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