Információ

Sejtlégzés, miért kettős membrán a mitokondriumokban és nem a baktériumokban?

Sejtlégzés, miért kettős membrán a mitokondriumokban és nem a baktériumokban?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

A baktériumok egyetlen membránon, a plazmamembránjukon keresztül végeznek sejtlégzést. Milyen előnyei vannak a kettős membránoknak az eukariótákban (a mitokondriumokban), és hogyan érik el a baktériumok a proton gradienst?


4.5: Sejtlégzés

  • Közreműködött: John W. Kimball
  • Professzor (nyugdíjas) a Tufts Egyetemen és a Harvardon

A sejtlégzés az élelmiszermolekulák, például a glükóz szén-dioxiddá és vízzé oxidációjának folyamata.

[C_6H_<12>O_ <6>+ 6O_2 + 6H_2O &rarr 12H_2O + 6 CO_2 ]

A felszabaduló energia csapdába esik formájában ATP a sejt összes energiaigényes tevékenységéhez használható. A folyamat két szakaszban zajlik:

  • glikolízis, a glükóz piroszőlősavvá történő lebontása
  • a teljes piroszőlősav oxidációja szén-dioxidra és vízre

Az eukariótákban a glikolízis a citoszolban, a többi folyamat pedig a citoszolban megy végbe mitokondriumok.


Mik azok a mitokondriumok?

A mitokondriumokat a "sejt erõházaként" ismerik. Közvetlen funkciójuk a glükóz ATP-vé (adenozin-trifoszfát) történő átalakítása. Az ATP a sejt &lsquocurrency&rsquo-jának tekinthető. Ez az energia alapegysége, amely szükséges a szervezetünkben zajló kémiai reakciókhoz. Ennek az átalakulásnak a folyamatát aerob légzésnek nevezik, és ez az oka annak, hogy az embernek oxigént kell lélegeznie.

Állati mitokondrium diagram (a fotó forrása: Mariana Ruiz Villarreal LadyofHats / Wikimedia Commons)

Szerkezet

A mitokondriumoknak nincs állandó alakja és mérete, de az általános szerkezet változatlan marad, amely rúd alakú. Méretük 1 és 10 mikrométer között változik. Számuk az egyes sejtekben az egyes sejtek metabolikus aktivitásától függően változik. A szerkezet nagyon egyszerű, négy különböző rekesszel. Sima külső membránja és erősen csavarodott belső membránja van. Ezek a konvolúciók cristae-t eredményeznek. Aztán van egy membránközi tér, és végül a mátrix a belsejében van.


Dupla membrán

kettős membrán - A mitokondriumokban és a plasztidokban kétrétegű membrán van, amely körülveszi az organellumokat. Úgy gondolják, hogy ez az endoszimbiózis eredménye, ahol a külső membrán az eukarióta sejtből származik, a belső membrán pedig az eredeti prokariótáé, amelyet "lenyeltek".

A kettős membrán osztódó növényi sejt középvonalán át, amelyek között a citokinézis során kialakul az új sejtfal.
sejtelmélet
Minden élőlény sejtekből áll, amelyek csak más sejtekből származnak. E két elv alól nem találtak kivételt, mióta jóval több mint egy évszázaddal ezelőtt először javasolták őket.

Sejtmag
Dupla membrán a kromoszómákat és a sejtmagot körülvevő. A pórusok specifikus kommunikációt tesznek lehetővé a citoplazmával. A nucleolus a riboszómát alkotó RNS szintézisének helye.

zárt organellum, amely genetikai anyag DNS-t tartalmaz és a hírvivő RNS-t dolgozza fel. Előadás - Sejtmag
nucleolus .

egy osztódó sejt egyenlítőjén keresztül, amely a fragmoplasztból fejlődik ki, megjelöli az új sejtfalak kialakulásának helyét.
sejtfal A növényekben, egyes protistákban és a legtöbb baktériumban található sejtek legkülső merev rétege. Főleg cellulózból álló növényekben található.

. Ez nem érvényes összehasonlítás – a belső mitokondrium membránt protonpumpák működtetésére és oxidatív foszforilációra használják az ATP energia előállítására.

a sejt citoplazmájában található zárt sejtszervecskék. Számos funkciója van, de messze a legfontosabb szerepe a sejterőmű. Energiát biztosít ATP formájában a cukormolekulák lebontásából.

DNS
kör alakú (általában)
lineáris molekulák (kromoszómák) hisztonfehérjékkel
RNS/fehérje szintézis
a citoplazmában kapcsolódnak .

amely az osztódó növényi sejtek egyenlítőjén képződik a mitotikus telofázis során. A két membrán között új sejtfal képződik.
sejtnedv A vakuólumban lévő folyadék.

Egy sejtmag körül a

, az úgynevezett nukleáris burok. Ez a membrán lefedi és megvédi a DNS-t a fizikai és kémiai károsodásoktól. Ennek során a membrán külön környezetet hoz létre a DNS feldolgozásához.

Az ellipszoid alakú kloroplasztot a

sokkal áteresztőbb, mint a belső réteg, amely számos beágyazott membrán transzport fehérjét tartalmaz.

amely elválasztja a sejtmag tartalmát a citoplazmától. Nukleáris pórusok A nukleáris burokban lévő rések, amelyek lehetővé teszik az anyagoknak a magba való be- és kiáramlását. Nukleinsav Minden élőlényben megtalálható nukleotidokból álló polimer.

amiben pórusok vannak a molekulák be- és kijöveteléhez. A sejtmag külső membránja folytonos az endoplazmatikus retikulummal, a citoplazmában található membránhálózattal.

Sajnálom, hogy az ottani organellum a kloroplasztisz, és láthatod, hogy megvan a sajátja

körülötte, ahogy a mitokondriumoknak is két membránja van benne és kívül.

Az atommagot nukleáris burok veszi körül, amely a

megvédi a sejtmagot és annak tartalmát a nem kívánt vendégektől. Egyes fehérjéknek a sejtmagban kell lenniük, hogy segítsenek az olyan folyamatokban, mint a replikáció és a transzkripció.

A mitokondrium egy viszonylag nagy szerkezet, amely a sejt térfogatának jelentős részét képes elfoglalni.

-kötött organellum, amely szinte minden eukarióta sejtben megtalálható.

amely körülveszi a sejtmagot. A kromoszómák elválasztására szolgál a sejt többi részétől. A magmembrán kis lyukak vagy pórusok sorát tartalmazza, amelyek lehetővé teszik bizonyos anyagok, például nukleinsavak és fehérjék áthaladását a sejtmag és a citoplazma között.

Csésze alakú szerkezet vékony

a gerinces vese egyes nefronjainak glomerulusát körülvevő. Szűrőként szolgál a szerves hulladékok, a felesleges szervetlen sók és a víz eltávolítására.

Belső, folyadékkal töltött tasak, amely vékony

amely körülveszi az embriót hüllőkben, madarakban és emlősökben.
Forrás: Curtis, Helena. 1968. Biológia. New York, NY. Worth Publishers
.

A növényi sejtekben található speciális organellum, amelyet a

és belső klorofilt tartalmazó membránokat (tilakoidokat) tartalmaz, ahol a fotoszintézis fényelnyelő reakciói végbemennek. (16-34. ábra)
Teljes szószedet.

A mitokondriumok membránhoz kötött organellumok, és a maghoz hasonlóan rendelkeznek a

. A külső membrán meglehetősen sima. De a belső membrán erősen csavarodott, keresztmetszetben nézve redőket (cristae) képez. A cristae nagymértékben megnöveli a belső membrán felületét.

kloroplasztiszok Korongszerű organellumok a

Az eukarióta növényi sejtekben találhatók tilakoidokat tartalmaznak, és a fotoszintézis helyszínei. Az ATP a fotoszintézis során kemiomózissal keletkezik. KÉP .

A sejtmagot a környező citoplazmától a

körülötte a nukleáris burok. Ez szabályozza az anyagok áramlását a magba és onnan ki.
Egyéb organellumok.

Kromoszómákat tartalmaz (a sejtaktivitást szabályozó DNS-ből készült géneket)
A citoplazmától nukleáris burokkal elválasztva
A boríték a

kis lyukakat tartalmaz
Ezeket a kis lyukakat nukleáris pórusoknak (100 nm) nevezik.
A nukleáris pórusok lehetővé teszik a fehérjék szállítását a sejtmagba.

A zöld algák a és b klorofillokat tartalmazó kloroplasztiszokkal rendelkeznek, amelyekhez kötődnek

s, és különféle formákban fordulnak elő: zászlós, gyarmati, fonalas, sőt primitíven többsejtűek.

Mindkét organellum a DNS-ét használja fel a működéséhez szükséges fehérjék és enzimek előállítására. A

körülveszi mind a mitokondriumokat, mind a kloroplasztiszokat, ami további bizonyíték arra, hogy mindegyiket egy primitív gazdaszervezet nyelte le.

A mag átlagos átmérője körülbelül 5 mikron.
A sejtmagot a citoplazmától a

az úgynevezett nukleáris burok.

A szerkezeti különbségek miatt a bakteriális 70S riboszómák érzékenyek ezekre az antibiotikumokra, míg az eukarióta 80S riboszómák nem. Annak ellenére, hogy a mitokondriumok a bakteriálisakéhoz hasonló riboszómákkal rendelkeznek, ezek az antibiotikumok nem befolyásolják a mitokondriumokat, mivel körülvéve


Mitokondriumok

Mitokondriumok (egyes szám = mitokondrium) gyakran a sejtek „erőműveinek” vagy „energiagyárainak” nevezik, mivel ezek felelősek az adenozin-trifoszfát (ATP), a sejt fő energiahordozó molekulájának előállításáért. A glükóz lebontásából származó ATP képződését sejtlégzésnek nevezik. A mitokondriumok ovális alakú, kettős membrán organellumok (1.ábra), amelyeknek saját riboszómájuk és DNS-ük van. Mindegyik membrán egy fehérjékkel beágyazott foszfolipid kettős réteg. A belső rétegben cristae-nak nevezett redők vannak, amelyek növelik a belső membrán felületét. A redők által körülvett területet mitokondriális mátrixnak nevezzük. A cristae és a mátrix különböző szerepet tölt be a sejtlégzésben.

A formakövető funkció témájával összhangban fontos kiemelni, hogy az izomsejtekben nagyon magas a mitokondrium koncentrációja, mivel az izomsejteknek sok energiára van szükségük az összehúzódáshoz.

1.ábraEz a transzmissziós elektronmikroszkópos felvétel egy mitokondriumot mutat elektronmikroszkóppal. Figyelje meg a belső és külső membránokat, a krisztákat és a mitokondriális mátrixot. (hitel: Matthew Britton munkájának módosítása, Matt Russell skálaadatai)

A mitokondriumokhoz hasonlóan a kloroplasztiszoknak is van saját DNS-ük és riboszómáik. Kloroplasztok szerepet játszanak a fotoszintézisben, és megtalálhatók az eukarióta sejtekben, például növényekben és algákban. Szén-dioxid (CO2), vizet és fényenergiát használnak glükóz és oxigén előállítására a fotoszintézisben. Ez a fő különbség a növények és az állatok között: A növények (autotrófok) saját maguk állítják elő táplálékukat, például a glükózt, míg az állatoknak (heterotrófoknak) más szervezetekre kell támaszkodniuk szerves vegyületeik vagy táplálékforrásuk tekintetében.

A mitokondriumokhoz hasonlóan a kloroplasztiszoknak is van külső és belső membránja, de a kloroplasztisz belső membránja által bezárt térben egymáshoz kapcsolódó és egymásra rakott, folyadékkal teli membrántasakok halmaza található, amelyeket tilakoidoknak neveznek.2. ábra). A tilakoidok minden egyes halomát granumnak (többes szám = grana) nevezzük. A belső membrán által körülzárt és a gránát körülvevő folyadékot stromának nevezzük.

2. ábraA kloroplaszt ezen egyszerűsített diagramja a külső membránt, a belső membránt, a tilakoidokat, a gránát és a stromát mutatja.

A kloroplasztiszok zöld pigmentet tartalmaznak, az ún klorofill, amely a napfény energiáját rögzíti a fotoszintézishez. A növényi sejtekhez hasonlóan a fotoszintetikus protisták is rendelkeznek kloroplasztiszokkal. Egyes baktériumok fotoszintézist is végeznek, de nem rendelkeznek kloroplasztiszokkal. Fotoszintetikus pigmentjeik a sejten belüli tilakoid membránban találhatók.

Az endoszimbiózis elmélete

Említettük, hogy a mitokondriumok és a kloroplasztiszok egyaránt tartalmaznak DNS-t és riboszómákat. Elgondolkozott már azon, hogy miért? Erős bizonyítékok utalnak az endoszimbiózisra, mint magyarázatra.

A szimbiózis egy olyan kapcsolat, amelyben két különálló fajból származó organizmusok szoros kapcsolatban élnek, és jellemzően specifikus alkalmazkodást mutatnak egymáshoz. Az endoszimbiózis (endo-= belül) olyan kapcsolat, amelyben az egyik szervezet a másikban él. Az endoszimbiotikus kapcsolatok bővelkednek a természetben. A K-vitamint termelő mikrobák az emberi bélben élnek. Ez a kapcsolat előnyös számunkra, mert nem tudjuk szintetizálni a K-vitamint. A mikrobák számára is előnyös, mert védve vannak más élőlényektől, és stabil élőhelyet és bőséges táplálékot biztosítanak a vastagbélben élve.

A tudósok régóta észrevették, hogy a baktériumok, a mitokondriumok és a kloroplasztiszok hasonló méretűek. Azt is tudjuk, hogy a mitokondriumoknak és a kloroplasztiszoknak van DNS-ük és riboszómáik, akárcsak a baktériumoknak. A tudósok úgy vélik, hogy a gazdasejtek és a baktériumok kölcsönösen előnyös endoszimbiotikus kapcsolatot alakítottak ki, amikor a gazdasejtek lenyelték az aerob baktériumokat és cianobaktériumokat, de nem pusztították el őket. Az evolúció során ezek a bekebelezett baktériumok funkciójukra specializálódtak, az aerob baktériumok mitokondriumokká, a fotoszintetikus baktériumok pedig kloroplasztiszokká.


Légzés baktériumokban | Mikrobiológia

Más élőlényekhez hasonlóan a baktériumok is lélegeznek. Oxidálják a citoplazmában található élelmiszer-anyagokat, hogy energiát nyerjenek. A legtöbb baktérium a légkör szabad oxigénjét vagy a folyékony környezetben oldott oxigént használja fel.

Ezeket aeroboknak vagy aerob baktériumoknak nevezik. Azért hívják őket, mert csak szabad oxigén jelenlétében tudnak élni. Légzésükhöz szabad oxigénre van szükség.

A szabad oxigén átdiffundál a baktériumsejt falán, és oxidálja a citoplazmában található élelmiszereket. A reakció két lépésben megy végbe. Az első lépés az élelmiszer-anyagok oxidációja a hidrogénatompárok eltávolításával.

A második lépés a hidrogénatomok oxigén általi oxidációja energia felszabadításával. A felszabaduló energiát az adenozin-difoszfátból (ADP) és a foszforsavból képződött ATP (adenozin-trifoszfát) köti meg.

Az élelmiszerek oxidációja tehát CO-termelést eredményez2, H2O és az ATP képződése. A szén-dioxid a test felületén keresztül kifelé diffundál. A légzés fontos jellemzője nem annyira a gázcsere, hanem az ATP képződése.

Ez egy vegyület egy élő szervezet testében, amely felfogja és tárolja a légzés során felszabaduló energiát, amely egyébként egyszerűen hőt termelt volna.

Az ATP-be zárt energia fokozatosan kerül felhasználásra, ahogyan szükség van számos reakció lefolytatására a baktériumsejtben.

Az aerobikus légzést a következő egyenlet ábrázolja:

Anaerobok vagy anaerob baktériumok:

Jelentős számú baktérium létezik, amelyek szabad oxigén hiányában képesek élni és szaporodni. Valójában szabad oxigén jelenlétében elpusztulnak. Ezek a különleges baktériumok szerves vegyületekből, például cukorból nyernek oxigént a légzésükhöz.

Ezeket anaeroboknak vagy anaerob baktériumoknak nevezik. Erre a típusra jó példa a baktériumok, amelyek lebontják a glükózt alkohollá és szén-dioxiddá.

Az anaerob légzés bizonyos oxidáló enzimek kiválasztásával valósul meg. Ez utóbbiak az élelmiszerek lebomlását idézik elő. Ezt követi az atomok átrendeződése a szerves molekulán belül.

Egyes molekulacsoportok a többitől felveszik a benne lévő oxigént. Az ilyen típusú légzésből elérhető energia sokkal kevesebb, mint szabad oxigén felhasználása esetén.

Ennek az az oka, hogy a glükózmolekulák nem oxidálódnak teljesen. A glükózban tárolt energia nagy része az alkoholban marad. Néhány anaerob baktérium nem igényel szabad oxigént. Valójában megmérgezik vagy megölik őket a jelenléte.

Csak szabad oxigén hiányában képesek élni és szaporodni. Ilyen például a szifilisz és a tetanusz baktérium. Az ilyen baktériumokat kötelező anaeroboknak nevezzük.

Vannak más anaerob baktériumok is, amelyek élhetnek és szaporodhatnak, függetlenül attól, hogy van oxigén, vagy sem. Fakultatív anaeroboknak nevezik őket.


Mitokondriumok és sejthalál

A sejtkárosodás vagy -betegség számos modelljében a sejtkárosodás visszafordíthatatlanságát elsősorban a mitokondriális biológia szempontjai határozzák meg. A sejthalált általában apoptotikus vagy nekrotikus - programozott vagy véletlenszerű - kategóriába sorolják, bár a sejthalál formái közötti határok nem mindig vannak ilyen egyértelműen meghatározva. Az apoptotikus sejthalál döntő szerepet játszik a korai fejlődésben és az élet későbbi szakaszában, a károsodott sejtek eltávolításában, anélkül, hogy a nekrotikus sejthalálhoz kapcsolódó energiaveszteséget okoznák. Az apoptózis energiafüggő, aktív és koordinált folyamat, míg a nekrózis jellemzően anyagcsere-kudarc eredménye, amely energetikai összeomláshoz, az iongradiensek lebomlásához, sejtduzzadáshoz és szerkezeti dezorganizációhoz vezet.

A nekrotikus sejthalál egyik fő mechanizmusa az mPTP megnyitása. A pórusok felnyílása számos különböző szövetben előforduló betegségek egyre növekvő sorában játszik szerepet, bár a legerősebb kísérleti eset valószínűleg az ischaemia és a szív reperfúziós sérülése során bekövetkező sejthalál. Ez fontos és izgalmas, mivel a pórus életképes terápiás célpont, így érintettségének azonosítása terápiás lehetőségeket is magában hordoz.

Hunter és Hapworth írta le először, hogy a mitokondriális permeabilitási gát hirtelen elvesztését Ca 2+ vagy pro oxidánsok hozzáadása után később kimutatták, hogy a belső mitokondriális membránban egy nagy konduktanciapórus nyílik meg, amely elég nagy ahhoz, hogy bezárja a dezoxiglükózt. 59 A pórusok megnyitása a mitokondriális membránpotenciál összeomlását, az ATP kimerülését és a sejthalál gyors előrehaladását okozza. Feltételezték, hogy a pórusokat más, normális funkciójú membránfehérjék pórusképző konfigurációba való transzformációja hozza létre. Előnyben részesített jelölt az adenin nukleotid transzlokáz (ANT), mivel ez a fehérje egy A Ca 2+ -függő pórusképző konformációra vált, és a pórusnyílást az ANT-hoz kötődő gyógyszerek módosítják. A közelmúltban egy ANT knockout egér szöveteivel végzett kísérletek kérdőjelet vetettek rá erre a modellre, így a pórusok molekuláris azonossága bizonytalanná vált. Nyilvánvaló azonban, hogy a pórusok nyílását a cyclophilin D (CypD) mátrix fehérje szabályozza, amely a ciklosporin A-hoz (CsA) kötődik, megakadályozva a pórusok nyílását. A CsA általi védelem mára a pórusnyílások mércéjévé vált, és ma már klinikai vizsgálatokban használják az mPTP különböző patológiákban való részvételére. Az mPTP szerepe a sejthalálban az ischaemia és a szív reperfúziója során egyértelmű és egyértelmű, és az infarktus mérete egyértelműen csökken a CypD knockout során. 60,61 A CypD-knockout során számos patológiával szembeni védelmet mutattak ki, beleértve a stroke károsodásának csökkentését és a kísérleti allergiás encephalopathia elleni védelmet. 62 Így a sejthalál nekrotikusként való azonosítása nem feltétlenül jelenti azt, hogy a sérülés kezelhetetlen.

A programozott sejthalál vagy apoptózis két jelátviteli útvonalon keresztül megy végbe: (i) az extrinsic útvonalon, amely a sejtfelszíni receptorokat érinti, ami a kaszpáz 8 aktiválódásában csúcsosodik ki, és (ii) az intrinsic útvonalon, amely a mitokondriális külső membrán permeabilizálását igényli. 63 A mitokondriumok összetett szerepe az emlős sejthalálban akkor derült ki, amikor több tanulmány is rávilágított, hogy a rezidens mitokondriális fehérjék képesek közvetlenül stimulálni a sejthalált. 2,63,64 Normál sejtkörülmények között ezek a fehérjék az intermembrán térben találhatók, és a halálingerekre válaszul a citoszolba szabadulnak fel. Elősegítik a sejthalált azáltal, hogy aktiválják a kaszpázokat és/vagy inaktiválják a folyamat citoszolikus inhibitorait. A belső útvonal tehát egy kényes egyensúly a mitokondriumok és a különböző citoszolikus faktorok között, és ez az egyensúly szabályozza a sejtek integritását.

Apoptogén fehérjék és mitokondriumok

Citokróm c, az elektrontranszport lánc lényeges komponense apoptózist indít el, amikor kiszabadul a mitokondriumokból. 65 Felszabadulás után citokróm c kötődik az Apaf-1-hez. Az ATP további stabilizálása és kötődése az Apaf-1/citokrómhoz c komplex oligomerizációt és az apoptoszóma kialakulását eredményezi (ਃ. ábra). Ez a multimer komplex feltárja az Apaf-1 CARD doménjeit, ami nyitott konformációt eredményez. Ez a komplex képes a procaspáz-9-et toborozni és az aktív apoptszómát kialakítani. 66 Csak a kaszpáz-9 képes hasítani és aktiválni a kaszpáz-3 utáni végrehajtó kaszpázt. Az egereken végzett funkcióvesztési vizsgálatok azt mutatják, hogy a citokróm kiesik c embrionális halálos, azonban az egész szervezet szintjén nehéz megkülönböztetni, hogy ez nagyrészt az oxidatív foszforilációban vagy a sejthalálban betöltött szerepének köszönhető-e. 63 Az ezekből az egerekből származó embrionális őssejtekkel és fibroblasztokkal végzett vizsgálatok kimutatták a citokróm fontosságát c a halálingerek szempontjából. Az UV-sugárzásra, a γ-besugárzásra és a kemoterápiás gyógyszeres kezelésre adott válaszként a sejtek nem mutattak kaszpázaktivitást, és lényegében rezisztensek az apoptózissal szemben. 64

Apoptotikus aktiválás az intrinstic útvonalon keresztül. Az apoptotikus ingerek aktiválják a csak BH3 fehérjéket, egyidejűleg inaktiválják a Bcl-2-t és aktiválják a Bax transzlokációt a mitokondriumokba. Bakot az Mcl-1, a VDAC2 és a Bcl-xL tartja sakkban. A Bax/Bakoligomerizáció citokrómot eredményez c kiadás és MOMP. az apaf-1-et a citokróm aktiválja c kötés, kiszorítva a CARD tartományt. Az apoptoszóma kaszpáz-9-cel képződik, aktiválja a kaszpáz-3-at és beindítja az apoptózist.

A Bcl-2 volt az első példa olyan onkogénre, amely inkább gátolja a sejthalált, semmint elősegíti a proliferációt. 67 A Bcl-2 fehérjék családját két csoportba sorolják, a túlélést elősegítő (Bcl-x) csoportba.L, Bcl-w, A1 és Mcl-1) és pro-apoptotikus (Bax, Bak, Bok, Bid, Bim, Bad, Noxa és Puma). 68,69 Az apoptogén fehérjéket tovább osztályozhatjuk a bennük lévő Bcl-2 homológia domének mennyisége alapján. A csak BH3 fehérjék osztálya tartalmaz egy BH3 domént és amfipatikus hélixet, amely felelős a Bcl-2 családtagokkal való kölcsönhatásért. 70 A csak BH3-at tartalmazó fehérjék többsége a mitokondriális külső membránra transzlokálódik halálinger hatására. A mitokondriumokba való áttelepítés a sejthalál kritikus és elengedhetetlen szakasza, mivel a csak BH3-at tartalmazó fehérjék kölcsönhatása a pro-apoptotikus Bcl-2 családtagokkal (Bax és Bak) elősegíti a sejthalált. 70 A csak BH3 fehérjék transzlokációja a Bax és Bak konformációs változásaival és ezt követő oligomerizációjával egyidejűleg megy végbe a mitokondriális felszínen. 71

Életképes emlőssejtekben a Bax a citoszolban található, kis mennyiségben lazán kapcsolódik a tokondrium felszínéhez. 72 A Bax be- és kikapcsol a külső membránon, ahol a Bcl-x retrotranszlokálja a citoszolbaL. 73 Ez egy szabályozási ellenőrző pont lehet annak biztosítására, hogy a mitokondriumok Bax-szintjei ne halmozódjanak fel olyan szintre, amely autoaktivációt eredményez. Ezzel szemben, apoptotikus ingerekre Bax kétlépcsős konformációs változáson megy keresztül, ahol a hidrofób C-terminális régió, amely egyszer elrejtett a hidrofób zsebben, szabaddá válik, ami a fehérje mitokondriumokba való áttelepülését okozza. 74 Egy második konformációs változás akkor következik be, amikor a 㬕 és 㬖 hélixek közvetlenül a külső membránba helyezkednek el, ami a mitokondriális külső membránpermeabilizációban (MOMP) és a citokrómban csúcsosodik ki. c kiadás. 75 Az egészséges sejtekben a Bax-asszociációt a mitokondriális felülettel kiváltó mechanizmus nem tisztázott, azonban a liposzómákkal végzett kísérletek arra utalnak, hogy a lipid kettősréteggel való érintkezés elegendő lehet. 76 A Bcl-x mellettL ellenőrző pont, amely megakadályozza a Bax letális felhalmozódását a mitokondriumokon, maga a külső membrán összetétele, vagyis a koleszterintartalom akadályozhatja az apoptózis aktiválásához szükséges teljes konformációs változást. 77 A Bax szabályozása egy összetett folyamat, amely számos további fehérjét igényel, beleértve a pro-apoptotikus Bakot. A Bak a mitokondriális külső membrán rezidens fehérje, és a VDAC2, Mcl-1 és Bcl-x tartja inaktív állapotban.L. 78,79 A Baxhoz hasonlóan csak BH3 fehérjékre van szükség az oligomerizációhoz és a MOMP kialakulásához. 80 Az aktiválási folyamat korai szakaszában a Bak BH3 doménje szabaddá válik, majd kölcsönhatásba lép egy másik Bak-molekula hidrofób barázdájával. 81 Azt javasolják, hogy az újonnan oligomerizált Bax és Bak átmeneti pórusokat képezzenek, lehetővé téve az apoptogén fehérjéket, például a citokrómot. c átjutni, kialakítani az aktív apoptoszómát, és beindítani a downstream végrehajtó kaszpázokat, hogy befejezze az apoptotikus folyamatot. 82,83


A mitokondriumok szerkezete

A mitokondriumok membránhoz kötött organellumok, amelyeket kettős membrán zár be.

Az organellumokat körülvevő sima külső membránjuk és egy összehajtott belső membránjuk van. A belső membrán redőit cristae-nak nevezzük, melynek szingulárisa crista, a redőkben zajlanak a mitokondriális energiát létrehozó reakciók.

A belső membrán egy mátrixnak nevezett folyadékot tartalmaz, míg a két membrán között elhelyezkedő membránközi teret szintén folyadék tölti ki.

Ennek a viszonylag egyszerű sejtszerkezetnek köszönhetően a mitokondriumoknak csak két külön működési térfogata van: a belső membránon belüli mátrix és a membránok közötti tér. Az energiatermeléshez a két kötet közötti átvitelre támaszkodnak.

A hatékonyság növelése és az energiatermelési potenciál maximalizálása érdekében a belső membránredők mélyen behatolnak a mátrixba.

Ennek eredményeként a belső membrán nagy felülettel rendelkezik, és a mátrix egyetlen része sincs messze a belső membránredőtől. A redők és a nagy felület segíti a mitokondriális működést, növelve a mátrix és az intermembrán tér közötti potenciális átviteli sebességet a belső membránon keresztül.


Sejtlégzés, miért kettős membrán a mitokondriumokban és nem a baktériumokban? - Biológia

Minden sejtnek, legyen az prokarióta vagy eukarióta, van néhány közös jellemzője. Ezek a közös jellemzők a következők:

DNS, egy vagy több kromoszómában található genetikai anyag, amely prokariótákban nem membránhoz kötött nukleoid régióban, eukariótákban membránhoz kötött sejtmagban található

Plazma membrán, fehérjéket tartalmazó foszfolipid kettős réteg, amely elválasztja a sejtet a környező környezettől, és szelektív gátként működik az anyagok importjában és exportjában

Citoplazma, a sejt többi anyaga a plazmamembránon belül, kivéve a nukleoid régiót vagy sejtmagot, amely a citoszolnak nevezett folyadékrészből és a benne szuszpendált organellumokból és egyéb részecskékből áll

1. A genetikai anyag (DNS) a nukleoidnak nevezett régióban lokalizálódik, amelynek nincs körülvevő membránja.

2. A sejt nagyszámú riboszómát tartalmaz, amelyeket fehérjeszintézishez használnak.

3. A sejt perifériáján található a plazmamembrán. Egyes prokariótákban a plazmamembrán összehajlik, és mezoszómáknak nevezett struktúrákat képez, amelyek funkciója nem tisztázott.

4. A legtöbb prokarióta plazmamembránján kívül van egy meglehetősen merev fal, amely megadja a szervezet alakját. A baktériumok fala peptidoglikánokból áll. Néha van egy külső kapszula is. Vegye figyelembe, hogy a prokarióták sejtfala kémiailag különbözik a növényi sejtek és a protisták eukarióta sejtfalától.


A mitokondriumok szerkezete

A legtöbb mitokondriumot két membrán vesz körül, ami akkor keletkezne, ha az egyik membránhoz kötött szervezetet egy másik membránhoz kötött organizmus bekebelezne egy vakuólumba. A mitokondriális belső membrán kiterjedt, és jelentős behajlításokat tartalmaz, amelyeket cristae-nak neveznek, amelyek az alfa-proteobaktériumok texturált, külső felületére hasonlítanak. A mátrix és a belső membrán gazdag az aerob légzéshez szükséges enzimekben.

(PageIndex<1>) ábra: Mitokondriális szerkezet: Ezen az elektronmikroszkópos felvételen egy mitokondrium látható transzmissziós elektronmikroszkóppal. Ennek az organellumnak van egy külső membránja és egy belső membránja. A belső membrán cristae-nak nevezett redőket tartalmaz, amelyek növelik a felületét. A két membrán közötti teret intermembrán térnek, a belső membránon belüli teret pedig mitokondriális mátrixnak nevezzük. Az ATP szintézise a belső membránon megy végbe.

A mitokondriumoknak saját (általában) körkörös DNS-kromoszómájuk van, amelyet a belső membránhoz való kapcsolódás stabilizál, és az alfa-proteobaktériumok által expresszált génekhez hasonló géneket hordoz. A mitokondriumok speciális riboszómákkal és transzfer RNS-ekkel is rendelkeznek, amelyek a prokariótákban ezekre az összetevőkre hasonlítanak. Ezek a tulajdonságok mind alátámasztják azt a hipotézist, hogy a mitokondriumok egykor szabadon élő prokarióták voltak.


Feltárták a kolerabaktériumok titokzatos működését

A kutatók azt találták, hogy a kolerát okozó baktériumokban lévő enzim egy korábban ismeretlen mechanizmust használ a baktériumok energiaellátásában. Mivel az enzim nem található meg a legtöbb más organizmusban, így az emberben sem, a lelet betekintést nyújt abba, hogyan lehet gyógyszereket előállítani a baktériumok elpusztítására anélkül, hogy az embert károsítaná.

Blanca Barquera, a Rensselaer biológia docense vezetett egy csoportot (többek között Joel Morgan kutatóprofesszort és Oscar Juarez posztdoktori ösztöndíjat), amelynek eredményeit a június 28-i számában tették közzé. Proceedings of the National Academy of Science.

A csapat tanulmányozta a Na+-NQR enzimet, amely lényegében két összekapcsolt gép, amely energiát állít elő élelmiszerből, és elektromosan tölti fel a sejtmembránt. Vibrio cholerae, számos sejtfunkciót lát el.

Vibrio cholerae kolerát okoz, amely betegség elsősorban a szennyezett ivóvízzel terjed. A kolera, amelyben a súlyos hasmenés és hányás gyors kiszáradáshoz vezet, a fejlődő világban és a vízrendszereket veszélyeztető katasztrófák következményeinek egyik fő haláloka.

A Rensselaer-csapat azt találta, hogy a két gép Na+-NQR-ben való összekapcsolásának módja eltér a többi légzőszervi enzimtől, és valószínűleg sokkal több fehérje mozgását vonja maga után, mint más enzimeknél megfigyelték.

Munkájuk a sejtlégzés iránti érdeklődésből fakad. A sejtlégzés elektronokat szállít az élelmiszerből az oxigénbe, mely mennyiségben szabályozott égési sérülést okoz. Ez a folyamat energiát szabadít fel.

"A sejtlégzés figyelemre méltó" - mondta Barquera. "Ez az egyik leghatékonyabb ismert energiaátalakítási folyamat, ennek ellenére nem igényel magas hőmérsékletet. Ez a hatékonyság felkeltette a kutatók figyelmét."

A bonyolultabb organizmusokban, például az emberben, a sejt energiatermelésének folyamata – a légzés – a sejten belüli speciális organellumokban, az úgynevezett mitokondriumokban megy végbe.

De a mitokondriumokat hiányzó baktériumokban a légzés a sejtmembránban történik. A Na+-NQR egy légzőszervi enzim, amely a sejtmembránon található Vibrio Cholerae.

Az enzim a légzés révén energiát hoz létre, és ezt az energiát arra használja fel, hogy ionokat pumpáljon ki a sejtből, elektromosan feltöltve a sejtmembránt, és energiát biztosítson a sejt összes funkciójához. A sok állatban és baktériumban megtalálható hasonló enzimekkel ellentétben a Na+-NQR nátriumionokat pumpál ki a sejtből, nem pedig protonokat.

Barquera papírja a PNAS-ban leírja azt a mechanizmust, amelyet az enzim az energia nátriumionok segítségével történő átalakítására használ.

"A Na+-NQR ugyanazt a szerepet játszik, mint az emberi légúti fehérjék, de sokkal kisebb" - mondta Barquera. "Szeretnénk megérteni, hogyan működik, hogyan termel energiát. Ha megértjük a Na+-NQR működését, megismerhetjük az élő szervezetek által az energia átalakítására és az ionok szállítására használt alapelveket."

A kutatók úgy vizsgálták az enzimet, hogy eltávolították a belső sejtmembránból, és oldatban vizsgálták. A vizes és olajos környezetet kedvelő Na+-NQR a detergenshez hasonló oldatban virágzott, ami a baktériummembránt utánozza.

"Az enzimet levesszük a membránról minden komponensével együtt" - mondta Barquera. Miután izolálták, a kutatók megfigyelték az enzimet, amint a nátriumot a sejt belsejéből kifelé mozgatja.

Vizsgálatuk feltárta, hogy maga a fehérje mozgatja az ionokat a sejtmembránon keresztül.

"Nagyon eltérő módon működik, mint más baktériumokban és mitokondriumokban lévő enzimek. Az ionok felfogása és felszabadítása a fehérje mozgásával történik" - mondta Barquera.

Barquera elmondta, hogy a fehérje különböző módokon történő módosításával a kutatók azonosították azt a helyet a fehérjén, ahol az ionok megkezdik és befejezik a fehérje mentén történő utazásukat.

Ezután fel akarják térképezni az ion útvonalát a fehérje mentén.

"Láthatjuk a be- és kijáratot. Most szeretnénk tudni az utat" - mondta Barquera.


Nézd meg a videót: Utazás a sejt belsejében (Október 2022).