błona zewnętrzna błona wewnętrzna (tworzy grzebienie lamelarne lub tubularne) przestrzeń międzybłonowa macierz Błona wewnętrzna: Macierz:

Transkrypt

1 Mitochondria KOMÓRKA Cz. III błona zewnętrzna błona wewnętrzna (tworzy grzebienie lamelarne lub tubularne) przestrzeń międzybłonowa macierz Błona wewnętrzna: Błona zewnętrzna: białka/lipidy 1:1 poryny - nieselektywna przepuszczalność < 5 kda translokony dla importu białek (TOM) Przestrzeń międzybłonowa: kinazy nukleotydów miejsca kontaktowe (styk obu błon i translokonów) białka/lipidy 4:1 specyficzny lipid (kardiolipina) liczne białka transportowe (w pełni kontrolowany transport) translokony dla importu białek (TIM) łańcuch przenośników elektronów grzybki mitochondrialne - kompleks syntazy ATP Macierz: aparat genetyczny (mtdna, mtrna, mt-rybosomy) enzymy cyklu Krebsa enzymy β-oksydacji kwasów tłuszczowych ciałka gęste (złogi fosforanów wapnia) Główna funkcja mitochondriów, produkcja ATP wymaga współdziałania (1) enzymów cyklu Krebsa, (2) łańcucha przenośników elektronów i (3) syntazy ATP 2 3 Trzy składniki łańcucha oddechowego pompują protony z macierzy do przestrzeni międzybłonowej. Powstały gradient protonowy słuŝy jako źródło energii dla syntezy ATP w grzybkach (a takŝe dla aktywnego transportu przez błonę wewnętrzną oraz dla importu białek) przestrzeń międzybłonowa 1 błona wewnętrzna macierz dehydrogenaza NADH cytochromy b c1 oksydaza cytochromowa syntaza ATP Mitchell, Nagroda Nobla 1978

2 Grzybek mitochondrialny (F 0 -F 1 ATPaza) składa się z nóŝki (F 0 ) zawierającej transporter protonowy i główki (F 1 ) - syntazy ATP. Grzybek działa jak turbina molekularna transporter protonowy Inne funkcje mitochondriów: F 0 β-oksydacja kwasów tłuszczowych ostatnie etapy syntezy hormonów sterydowych udział w regulacji poziomu Ca 2+ w komórce produkcja ciepła udział w procesie apoptozy 2000 obr/min Boyer & Walker, Nagroda Nobla 1997 Mitochondria zawierają własny aparat genetyczny: pętlowy mt DNA wszystkie rodzaje mtrna rybosomy enzymy niezbędne do procesów replikacji, transkrypcji i translacji... Jednak jest on zbyt ubogi, aby zapewnić organelli pełną autonomię podjednostki syntazy ATP podjednostki oksydazy cytochromowej podjednostki dehydrogenazy NADH długość genomu: par zasad podjednostki dehydrogenazy NADH mtdna koduje: 12S i 16S rrna do rybosomów mitochondrialnych 22 cząsteczki trna 13 białek błony wewnętrznej pozostałe białka mitochondrialne są kodowane w DNA jądrowym, syntetyzowane w cytoplazmie na wolnych rybosomach i po translacji wbudowywane do mitochondriów Mitochondria mają zatem mozaikowy (semiautonomiczny) charakter Mitochondria ewolucyjnie wywodzą się z prymitywnych bakterii, które posiadały zdolność do produkcji ATP (teoria endosymbiotyczna) DNA Jądro pierwotna bakteria FAGOCYTOZA (?) pierwotna komórka eukariotyczna synteza białka DNA mitochondrium białko importowane białko syntetyzowane SYMBIOZA, TRANSFER GENÓW mitochondrium jądro

3 Biogeneza mitochondriów Import białek z cytoplazmy do mitochondriów wymaga odpowiednich odcinków sygnałowych w białkach, a takŝe skoordynowanego działania translokonów błony zewnętrznej i wewnętrznej oraz białek hsp blona siateczki błona mitochondrium białka hsp zewnętrzna błona mitochondrialna translokon TOM translokon TIM wewnętrzna błona mitochondrialna gradient protonowy białka hsp Lipidy są wbudowywane w błony mitochondrialne przez specjalne białka przenoszące Białka mogą przejść przez translokony wyłącznie w formie rozwiniętej, białka hsp umoŝliwiają rozwijanie i zwijanie importowanych białek. ZaleŜnie od odcinka sygnałowego, białka są wbudowywane do poszczególnych przedziałów mitochondrialnych Peroksysomy mają przewaŝnie formę pęcherzyków, ale w niektórych komórkach mogą być róŝnokształtne Enzymy peroksysomowe: oksydazy peroksysomowe katalaza enzymy ß-oksydacji kwasów tłuszczowych enzymy biosyntezy lipidów aminotransferazy Główne funkcje peroksysomów: utlenianie róŝnych substratów, w tym detoksyfikacja rozkład nadtlenku wodoru ß-oksydacja długołańcuchowych kw. tłuszczowych synteza cholesterolu, kwasów Ŝółciowych i eterolipidów (plazmalogenów) degradacja puryn Białka importowane do peroksysomów mają specjalne odcinki sygnałowe (PTS) PTS1: Ser-Lys-Leu (SKL), -COOH PTS2: -NH 2 PTS3: wewnętrzny Biogeneza peroksysomów Peroksyny (PEX): grupa białek niezbędnych do importu białek do peroksysomów; obejmuje receptory dla odc. sygnałowych i podjednostki translokonu 1. Z szorstkiej siateczki wypączkowują małe pęcherzyki zawierające niektóre błonowe białka peroksysomu (pęcherzyki preperoksysomowe) błona peroksysomu białko z PTS translokon receptor 2. Do pęcherzyków preperoksysomowych wbudowywane są posttranslacyjnie pozostałe białka błonowe i enzymy peroksysomowe (posiadające odpowiedni odcinek sygnałowy) 3. Powstaje peroksysom, który moŝe się dzielić lub ulegać fuzji z innymi peroksysomami

4 Cytoszkielet Mitochondria i peroksysomy nie uczestniczą w przepływie błon, zatem (1) namnaŝają się przez podział i nie mogą powstać de novo, (2) ich błony mają unikatowy charakter i (3) ich białka są syntetyzowane na wolnych rybosomach i posttranslacyjnie wbudowywane do organelli Typ włókien Średnica Białko Funkcja mikrotubule 25 nm tubulina ruch, podporowa mikrofilamenty 6 nm aktyna ruch, podporowa filamenty 10 nm róŝne podporowa pośrednie białka tubulina protofilament Mikrotubule rureczki zbudowane z tubuliny - + Dynamiczne (wydłuŝają się i skracają) koniec + - wydłuŝanie koniec - stabilny, zazwyczaj zakotwiczony w pobliŝu centrioli Mikrotubule nietrwałe (cytoplazmatyczne) Mikrotubule trwałe (po zakończeniu wzrostu nie rozpadają się): neurotubule w wypustkach komórek nerwowych mikrotubule budujące złoŝone struktury: rzęski, witki i centriole W strukturach mikrotubule łączą się w dublety lub triplety Aksonema rzęsek i witek: 9 obwodowych dubletów i 2 mikrotubule centralne Centriola: 9 obwodowych tripletów, para centrioli = centrosom Mikrofilamenty (filamenty aktynowe) zbudowane z aktyny -- + Centriole i otaczający je materiał zawierający tubulinę G indukują i regulują wzrost mikrotubul cytoplazmatycznych (centrum organizacji mikrotubul) nietrwałe twałe (w połączeniach międzykomórkowych, w niektórych komórkach nabłonkowych - sieć krańcowa, w kom. mięśniowych)

5 Za zjawiska ruchu komórkowego odpowiedzialne są tzw. mechanoenzymy (białka motoryczne), które wykorzystując energię z ATP kroczą po powierzchni mikrotubul i mikrofilamentów E dyneina Po powierzchni mikrotubul mogą kroczyć dwa mechanoenzymy: dyneina - w kierunku końca - kinezyna - w kierunku końca + kinezyna + mikrotubula Do mechanoenzymów mogą się przyczepiać róŝne struktury, które są w ten sposób transportowane wzdłuŝ mikrotubul, jak po szynach : mikrotubula pęcherzyki organelle (ruch organelli) chromosomy duŝe białka E Po powierzchni filamentów aktynowych moŝe kroczyć tylko jeden rodzaj mechanoenzymu: miozyna, wyłącznie w kierunku końca +. Filamenty aktynowe zakotwiczają się tym końcem w błonie komórkowej, a układ ten odpowiada za zjawiska ruchowe, w których uczestniczy błona: tworzenie wpukleń i fałdów błony, wysuwanie i wciąganie wypustek (fagocytoza, ruch pełzakowaty): miozyna I Filamenty pośrednie zbudowane z łańcuchów białkowych skręconych w formę liny (wytrzymałe elastyczne) nie współpracują z mechanoenzymami, pełnią wyłącznie funkcje podporowe (wewnątrz komórki i w połączeniach międzykomórkowych) są zbudowane z róŝnych białek, zaleŝnie od miejsca występowania skurcz komórki: (np. komórki mięśniowe): miozyna II (agreguje w filamenty miozynowe) Materiały zapasowe i wtręty cytoplazmatyczne Nazwa Białka budujące Występowanie laminy jądrowe laminy A i B jądra wszystkich komórek filamenty keratynowe cytokeratyny komórki nabłonkowe filamenty wimentynowe wimentyna komórki tk. łącznej filamenty desminowe desmina komórki mięśniowe GFAP (kwaśne włókienkowe białko glejowe) komórki neurogleju białka neurofilamentów komórki nerwowe filamenty glejowe neurofilamenty glikogen wtręty krystaliczne i parakrystaliczne ziarna barwnika krople lipidowe

6 nekroza apoptoza Śmierć komórki: martwica (nekroza) apoptoza (zaprogramowana śmierć) Martwica: - przerwanie błony komórkowej - zahamowanie procesów Ŝyciowych - rozpad komórki - odczyn zapalny Apoptoza: - aktywacja kolejnych genów (program) - produkcja i aktywacja szczególnych białek Czynniki wywołujące apoptozę: uszkodzenie DNA określone cząsteczki sygnałowe działające na tzw. receptory śmierci brak składników odŝywczych lub czynników wzrostowych fragmentacja DNA pączkowanie błony tworzenie ciałek apoptotycznych Faza indukcji: aktywacja receptorów śmierci lub produkcja specyficznych białek indukujących apoptozę uwalnianie cytochromu c z mitochondriów Faza egzekucji: aktywacja kaspaz (enzymów proteolitycznych) trawienie białek wewnątrzkomórkowych zaburzenie procesów metabolicznych śmierć komórki Morfologiczne cechy apoptozy: fragmentacja DNA rozpad jądra na kilka fragmentów zagęszczenie cytoplazmy rozpad komórki na małe fragmenty (ciałka apoptotyczne) otoczone błoną Morfologiczne cechy apoptozy: fragmentacja DNA rozpad jądra na kilka fragmentów zagęszczenie cytoplazmy rozpad komórki na małe fragmenty (ciałka apoptotyczne) otoczone błoną