BBC News

這麼高頻率的叫聲是怎樣發出的呢？原來在蝙蝠的喉嚨裡，有特殊的肌肉可以做這樣高頻率的收縮；每收縮一次，就發出一個叫聲，在接近獵物時，收縮次數可以到接近200次！

能夠收縮這樣快的肌肉，一定有什麼過人之處吧？丹麥的研究團隊發現，這些肌肉裡面的粒線體濃度，比普通的細胞要多了30%。

而美國南卡羅萊納州Davis教授的團隊則發現，有持續運動兩個月的小鼠(mice)，不僅是肌肉細胞中的粒線體數目增加了，腦細胞裡面的粒線體數目也增加了(4)。

所以，細胞需要越多的能量，裡面的粒線體應該會更多。不過，如果丹麥跟美國的團隊能看一下這些細胞裡的粒線體的縐折，不知是否比一般細胞裡的粒線體更多一些呢？

參考資料：

1. Buchanan B.B., Gruissem W., and Jones R.L. editors. Biochemistry and Molecular Biology of Plants. ASPB Publications.
2. Wikipedia. 2011/7/28. Leber's hereditary optic neuropathy.
3. BBC News: 2011/9/30. Science and Environment. First superfast muscles in mammals help bats catch prey.
4. Steiner, JL, EA Murphy, JL McClellan, MD Carmichael and JM Davis.  2011.　Exercise Training Increases Mitochondrial Biogenesis in the Brain.　PresS. J Appl Physiol.