Balen

Ciklus limunske kiseline

dobiju se 3 molekule NADH, 1 molekula FADH2 i 2 molekule CO2 8 koraka, acetil CoA se oksidira do CO2 koji se onda uklanja iz stanice ka otpadni produkt

Matriks mitohondrija

enzimi za vezanje piruvata za CoA, enzimi ciklusa limunske kiseline, DNA, ribosomi 70S

FADH2

flavin adenin dinukleotid koenzim riboflavin (vitamin B2) vezan na fosfatnu grupu ADP-a FAD - oksidirajući agens - prima elektrone FADH2 - reducirajući agens - donira elektrone

Euglena gracilis fluorescentno obojena

genom je crven (etidijev bromid), višestruki mali mitohondrijski genomi su žuto, a mitohondrijski matriks je zelen

Microsporidia

gljivica, anaerobni, obligatorni parazit, tijekom evolucija izgubila prave mitohondrije, mitosomi

Rickettsia prowazekii i mitohondrij

gram negativna bakterija koja je obligatorni parazit u probavilu uši, (1) 834 protein-kodirajuća gena slična mitohondrijskim genima (nema gena za anaerobnu glikolizu i imaju kompletan set gena za ciklus limunske kiseline i oksidacijsku fosforilaciju), (2) proizvodnja ATPa je jednaka po učinku mitohondrijima, (3) nedostaju mnogi geni za biosintezu aa i nukleozida pa postoje homolozi u nuklearnom genomu domaćina, (4) najveći udio nekodirajuće DNA (24%) u genomu mikroorganizma (degradirani ostaci ''neutraliziranih'' gena koji čekaju eliminaciju iz genoma), (5) filogenetske analize pokazuju da je evolucijski jako bliska sa mitohondrijima

Unutarnja membrana mitohondrija

građena od kardiolipina, transportni proteini

Osnovni preduvjeti za kemiosmozu

izvor visokoenergetskih elektrona i membrana u koju je uklopljena protonska pumpa i ATP-aza

Dioba mitohondrija

jednostavno binarno cijepanje kao i kod bakterija, bitno da je DNA pristuna u većem broju kopija

prijenos elektrona s NADH

kompleks I (NADH dehidrogenaza) -> koenzim Q -> kopleks III (citokrom b-c1/c reduktaza) -> citokrom c -> kompleks IV (citokrom oksidaza) kompleksi I i III = 4H+ za 2e- kompleks IV = 2H+ za 2e-, a 2H+ s O2 daju H2O kompleksi su protonske pumpe

prijenos elektrona s FADH2

kompleks II (sukcinat dehidrogenaza) -> koenzim Q -> kopleks III (citokrom b-c1/c reduktaza) -> citokrom c -> kompleks IV (citokrom oksidaza) kompleksi III i IV su protonske pumpe kompleks II nije protonska pumpa i nema oslobađanja energije kod njega

kemijska i električna komponenta gradijenta protona na unutarnoj membrani mitohondrija

membranski potencijal - negativan u matriksu, pozitivan u međumembranskom prostoru pH gradijent - u matriksu je 7,5-8, a u međumembranskom prostoru 7

TOM - mali TIM saperoni - TIM22

multi-pass IM proteini

Hereditarna optička neuropatija

mutacija u mtDNA, rijetka nasljena bolest, češće muškarci, nasljeđivanje po majčinskoj liniji

Nasljeđivanje mitohondrijskih gena

ne-Mendelovo nasljeđivanje (citoplazmatsko nasljeđivanje), hereditarna optička neuropatija

NADH

nikotinamid adenin dinukleotid koenzim adenin i nikotinamid vezani fosfatnin grupama NAD+ - oksidirajući agens - prima elektrone NADH - reducirajući agens - donira elektrone najvažnija funkcija u stanici mu je prijenos elektrona

Fuzija mitohondrija

stabilnost mtDNA, respiratorna snaga i učinkovitost, dva koraka: 1. fuzija vanjske membrane (GTPazu, GTP i H+ gradijent kroz unutarnju membranu) 2. fuzija unutarnje membrane (dinamin, GTP i el. Potencijal kroz unutarnju membranu)

Gradijent protona kroz plazmatsku membranu bakterijske stanice

stvaranje ATP-a, transport određenih metabolita, rotacija bakterijskog flageluma

Mitohondrijski proteini

su kodirani većinom genomom jezgre (95%) i unose se u mitohondrije kao cjeloviti polipeptidni lanci, ali i mtDNA

Ukupan energetski dobitak oksidacijske fosforilacije

svaki par e- od NADH (nastao u ciklusu limunske kis.) → 2.5 ATP svaki par e- od FADH2 (nastao u ciklusu limunske kis.) → 1.5 ATP svaki par e- od NADH (nastao u glikolizi) → 1.5 - 2.5 ATP 2 ATP iz glikolize + 2 ATP iz ciklusa limunske kiseline + 34 ATP iz prijenosa e- = 38 mol ATP nekad 2 mol NADH iz glikolize ne mogu uć direktno u mitohondrij nego priko kompleksa II pa nastaje 36 mol ATPa

Kriste mitohondrija

transport elektrona i sinteza ATPa, 25% lipidi i 75% proteini

Transport elektrona u respiratornom lancu

uklanjanje hidridnog iona sa NADH (H+ i 2 e-) 15 različitih proteinskih nosača grupirani u 3 velika respiratorna enzimatska kompleksa i svaki sljedeći kompleks ima veći afinitet za elektrone od prethodnog i na kraju elektroni dolaze do kisika koji ima najveći afinitet za elektrone elektroni imaju visoku energiju na početku i postepeno je gube kako prolaze kroz lanac

Oksidacijska fosforilacija

unutarnja membrana - elektrokemijski gradijent protona, u nju uronjeni proteini i kofaktori za prijenos elektrona

Razvrstavanje proteina u različite odjeljke mitohondrija

vanjska membrana i međumembranski prostor - prepoznaju ih Tom20 i Tom22 te prolaze kroz Tom40 (ako idu u vanjsku membranu onda stanu kad dođe do unutarnjeg signala pa lateralno difundiraju) matriks i unutarnja membrana - ovo od gori + Tim23 nazad u unutarnju membranu ili međumembranski prostor - Oxa1

Ultrastruktura mitohondrija

vanjska membrana, unutarnja membrana, kriste i matriks

Kemiosmoza

zajednički put koji koriste mitohondriji, kloroplasti i prokarioti za proizvodnju energije (kemijska sinteza ATP-a + membranski transport)

Mitohondriji životinja, biljaka i protozoa

životinje - sve mitohondrijske tRNA kodirane mtDNA, a biljke i protozoa - mitohondrijske tRNA kodirane i mtDNA i genomom jezgre

Najveći sekvencirani mitohondrijski genom

Arabidopsis thaliana, 367kb kodira 31 protein

5S, 16S i 23S

Ribosomi bakterija

Mitohondrijski genom viših biljaka

Sadrži inserte plastidne DNA, prva pronađena sekvenca je bila u mtDNA kukuruza (12kb, sekvenca za plastidnu 16S rRNA i neke tRNA, Stern and Lonsdale 1982.) i to je bilo kul jer se do tad mislilo da su DNA plastida i mitohondrija zasebno evoluirale, mtDNA riže (22kb plastidne DNA u 492kb), mtDNA mahovina nema plastidnu DNA

Unos proteina u unutarnju membranu mitohondrija

To su proteini koji imaju unutarnji signal Tom70 prepoznaje taj unutarnji signal i oni ulaze u međumembranski prostor u međumembranskom prostoru se na taj polipeptidni lanac spajaju mali Tim proteini koji ga navode do Tim22 lanac prolazi kroz Tim22 sve dok on ne prepozna unutarnji signal kad stane i onda protein lateralnon difuzijon ide u membranu

Mitohondrijski ribosomi biljaka i protozoa

3 rRNA (5S, 12S, 16S)

Ribosomi bakterija (rRNA)

3 rRNA (5S, 16S i 23S)

Kardiolipin

4 lanca masnih kiselina, nepropusnost unutarnje membrane mitohondrija za ione

Ribosomi eukariota (rRNA)

4 rRNA (5S, 5.8S, 18S i 28S rRNA; 25S biljke)

Veličina mitohondrijskog genoma kvasca

80kb

Uloge mitohondrija

(1) Proizvodnja metaboličke energije (ATP), (2) sinteza membranskih lipida (fosfatidiletanolamin, fosfatidilglicerol, kardiolipin), (3) ciklus ureje i (4) sinteza hem skupina

Genom mitohondrija

(1) autoreduplikativni i semiautonomni organeli, (2) kružne molekule DNA slične bakt. Iako postoje i linearne, (3) velik broj kopija DNA, (4) gusto je pakiran (ima malo regulatornih sljedova DNA), (5) različit genetički kod od ''univerzalnog'' (22 tRNA), (6) sinteza mitohondrijskih proteina započinje N-formil metioninom (ka u bakterija i kloroplasta) umisto Met (eukarioti), (7) nema histona (ka u bakterija i kloroplasta)

Razlike između mitohondrijskog i univerzalnog genetičkog koda

(1) zajednički za prokariote i eukariote, (2) univerzalni ima 30 tRNA, a mitohondrijski genom 22 tRNA jer se U u antikodonu može sparit sa bilo kojon od 4 baze na trećem mistu u kodonu pa jedna tRNA može pripoznat 4 različita kodona

Veličina mitohondrijskog genoma čovjeka

16kb

Genom mitohondija čovjeka

16kb, 16S i 12S rRNA, 22 vrste tRNA, 13 proteina uključenih u transportni lanac elektrona i oksidacijsku fosforilaciju

Mitohondrijski ribosomi čovjeka, životinja i kvasca

2 rRNA (12S i 16S)

Veličina mitohondrijskog genoma biljke

200kb

TOM - mali TIM - SAM

Beta bačvasta struktura u OM

ATP-sintaza

Fo (oligomycin) je kanal koji se proteže kroz unutarnju membranu i kroz koji se H+ vraćaju iz međumembranskog prostora u matriks i taj protok H+ uzrokuje rotaciju i onda to dijeluje kao rotacijski motor za pokretanje sinteze ATP-a 1 mol ATP-a - 3-4 H+ može radit u oba smjera

Stanično disanje

Glikoliza - citosol, glukoza → 2 piruvata + 2 ATP + 4 H+ (2 NADH) I - piruvat i masne kiseline ulaze u mitohondrij i nastaje acetil CoA II - ciklus limunske kiseline - acetil CoA se oksidira do CO2 i NAD+ i FAD se reduciraju do NADH i FADH2 III - oksidativna fosforilacija - elektroni iz NADH i FADH2 idu transportnim lancem do O2 na kristama membrana i tako daju energiju da H+ izađe u međumembranski prostor IV - H+ se vraća u matriks kroz ATP-azu i proizvodi se ATP

alfa heliks OM proteini

MIM, ne koriste Tom40, ali mogu koristit Tom70 za prepoznavanje

5S, 12S, 16S

Mitohondrijski ribosomi biljaka i protozoa

12S i 16S

Mitohondrijski ribosomi čovjeka, životinja i kvasca

Endosimbiotska teorija

Mogući evolucijski put razvoja mithondrija, predak je purpurna fotosintetska bakterija koja je izgubila mogućnost fotosinteze, Microsporidia i Giardia - anaerobna arheja gubi staničnu stijenku što omogućuje horizontalni prijenos gena jer ta stanica fagocitira i probavlja druge prokariote i onda membrane okružuju kromosome kako bi ih zaštitili i onda u stanicu uđe aerobna bakterija i tu živi ka protomitohondrij i s vrimenon se razvije i jezgrina ovojnica i pravi mitohondriji

Unos proteina u matriks mitohondrija

N-terminalni slijed (25-35ak, presekvencija, pozitivno nabijene aminokiseline, na njega se vežu šaperoni) šaperoni - protein drže u razmotanom stanju jer se drukčije ne može prinit u mitohondrij i usmjeravaju ga prema transmembranskim kompleksima Hsp70 - šaperon, High Stress Protein, u citosolu se veže za N-terminalni slijed i usmjerava lanac i drži ga razmotanin, a u matriksu potiče nastajanje pravilne konformacije proteina Tom - Translocase of the Outer Membrane Tim - Translocase of the Inner Membrane MPP - Mitochondrial Processing Peptidase, proteolitički uklanja N-terminalni slijed u matriksu

TOM - Mia40

Proteini bogati cisteinom namjenjeni IM

TOM - TIM23 - PAM18

Proteini sa prekursorom namjenjeni za IM i matriks

Proteini bogati cisteinom namjenjeni IM

TOM - Mia40

Proteini sa prekursorom namjenjeni za IM i matriks

TOM - TIM23 -PAM18 koriste još u Oxa1 za mitohondrijski ribosom i MPP

Beta bačvasta struktura u OM

TOM - mali TIM - SAM

multi-pass IM proteini

TOM - mali TIM saperoni - TIM22 proteini koji su sa više svojih dijelova uloženi u membranu

Autofagija mitohondrija

adaptacija na nepovoljne uvjete, redoks homeostaza i preživljavanje stanica

MIM kompleks

alfa heliks OM proteini

Vanjska membrana mitohondrija

porini, <5000 Da slobodan prolaz

Giardia

praživotinja, anaerobni, obligatorni parazit, tijekom evolucije izgubile prave mitohondrije, mitosomi

Najveći broj gena u mDNA

protozoa Recclinomonas americana. 69kb -> 97 gena, nalik genomima bakterija iz kojih su se razvili mitohondriji

Mitosomi

reducirani mitohondriji, nemaju genom, ne sintetiziraju ATP, sadrže samo 20-30 tipičnih mitohondrijskih proteina

5S, 5.8s, 18S i 28S

ribosomi eukariota