1. Według hipotezy endosymbiozy mitochondria powstały w ewolucji z bakteryjnych endosymbiontów (prawdopodobnie bakterie a-purpurowe) stopniowo integrowanych w komórkę gospodarza, która dostarczyła genom jądrowy, co miało miejsce prawdopodobnie 1mld lat temu. Wskazuje na to wiele podobieństw bakterii do mitochondriów: struktura genomu, rRNA, struktura genów kodujących białka transformujące energię, złożoność funkcjonalna. Zgodnie z tą hipotezą błona zewnętrzna mitochondriów jest ewolucyjnie błoną fagosomu, czyli pochodną błony komórkowej, zaś błona wewnętrzna reprezentuje błonę bakterii. Sfagocytowane bakterie- premitochondria- utraciły w czasie ewolucji komórek eukariotycznych większość swoich genów na rzecz gospodarza, zostały one wbudowane w genom komórki eukariotycznej.
Mitochondria, podobnie jak plastydy, pozostają w komórce półautonomiczne, zachowują odrębny genom ulegający replikacji i ekspresji, ale nie są zdolne do samodzielnego funkcjonowania. W komórkach eukariotycznych mitochondria namnażają się przez podział lub rzadziej pączkowanie
2. Główną rolą mitochondriów jest uzyskiwanie energii w formie wysokoenergetycznych wiązań chemicznych wewnątrz ATP wskutek przekształcania innych związków organicznych, ale mitochondria biorą również udział w innych procesach metabolicznych takich, jak:
- Apoptoza – programowana śmierć komórki
- Regulacja stanu redoks komórki
- Synteza hemu
- Synteza sterydów
- Wytwarzanie ciepła
- Cykl mocznikowy – w mitochondriach wątroby
- Udział w niektórych etapach syntezy sterydów
- Wytwarzanie i przetwarzanie energii
3. Średnica: 2-3 nm
Długość: do 10 mikrometrów
Ilość: w wątrobie 1300
Oocyt 30 000
Zajmują ok. 12% objętości komórki
Rozmieszczenie w komórce: głównie blisko jądra kom.
4. Budowa błony zewn. (zawartość białek i lipidów)
- 50% lipidów i 50% białek
- ma 6x więcej cholesterolu niż bł. Wew. Co daje mniejszą płynność
- 3x więcej fosfatydyloinozydolu
5.
- jest naszpikowana białkami zwanymi porynami. Poryny są w istocie dużymi (około 2-3 nm średnicy) kanałami, przez które mogą się przedostawać wszystkie cząsteczki o masie nie przekraczającej 5000 daltonów. Większe cząsteczki mogą pokonać zewnętrzną błonę tylko przy pomocy transportu aktywnego
- białek ją budujących są enzymy odpowiadające za bardzo rozmaite reakcje, jak np. wydłużanie łańcuchów kwasów tłuszczowych, utlenianie adrenaliny i rozkład tryptofanu
odstawowym narzędziem wymiany metabolitów między mitochondriami i cytoplazmą jest zależny od potencjału kanał o selektywności anionowej, kanał VDAC (ang. voltage depentent anion channel), nazywany także poryną mitochondrialną. Kanał ten został odkryty w roku 1976 i przez ostatnie 30 lat był intensywnie badany. Badania te doprowadziły do ustalenia jego kluczowej roli w regulacji metabolicznych i energetycznych funkcji mitochondriów.
6. Budowa błony wewnętrznej
- 20% lipidów, 80% białka
Błona wewnętrzna jest nieprzenikliwa dla substancji osmotycznie czynnych - nawet dla małych jonów, jej przepuszczalność jest kontrolowana przez specyficzne nośniki i pompy. Przez błonę tą przenikają swobodnie jedynie tlen dwutlenek węgla, woda, amoniak, i substancje hydrofobowe. Transport substancji wytwarzanych np. w cyklu Krebsa czy też jonów sodu, wapnia, potasu i wodoru odbywa się za pośrednictwem specyficznych białkowych przenośników wbudowanych w błonę wewnętrzną, zwanych translokazami lub permeazami. Poza tymi białkami błona wewnętrzna zawiera wszystkie składniki związane z łańcuchem oddechowym oraz fosforylacja oksydacyjną. Błona wewnętrzna tworzy uwypuklenia zwane grzebieniami mitochondrialnymi. Uwypuklenia te mają zwykle kształt 1) blaszek (mitochondria lamelarne np. w komórkach wątroby i mięśni) częściowo lub całkowicie przecinających mitochondrium, 2) cewek (rurek - mitochondria tubularne np. u niektórych jednokomórkowych i tkankach steroidotwórczych u kręgowców). Grzebienie mitochondrialne są bardzo plastyczne i podatne na zmiany, ich liczba i kształt zmienia się podczas różnicowania komórki i jest proporcjonalna do intensywności oddychania (zapotrzebowania na ATP).
Na powierzchni błony wewnętrznej (od strony matriks) występują liczne cząstki uszypułkowane (buławkowate, grzybkowate), które są odpowiednikiem katalitycznej części kompleksu enzymatycznego ATPazy mitochondrialnej. Enzymem markerem tej błony jest dehydrogenaza bursztynianowa.
7. Kariolipina, fosfatydylocholina, fostatydyloetanolamina- 2:3:4 co daje mniejszą przepuszczalność wew. Błony mitochondrialnej
Kardiolipina (CL) - potoczna nazwa dwufosfatydyloglicerolu, ujemnie naładowanego glicerolofosfolipidu występującego w wewnętrznej błonie mitochondrium, a poza tym w błonach komórkowych niektórych bakterii.
Historycznie po raz pierwszy wyizolowany z homogenatów serca wołu - stąd nazwa.
Kardiolipina odgrywa ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu enzymu oksydazy cytochromu C (COX).
Znaczenie w medycynie [edytuj]
- zespół Bartha - mutacja w genie tafazyny (enzymopatia mitochondrialna)
- zespół antyfosfolipidowy
- serologiczne odczyny kiłowe
8. Tlen, dwutlenek węgla, woda i amoniak
9.
enzymy markerowe, enzymy wskaźnikowe występujące tylko w jednym określonym przedziale komórki; pomiar aktywności e. m. jest dogodnym sposobem oznaczenia stopnia czystości preparatów organelli w różnych frakcjach homogenatu otrzymanego z komórek; e. m. dla mitochondriów jest dehydrogenaza bursztynianowa, a dla peroksysomów – katalaza.
Dehydrogenaza bursztynianowa (EC 1.3.99.1) katalizuje reakcje odwodornienia bursztynianu z wytworzeniem fumaranu. W grupie prostetycznej enzymu występuje FAD. Na każdą grupę flawinową przypadają 4 atomy żelaza i 4 jony siarczkowe. Dehydrogenaza bursztynianowa u eukariontów jest zlokalizowana w wewnętrznej błonie mitochondrium.
Dehydrogenazy, dla których akceptorem atomów wodoru jest FAD, jak np. dehydrogenaza bursztynianowa - znajdujšca się po wewnętrznej stronie błony mitochondrialnej - może bez przeszkód oddać atomy wodoru na ubichinon, z pominięciem kompleksu I.Błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla zredukowanego NAD. Może on być wytwarzany podczas glikolizy zachodzšcej w cytozolu. Istnieje sposób przekazywania równoważników redukcyjnych za pomocš tzw. mostków substratowych:
Po obydwu stronach błony występuje taka sama para substratów, która może przyjšć lub oddać atomy wodom, oraz enzym dehydrogenaza. Przez błonę mitochondrialnš mogš przenikać czšsteczki zredukowanego przez NADH substratu i wewnštrz mitochondrium przekazać atomy wodoru na FAD. Powoduje to stratę jednej czšsteczki ATP, ale sš inne korzy�ci metaboliczne. Parę substratów i enzym mogš stanowić np. glicerolo-3-fosforan i dihydroksyacetonofosforan oraz enzym dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanowa.
10. Wnętrze mitochondrium wypełnia macierz (matriks) mitochondrialna. Jest to rodzaj żelu – wodny roztwór białek i metabolitów zużywanych na potrzeby mitochondrium. Białkami wewnętrznymi mitochondrium są wszystkie enzymy β-oksydacji kwasów tłuszczowych, cyklu Krebsa, syntezy steroidów itp. Macierz zawiera również mitochodndrialny DNA (mtDNA), rybosomy mitochondrialne i tRNA mitochondrialne. Enzymem markerowym (markerem) matrix mitochondrialnej jest syntetaza cytrynianowa.
Wnętrze mitochondrium wypełnia matriks o charakterze białkowego żelu, której 50% stanowią białka głównie enzymatyczne (około 40 różnych enzymów, m.in. enzymy cyklu kwasów trójkarboksylowych, b-oksydacji kwasów tłuszczowych, syntezy DNA, RNA i białek, katabolizmu aminokwasów). Enzymem markerowym matriks jest syntetaza cytrynianowa występująca w cyklu Krebsa.
W matriks bezpośrednio jest zlokalizowany DNA mitochondrialny (=mtDNA) w formie pierścieniowej, niekiedy liniowej, w liczbie od 1 do kilku cząsteczek, przyczepionych do wewnętrznej błony mitochondralnej. mtDNA pozbawiony jest histonów, koduje rRNA, tRNA, niektóre enzymatyczne białka błon mitochondrialnych. Oprócz mtDNA, w mitochondriach niektórych grzybów i roślin wyższych występują plazmidy (w formie kolistej i liniowej), replikujące się niezależnie od mtDNA. Na terenie matriks występują również rybosomy - o stałej sedymentacji 70S i właściwościach podobnych do rybosomów prokariotycznych i plastydowych oraz ziarnistości fosforanu wapnia. Większość białek matriks jest syntetyzowana na terenie cytoplazmy na bazie genomu jądrowego. Z genomem mitochondrialnym jest związane u zwierząt dziedziczenie cytoplazmatyczne. DNA mitochondrialny charakteryzuje się małą liczbą sekwencji niekodujących.
11. Konfiguracja skondensowana- bardzo długie, duże, silne sfałdowana bł. Wewn., blaszkowate grzebienie, ciemna matriks np. w kom. Serca nabłonku jelit, kanaliki proksymalne nerek
Konfiguracja ortodoksyjna- niska gęstość matriks, mała ilość grzebieni. Występowanie: Komórki starzejące się, niezróżnicowane i niektóre nowotworowe
12. Mitochondria steroidogenne- cewkowate (tubularne), liczne grzebienie o kształce cewek. Występują w kom. Kory nadnerczy i kom. Leidyga, pęcherzykach jajnikowych, ciału żółtym
13. Funckja termogeniny: Termogenina, białko występujące w wewnętrznej błonie mitochondriów tkanki tłuszczowej brunatnej, mające postać kanału jonowego przepuszczalnego dla protonów.
Termogenina wykorzystuje ten sam przezbłonowy gradient protonów, który, według teorii chemiosomotycznej Mitchella, wykorzystuje syntaza ATP. Przejście protonów z przestrzeni międzybłonowej mitochondrium do macierzy mitochondrialnej przez ten kanał nie powoduje jednak powstania ATP, jak w procesie fosforylacji oksydacyjnej, lecz wytworzenie energii cieplnej. Podsumowując: komórki posiadające termogeninę wytwarzają więcej energii cieplnej kosztem spadku produkcji ATP.
Na przykład kwiatu rośliny, co zwiększa intensywność wydzielania cząstek zapachowych.
Zwierzęta zapadające w sen zimowy wykorzystują termogeninę do podtrzymywania temperatury ciała, przy zmniejszeniu przemiany materii do minimum.
U ludzi tkanka tłuszczowa brunatna zawierająca termogeninę znajduje się w wieku niemowlęcym na karku i między łopatkami.
okrągłe, gęsto ułożone grzebienie, dużo cytochromów, mało syntazy ATP
14. Różne mitochondria w tej samej komórce mogą zawierać różniące się od siebie cząsteczki mtDNA, nawet w pojedynczym mitochondrium nie wszystkie cząsteczki są jednakowe. Zjawisko to nazywa się heteroplazmią. U ssaków mitochondria wraz ze znajdującym się w nich mtDNA są przekazywane następnym pokoleniom niemal wyłącznie w linii żeńskiej. U myszy zaobserwowano, że pochodzące od ojca mitochondria (wraz z zawartym w nich DNA) są niszczone we wczesnych fazach rozwoju zygoty. U innych organizmów wygląda to inaczej, np. u ogórka mitochondria dziedziczą się w linii męskiej. Podczas podziału komórki mitochondria rozdzielane są losowo do potomnych komórek.
15. Mutacje w genach mitochondrialnych powodują choroby mitochondrialne, których objawy dotykają głównie tkanki o największym zapotrzebowaniu energetycznym - mięśniową i nerwową. Choroby te mają charakterystyczny, matczyny wzór dziedziczenia. Również mutacje kodowanych w jądrze komórkowym białek mitochondrialnych powodują choroby genetyczne (np. ataksja Fredreicha).
Mitochondrialny DNA jest narażony na uszkodzenia przez wolne rodniki z łańcucha oddechowego, a w mitochondriach nie ma sprawnych mechanizmów naprawczych dla DNA. Leży to u podłoża hipotezy tłumaczącej objawy starzenia się akumulacją mutacji somatycznych mitochondrialnego DNA i obniżaniem sprawności energetycznej komórek.
Tak zwany obszar hiperzmienny mitochondrialnego DNA to niekodujący fragment genomu mitochondrialnego, który bardzo się różni między ludźmi. Dlatego wykorzystuje się go do badań genetyki populacyjnej oraz w medycynie sądowej do ustalania tożsamości. Sekwencje niektórych genów mitochondrialnych, różniące się między gatunkami, mogą służyć jako "kod kreskowy" charakterystyczny dla poszczególnych gatunków i są w związku z tym wykorzystywane w badaniach bioróżnorodności.
Choroby mitochondrialne - choroby genetyczne wynikające z zaburzeń w funkcjonowaniu i strukturze mitochondriów. Objawy chorób mitochondrialnych związane są zwykle z tkankami o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym np. mięśniami szkieletowymi lub układem nerwowym, i zazwyczaj obejmują miopatie, encefalopatie oraz neuropatie. Szacuje się, że na choroby mitochondrialne zapada 1 na 15000 osób.
Choroby mitochondrialne mogą być spowodowane:
mutacjami w genomie mitochondrialnym (mtDNA)
mutacjami w jądrowym DNA kodującym białka specyficzne dla mitochondriów oraz związane z regulacją ich funkcjonowania.
Ponieważ komórka zawiera tysiące kopii mitochondrialnego DNA, ma on większą szansę niż DNA jądrowy zachować się w materiale kopalnym. Do niedawna jedyne znane sekwencje kopalnego DNA to były sekwencje mitochondrialne. Porównanie sekwencji DNA mitochondrialnego ludzi współczesnych i neandertalczyków sugeruje, że się nie krzyżowaliśmy.
Mitochondria dziedziczone są niemal wyłącznie w linii matczynej, ponieważ wszystkie lub niemal wszystkie pochodzą z oocytu, a bardzo nieliczne (jeśli w ogóle) są przekazywane w plemniku, a w zygocie te pochodzące od ojca są niszczone. Zatem choroby mitochondrialne spowodowane mutacjami w genomie mitochondrialnym dziedziczą się po matce, natomiast zapada na nie potomstwo obu płci.
Komórka zawiera kilka tysięcy mitochondriów, a w każdym z nich znajduje się kilka cząsteczek mtDNA. Cząsteczki te nie zawsze są identyczne. Zjawisko to nazywa się heteroplazmia. Przy podziałach komórki mitochondria rozdzielane są do komórek potomnych losowo. Zatem objawy choroby zależą od stosunku prawidłowego mtDNA do mtDNA niosącego mutację i pojawiają się po przekroczeniu pewnej wartości progowej. Wartość progowa jest różna dla różnych tkanek (przy czym jest niższa dla tkanek o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym, takich, jak mięśnie czy mózg) i dla różnych mutacji. Powoduje to, że objawy kliniczne chorób mitochondrialnych i ich nasilenie mogą się znacznie różnić u różnych pacjentów.
Zespół przewlekłej postępującej zewnętrznej oftalmoplegii, CPEO (ang. chronic progressive external ophtalmoplegia) - przyczyną jest delecja w mtDNA, choroba objawia się przewlekłą zewnętrzną oftalmoplegią i obustronnym opadaniem powiek, a także osłabieniem mięśni, może prowadzić do całkowitego porażenia mięśni okołoruchowych.
Zespół Kearnsa-Sayre’a (Kearns-Sayre syndrome, KSS, OMIM 530000) - przyczyną jest delecja w mtDNA, objawami choroby są postępująca oftalmoplegia zewnętrzna, zwyrodnienie barwnikowe siatkówki, ataksja, podwyższony poziom białka w płynie mózgowo-rdzeniowym, zaburzenia przewodzenia w mięśniu sercowym. Nie stwierdza się osłabienia kończyn, a objawy występują przed 20. rokiem życia. KSS nie jest dziedziczny.
Zespół mitochondrialnej encefalomiopatii dotyczącej układu nerwowego, żołądka i jelit, MNGIE (ang. mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy syndrome, OMIM 603041) - spowodowany mutacją w znajdującym się na chromosomie 22 gen...
anetushek