oksydacyjna ADP + Pi + (energia z utleniania zredukowanych nukleotydów ) ATP

Transkrypt

1 Życie - wymaga nakładu energii źródłem - promienie świetlne - wykorzystywane do fotosyntezy - magazynowanie energii w wiązaniach chemicznych Wszystkie organizmy (a zwierzęce wyłącznie) pozyskują energię z utleniania substratów (węglowodanów i tłuszczów) Podstawowym produktem (nośnikiem energii) - ATP Wytwarzanie ATP procesy fosforylacji: substratowa Substrat wysokoenergetyczny (ufosforylowany) + ADP fotosyntetyczna ADP + Pi + (energia świetlna) ATP oksydacyjna ADP + Pi + (energia z utleniania zredukowanych nukleotydów ) ATP W komórkach eukariotycznych większość ATP wytwarzana jest w mitochondriach i chloroplastach 1

2 Mitochondria Przenośniki energii w komórkach: ATP ATP + H 2 O ADP + Pi DG o = -29,288 kj x mol -1 (25 o C; 1atm) Fosfoenolopirogronian UDP-glukoza (urydynodifosfoglukoza) Acetylo-CoA (acetylokoenzym A) Mitochondria wielkość, kształt, typy nitkowate i wydłużone ziarniste rozgałęzione 0,5-1μm 1-7μm (10μm) 2

3 nie są formą statyczną plastyczność Filmowanie poklatkowe (w mikroskopie fluorescencyjnym) sieci mitochondrialnej w komórkach drożdży (krok czasowy 3 min) Mitochondria - liczebność 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 3

4 podział mitochondrium Degradacja mitochondriów (autofagia) 4

5 nie jest przypadkowe rozmieszczenie na całym obszarze w okolicy okołojądrowej mitochondria mikrotubule 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 5

6 rozmieszczenie lokalne zapotrzebowanie na energię (spirale mitochondrialne) Mitochondria budowa wewnętrzna Grzebienie: podłużnie prostopadle promieniście 6

7 Mitochondria 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 7

8 błony mitochondrialne wewnętrzna (5-6nm) 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 rybosomy 8

9 ludzki genom mitochondrialny 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 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) 9

10 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 10

11 Mitochondria główne procesy metaboliczne Mitochondria metabolizm generujący energię - oddychanie Komórka zwierzęca cząsteczki pokarmu lipidy węglowodany białka enzymy kwasy tłuszczowe i glicerol cukry proste glikoliza aminokwasy trawienie: - poza komórką - lizosomy pirogronian I etap w cytozolu 11

12 Mitochondria 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 II etap - w matriks mitochondrium pirogronian dekarboksylacja kompleks dehydrogenazy pirogronianowej 3 enzymy acetylo CoA kwasy tłuszczowe cykl utleniania (β-oksydacja) 4 enzymy acetylo CoA - cykl kwasów trikarboksylowych (cykl kwasu cytrynowego; cykl Krebsa) utlenianie acetylo CoA redukcja NAD + redukcja FAD 12

13 cykl kwasów trikarboksylowych (kwasu cytrynowego) 1 obrót cyklu: 3 NADH 1 FADH 2 1 GTP 2 CO 2 oddawanie elektronów Zaktywowane cząsteczki nośnikowe: dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy dinukleotyd flawinooadeninowy NAD + NADH 13

14 III etap łańcuch przenośników elektronów i synteza ATP wewnętrzna błona mitochondrialna NADH i FADH 2 - źródło elektronów dla fosforylacji oksydacyjnej NADH FADH 2 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 14

15 sprzężenie chemiosmotyczne Fosforylacja oksydacyjna procesy przekształcania energii w błonie 15

16 Mitochondria transport elektronów 40/15 jony metali / grupy chemiczne FMN i FAD droga elektonów FMN (mononukleotyd flawinowy); FAD (dinukleotyd flawinowy) transport elektronów reakcje utleniania/redukcji potencjał redoks -320 mv +30 mv +230 mv +820 mv DE =1140 mv 16

17 film transport elektronów oddawanie elektronów przez NADH transport elektronów centra żelazo-siarkowe w dehydrogenazie NADH i dehydrogenazie bursztynianowej 17

18 transport elektronów - cytochromy Przenośniki elektronów: atomy Fe (FeIII/FeII) w grupach hemowych transport elektronów - przenośnik chinonowy 18

19 transport elektronów - cytochrom c Przenośnik elektronów: atom Fe (FeII/FeIII) w hemie transport elektronów - kompleks oksydazy cytochromowej 19

20 przemieszczanie protonów dzięki transportowi elektronów ogólny model pompowania protonów Cykliczne allosteryczne zmiany konformacji białka (o różnej energii) 20

21 elektrochemiczny gradient protonowy Mitochondria siłownie komórki Etap 1 powstaje elektrochemiczny gradient protonowy Etap 2 - synteza ATP 21

22 Mitochondria siłownie komórki Etap 2: fosforylacja oksydacyjna 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 22

23 fosforylacja oksydacyjna Mikrofotografia elektronowa wewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony mitochondrialnej (cząstki z fragmentami syntazy ATP i kompleksów łańcucha oddechowego) syntaza ATP film 23

24 syntaza ATP Dinitrofenol (DNP)- przepuszczalność H + Nigerycyna - )- przepuszczalność K + aktywny transport poprzez błonę wewnętrzną napędzany przez elektrochemiczny gradient protonowy 24

25 Mitochondria metabolizm generujący energię - oddychanie 25