Peroksysomy. Peroksysomy Import białek sekwencje sygnałowe: Ser-Lys-Leu C-koniec (zazwyczaj) peroksyny; białka receptorowe i kanałowe (?

Transkrypt

1 Peroksysomy Peroksysomy - pierwotne utleniacze (mikrociała) w komórkach zwierzęcych i roślinnych biochemiczna zmienność (procesy metaboliczne: kataboliczne i anaboliczne) 0,2 1,8 µm pojedyncza błona kanały białkowe (1 kda) ziarnista macierz (matriks) brak DNA, rybosomów inkluzje: tzw. rdzeń (nukleoid) Odkryte mikrociała Nazwa -Ch. de Duve'a w 1965 Peroksysomy Nukleoid krystaliczna postać oksydazy moczanowej (rozkład kwasu moczowego do alantoiny) Mikrografia elektronowa peroksysomów z hepatocytów szczura Peroksysomy Import białek sekwencje sygnałowe: Ser-Lys-Leu C-koniec (zazwyczaj) peroksyny; białka receptorowe i kanałowe (?) Powstawanie z ER podział zróżnicowane funkcjonalnie (50 rodzajów enzymów) Peroksysomy utleniają różne substraty (zużycie tlenu do 20%) bez syntezy ATP (dyssypacja energii w formie ciepła) (1) utlenianie: RH 2 + O 2 R + H 2 O 2 oksydazy flawinowe (2) rozkład H 2 O 2 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O katalaza 2 lub H 2 O 2 + RH 2 = R + 2 H 2 O peroksydaza R- aldehydy, fenole, alkohole... donorem elektronów do redukcji 1

2 w komórkach zwierzęcych funkcje utleniające metabolizm lipidów Peroksysomy Peroksysomy w komórkach roślinnych funkcje różnorodne peroksysomy liściowe (funkcje utleniające) utlenianie różnych substratów (alkoholu etylowego serce, wątroba) β-oksydacja kwasów tłuszczowych długołańcuchowych (do-8c) (peroksysomowa oksydaza acetylo Co A) degradacja puryn (enzymy cyklu purynowego) metabolizm aminokwasów (aminotransferazy) synteza cholesterolu i dolicholi (enzymy w hepatocytach) synteza plazmalogenów (glicerofosfolipidy- eterolipidy) peroksysomy brodawek korzeniowych (uczestniczące w przyswajaniu azotu) glioksysomy (nasiona roślin oleistych) (katabolizm kwasów tłuszczowych i synteza z nich cukrów) (β-oksydacja, cykl glioksalanowy, cykl Krebsa, glukoneogeneza ) 2 acetylo-coa bursztynian (cykl Krebsa) szczawiooctan (szlak glukoneogenezy) fosforany fruktozy, glukoza, sacharoza Peroksysomy siłownie komórki wielkość, kształt, typy nitkowate i wydłużone ziarniste rozgałęzione 0,5-1μm 1-7μm (10μm) Mikrografia elektronowa peroksysomów z komórek mezofilu liścia tytoniu (A) oraz glioksysomów z komórek nasienia pomidora (B) 2

3 - liczebność podział mitochondrium odzwierciedlenie zapotrzebowania energetycznego komórki od kilkudziesięciu do ponad 200 tyś nieliczne - plemniki, komórki tkanki tłuszczowej liczne - komórki serca, wątroby, ameby (Chaos chaos) 12% -25% objętości komórki Degradacja mitochondriów (autofagia) nie są formą statyczną plastyczność Filmowanie poklatkowe (w mikroskopie fluorescencyjnym) sieci mitochondrialnej w komórkach drożdży (krok czasowy 3 min) 3

4 nie jest przypadkowe na całym obszarze w okolicy okołojądrowej rozmieszczenie zgodne z kierunkiem transportu substancji komórki nabłonkowe kanalików nerkowych - wzdłuż osi komórki komórki nabłonkowe jelita - w części przypodstawnej w sąsiedztwie substancji zapasowych komórki kory nadnerczy obok kropel tłuszczu mitochondria mikrotubule rozmieszczenie budowa wewnętrzna lokalne zapotrzebowanie na energię (spirale mitochondrialne) Grzebienie: podłużnie prostopadle promieniście 4

5 budowa wewnętrzna zewnętrzna (6-7 nm) błony mitochondrialne gładka około 50% białek lipidy: dużo cholesterolu i fosfatydyloiozytolu przepuszczalność: kanały wodne (poryna); cząsteczki< 5 kd enzymy związane z syntezą lipidów mitochondrialnych białka kompleksów translokacyjnych receptory dla białek importowanych wewnętrzna (5-6nm) błony mitochondrialne pofałdowana (grzebienie) 75-80% białek (wiele białek unikatowych) lipidy: kardiolipina; K:PC:PE = 2:3:4 wysoka selektywność przepuszczalności białka: kompleksów translokacyjnych łańcucha transportu elektronów syntaza ATP białka przenośnikowe (ATP, ADP, Pi, pirogronianu..) macierz mitochondrialna (matriks) konsystencja żelu (woda<50%) białka: (w hepatocytach- 67% białka) kompleks dehydrogenazy pirogronianowej enzymy cyklu kwasów trikarboksylowych enzymy utleniania kwasów tłuszczowych enzymy i czynniki do replikacji, transkrypcji i translacji białka szoku cieplnego (hsp 70) DNA (mtdna) t RNA wolne polirybosomy 5

6 ludzki genom mitochondrialny Transport (import) białek do mitochondriów Sekwencja wiodąca =sygnałowa (~70 aa): - sekwencja kierująca (N-koniec hydrofilowa) - sekwencja sortująca (hydrofobowa) do błon i przestrzeni międzybłonowej - uniwersalność i konserwatyzm sekwencji mitochondrialnych Sposób pofałdowania cząsteczki (cytochrom C) kolista dwuniciowa cząsteczka DNA Koduje: 2 mt rrna 22 mt trna 13 (z 67) polipeptydów łańcucha oddechowego i syntazy ATP ponad 600 białek mitochondrialnych syntetyzowanych jest w cytoplazmie Transport (import) białek receptory dla sekwencji kierujących białka kanałów translokacyjnych rozfałdowanie białek (białka opiekuńcze= białka hsp) energia do transportu: z ATP z różnicy potencjału po obu stronach błony wewnętrznej 6

7 siłownie komórki ATP + H 2 O ADP + Pi DG o = -29,288 kj x mol -1 (25 o C; 1atm) Wytwarzanie ATP procesy fosforylacji: substratowa Substrat wysokoenergetyczny (ufosforylowany) + ADP ATP fotosyntetyczna ADP + Pi + (energia świetlna) ATP oksydacyjna ADP + Pi + (energia z utleniania zredukowanych nukleotydów ) ATP metabolizm generujący energię - oddychanie Komórka zwierzęca cząsteczki pokarmu lipidy węglowodany białka enzymy kwasy tłuszczowe i glicerol cukry proste glikoliza pirogronian aminokwasy trawienie: - poza komórką - lizosomy I etap w cytozolu metabolizm generujący energię - oddychanie pirogronian acetylo CoA cykl Krebsa kwasy tłuszczowe utlenianie β-oksydacja warunki beztlenowe pirogronian: kwasu mlekowego (mięśnie) alkoholu etylowego (drożdże) II etap w matriks 7

8 II etap - w matriks mitochondrium cykl kwasów trikarboksylowych (kwasu cytrynowego) pirogronian dekarboksylacja kompleks dehydrogenazy pirogronianowej 3 enzymy NADH acetylo CoA kwasy tłuszczowe cykl utleniania (β-oksydacja) 4 enzymy NADH i FADH 2 acetylo CoA - cykl kwasów trikarboksylowych (cykl kwasu cytrynowego; cykl Krebsa) utlenianie acetylo CoA redukcja NAD + redukcja FAD 1 obrót cyklu: 3 NADH 1 FADH 2 1 GTP 2 CO 2 oddawanie elektronów Zaktywowane cząsteczki nośnikowe: dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy dinukleotyd flawinooadeninowy III etap łańcuch przenośników elektronów i synteza ATP wewnętrzna błona mitochondrialna NADH i FADH 2 - źródło elektronów dla fosforylacji oksydacyjnej FADH 2 NADH NAD + NADH 8

9 Łańcuch przenośników elektronów i synteza ATP Etap 1 transport elektronów wzdłuż przenośników (uwolnienie energii) [błona wewnętrzna ] pompowanie protonów (wykorzystanie energii) [w poprzek błony wewnętrznej] Etap 2 powstaje elektrochemiczny gradient protonowy przepływ protonów (zgodnie z gradientem elektrochemicznym) [błona wewnętrzna -kompleks syntazy ATP] synteza ATP (wykorzystanie energii) sprzężenie chemiosmotyczne (hipoteza) sprzężenie chemiosmotyczne Fosforylacja oksydacyjna Energia uwalniana przez utlenianie NADH jest wykorzystywana w fosforylacji oksydacyjnej Równanie netto tego procesu: film transport elektronów oddawanie elektronów przez NADH 2e procesy przekształcania energii w błonie 9

10 transport elektronów wzdłuż przenośników łańcucha oddechowego transport elektronów 40/15 jony metali / grupy chemiczne FMN i FAD droga elektronów FMN (mononukleotyd flawinowy); FAD (dinukleotyd flawinowy) centra żelazo-siarkowe w dehydrogenazie NADH i dehydrogenazie bursztynianowej transport elektronów - cytochromy transport elektronów - przenośnik chinonowy Przenośniki elektronów: atomy Fe (FeII/FeIII) w grupach hemowych 10

11 transport elektronów - cytochrom c transport elektronów - kompleks oksydazy cytochromowej Przenośnik elektronów: atom Fe (FeII/FeIII) w hemie transport elektronów reakcje utleniania/redukcji potencjał redoks ogólny model pompowania protonów -109,6 kj/mol -320 mv +30 mv +230 mv +820 mv DE =1140 mv Cykliczne allosteryczne zmiany konformacji białka (o różnej energii) 11

12 elektrochemiczny gradient protonowy siłownie komórki Etap 1 powstaje elektrochemiczny gradient protonowy Etap 2 - synteza ATP Etap 2: fosforylacja oksydacyjna siłownie komórki przepływ protonów zgodnie z gradientem elektrochemicznym poprzez błonę wewnętrzną do matriks (przez kompleks syntazy ATP) synteza ATP z ADP i Pi wykorzystanie energii (syntaza ATP) Etap 2: fosforylacja oksydacyjna 12

13 fosforylacja oksydacyjna syntaza ATP Mikrofotografia elektronowa wewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony mitochondrialnej (cząstki z fragmentami syntazy ATP i kompleksów łańcucha oddechowego) syntaza ATP aktywny transport poprzez błonę wewnętrzną napędzany przez elektrochemiczny gradient protonowy 13

14 metabolizm generujący energię - oddychanie 14