Jak Mitochondia Replikovat?
Mitochondriální replikace je diagrammed v karikatuře v boční liště, a je uvedeno výše v elektronové mikrofotografie. Mitochondrie se replikují podobně jako bakteriální buňky. Když jsou příliš velké, podléhají štěpení. To zahrnuje rýhování vnitřní a pak vnější membrány, jako by někdo svíral mitochondrion. Pak se obě dcery mitochondrie rozdělily. Samozřejmě, mitochondrie musí nejprve replikovat svou DNA. To bude podrobněji popsáno v další části. Na těchto obrázcích je znázorněn elektronový mikrograf zobrazující proces brázdění. Výše uvedený obrázek byl převzat z Fawcett, Učebnice Histologie, Chapman a Hall, 12. vydání, 1994
Někdy nové mitochondrie jsou syntetizovány de novo v centrech, které jsou bohaté na proteiny a polyribosomes potřebné pro jejich syntézu. Elektronový mikrograf na výše uvedeném obrázku ukazuje takové centrum. Zdá se, že shluk mitochondrií sedí v matrici proteinů a dalších materiálů potřebných pro jejich výrobu. Jak můžete dokázat, že materiál v této oblasti vytvářel mitochondriální proteiny? Návrat do Menu
některé mitochondriální proteiny jsou potřebné, než se mitochondrie mohou rozdělit.
to bylo prokázáno ve studii Sorgo a Yaffe, J Cell Bio. 126: 1361-1373, 1994. Ukázali výsledek odstranění vnějšího membránového proteinu z mitochondrií zvaného MDM10. Tento obrázek ukazuje výsledky. Mitochondrie jsou schopny přijímat složky a produkovat membrány a matricové enzymy. Štěpení však není povoleno. Výsledkem je tedy obří mitochondrion. To je ilustrováno v mikrografu níže.
mitochondriální DNA a její funkce.
mitochondrie mají některé své vlastní DNA, ribozomy a mohou vytvářet mnoho svých vlastních proteinů. DNA je kruhová a leží v matrix.in tečkované struktury nazývané „nukleoidy“. Každý nukleoid může obsahovat 4-5 kopií mitochondriální DNA (mrDNA).
Lidská mitochondriální DNA je 16,569 bp; kóduje počet mitochondriálních proteinů
- Podjednotek 1, 2, a 3 cytochrom oxidáza
- Podjednotky 6, 8,9 z Fo Atpasy
- Apocytochrome b podjednotky CoQH2-Cytochrom C reduktázy
- Sedm NADH-CoQ reduktázu podjednotky
jádro kóduje zbývající proteiny. Většina lipidů je importována (připomeňme přednášky o přidávání lipidů do membrán). Tato karikatura z vašeho textu ukazuje jaderné zapojení. Zvýrazněné štítky jsou léky, které lze použít k blokování procesu a testování zdroje mitochondriálního proteinu.
Mitochondrie mají také své vlastní ribozomy a tRNA:
- 22 tRNAs
- rRNAs
- 16
- 12
- 5S
(Magalhaes, PJ; Andreu, AL, Schon EA, Důkazy pro přítomnost 5 S rRNA v savčích mitochondriích Mol Cell Biol 9: 2375-2382)
Obrázek vlevo ukazuje mitochondriální Ribozomy jako granule v mitochondriích.
texty stále říkají, že mitochondrie nemají 5S rRNA, nicméně nedávná studie citovaná výše ukazuje důkazy pro 5S v pečlivě připravených mitochondriálních frakcích. Tito pracovníci našli 5S ve vysoce purifikovaných mitochondriích a mitoplastech (mitochondrie bez vnější membrány). Závěr: 5S rRNA je importována do mitochondrií, ale její funkce je nejistá.
Vizualizaci mitochondriální DNA
K vizualizaci
struktura mitochondriální DNA, musíme extrahovat proteiny v matrici a odhalit DNA (šipky na obrázku vpravo).
lze také vidět ribozomy v kruzích.
Alternativně můžete extrahovat DNA a plavat na vodní hladině. Poté ji lze vyzvednout mřížkou potaženou plastem a vyšetřit v elektronovém mikroskopu. Mitochondriální kruhová DNA je znázorněna na následujícím obrázku. Tento elektronový mikrograf je převzat z Fawcett, učebnice histologie, Chapman a Hall, 12. vydání, 1994.
mitochondriální dědičnost
u savců je 99,99% mitochondriální DNA (mtDNA) zděděno po matce. Je to proto, že spermie nese své mitochondrie kolem části ocasu a má pouze asi 100 mitochondrií ve srovnání se 100 000 v oocytu. Jak se buňky vyvíjejí, stále více mtDNA od mužů se zředí. Proto je méně než jedna část ze 104 nebo 0,01% mtDNA Otcovská. To znamená, že mutace mtDNA mohou být přenášeny z matky na dítě. To má také důsledky, pokud člověk dělá klonování savců s použitím somatických buněk. Jaderná DNA by byla z dárcovské buňky, ale mtDNA by byla z hostitelské buňky. Takto byla naklonována ovce Dolly.
existuje kmen kvasinek, nazývaný „Petite“, který má strukturálně abnormální mitochondrie, které nejsou schopné oxidační fosforylace. Tyto mitochondrie ztratily část nebo celou svou DNA. Mitochondriální dědičnost z kvasinek je biparentní a obě mateřské buňky přispívají k dceřiným buňkám, když haploidní buňky fúzují. Po meióze a mitóze dochází k náhodné distribuci mitochondrií do dceřiných buněk. Pokud je fúze s kvasinkami, které jsou drobné a kvasinky, které nejsou, určité procento dceřiných buněk bude „drobné“.
mutace v savčí mtDNA způsobují onemocnění, protože v sekvenci je tak krátká sekvence a velmi těžký informační obsah. Další přednášející o mitochondriích v této sérii stráví spoustu času na mitochondriálním genomu. Protože každá buňka obsahuje stovky mitochondrií a tisíce kopií genomu, účinky mutovaných mitochondrií mohou být zředěny. Jak se dalo očekávat, tyto tkáně nebo orgány, které by byly s největší pravděpodobností postiženy, by byly nejvíce závislé na oxidační fosforylaci (produkce ATP). U mladých lidí to nemusí být vyzvednout, protože i člověk s 15% normální mitochondrie mohl mít dost na to, být zdravý. Stárnoucí pacienti však mohou vykazovat závažnější fenotyp onemocnění.
Nějaký příklad onemocnění:
- leberova hereditární neuropatie optického nervu (degenerace optického nervu, doprovázený rostoucí oslepnutí): způsobena mutací v genu kódujícího podjednotku 4 NADH-C0Q reduktázy.
- „roztrhaná svalová vlákna“ spojená s trhavými pohyby jsou způsobena mutací mitochondriální lysinové tRNA.
- Kaerns-Sayreův syndrom: oční vady, abnormální srdeční tep, degenerace centrálního nervového systému. Několik velkých delecí v mtDNA.
lze opravit poškozenou mitochondriální DNA?
současné studie říkají ano.
- Meeusen, S, Tieu, Q, Wong E, Weiss, E, Schieltz, D, Yates, JR, a Nunnari, J. Mgm101p je román složkou mitochonrial nukleoid, která se váže na DNA a je nutný pro opravy oxidačně poškozených mitochondriálních DNA. J Cell Biol 145: 291-304 (1999)
- MGM znamená „udržování mitochondriálního genomu“. Byl objeven v kvasinkových buňkách při hledání mutantů, které způsobily ztrátu mitochondriální DNA citlivou na teplotu.
- Taveného Mgm101 pro zelený fluorescenční protein a zjistil, že to byl lokalizován na punktátu „nukleoid“ struktur. Lokalizace se překrývala s lokalizací systémů detekce DNA.
- poté, co screening proteinů našel Mgm101, studovali, jak jeho ztráta ovlivnila respirační kompetenci. Je zřejmé, že protein byl potřebný pro funkci, ale nevědí přesně, jaká je jeho role v tomto bodě.
- podíval se na oblast terminálu COOH a viděl, že je vysoce základní. To naznačuje, že mgm101p může mít schopnost vázat DNA. Porovnal jeho vazbu na kolony dna celulózy (za podmínek vysokých solí) s jiným známým proteinem vázajícím DNA a potvrdil relativně vysokou afinitu vazbou obou proteinů.
co se stane se starými, opotřebovanými mitochondriemi?
mitochondriální čísla jsou řízena autofagií. Jedná se o proces, kterým se lysosomy podílejí na kontrole buněčných složek. Tento obrázek ukazuje proces; je převzat z Fawcett, učebnice histologie, Chapman a Hall, 12. vydání, 1994.
proces začíná obalením membrán endoplazmatického retikula kolem mitochondrionu. Pak vezikuly pocházejí z Golgiho komplexu a spojují se s autofagickou vakuolou. Tyto vezikuly obsahují hydrolázy připojené k receptorům fosfátu manózy 6 v membránách vezikul. Webová stránka lysozomu pojednává o jejich funkci a osudu. Připomeňme, že se spojí s autofagickou vakuolou. Kyselé pH pak umožňuje odstranění hydroláz z jejich receptorů. Receptory jsou recyklovány zpět do Golgiho komplexu v jiných vezikulech.
mezitím se lysozom tvoří, když pH klesá a buňky začnou degradovat obsah. Připomeňme, že lysosomy jsou lampa+, ale nenesou MPR, protože byly recyklovány do komplexu Golgi. Jaký kabát se nachází kolem transportních vezikul směřujících do autofagické vakuoly?
pro více informací kontaktujte:
Gwen Childs, Ph.D.,FAAA
Profesor a Předseda
Oddělení Neurobiologie a Vývojové Věd
University of Arkansas na Lékařských Věd
Little Rock, AR 72205
v případě dotazů, kontaktujte tato e-mailová adresa: