hvordan replikerer Mitochondia?
mitokondriereplikationen er skemaet i tegneserien i sidelinjen og vist ovenfor i en elektronmikrograf. Mitokondrier replikerer meget som bakterieceller. Når de bliver for store, gennemgår de fission. Dette indebærer en fur af den indre og derefter den ydre membran, som om nogen klemte mitokondrionen. Derefter splittede de to Datter mitokondrier. Selvfølgelig skal mitokondrierne først replikere deres DNA. Dette vil blive diskuteret mere detaljeret i næste afsnit. En elektronmikrograf, der skildrer fureprocessen, er vist i disse figurer. Figuren ovenfor blev taget fra Fav, en lærebog om histologi, Chapman og Hall, 12. udgave, 1994
nogle gange syntetiseres nye mitokondrier de novo i centre, der er rige på proteiner og polyribosomer, der er nødvendige for deres syntese. Elektronmikrografen i ovenstående figur viser et sådant center. Det ser ud til, at klyngen af mitokondrier sidder i en matrice af proteiner og andre materialer, der er nødvendige for deres produktion. Hvordan kan du bevise, at materialet i denne region lavede mitokondrieproteiner? Gå tilbage til menuen
visse mitokondrieproteiner er nødvendige, før mitokondrierne kan dele sig.
dette er blevet vist i en undersøgelse foretaget af Sorgo og Yaffe, J Cell Bio. 126: 1361-1373, 1994. De viste resultatet af fjernelsen af et ydre membranprotein fra mitokondrier kaldet MDM10. Denne figur viser resultaterne. Mitokondrier er i stand til at optage komponenter og producere membraner og matricer. Fission er dog ikke tilladt. Resultatet er således en kæmpe mitokondrion. Dette er illstrateret i mikrografen nedenfor.
mitokondrielt DNA og dets funktion.
mitokondrier har noget af deres eget DNA, ribosomer, og kan lave mange af deres egne proteiner. DNA ‘et er cirkulært og ligger i matrix.in punkterede strukturer kaldet”nukleoider”. Hver nukleoid kan indeholde 4-5 kopier af mitokondrie-DNA (mrDNA).
humant mitokondrielt DNA er 16.569 bp; koder for et antal mitokondrielle proteiner
- underenheder 1, 2 og 3 af cytokromoksidase
- underenheder 6, 8,9 af Fo ATPase
- Apocytochrom b-underenhed af Cokh2-cytokrom C reduktase
- syv NADH-kok reduktaseunderenheder
kernen koder for de resterende proteiner. Det meste af lipidmet importeres (husk foredragene om lipidtilsætning til membraner). Denne tegneserie fra din tekst viser det nukleare engagement. De fremhævede etiketter er stoffer, der kan bruges til at blokere processen og teste kilden til mitokondrieproteinet.
mitokondrier har også deres egne ribosomer og tRNA:
- 22 tRNA ‘er
- rRNA’ er
- 16S
- 12S
- 5S
(Magalhaes, PJ; Andreu, Al, schon EA, bevis for tilstedeværelsen af 5 S rRNA i pattedyrs mitokondrier Mol Biol celle 9: 2375-2382)
figuren til venstre viser mitokondrie ribosomer som granuler i mitokondrier.
teksterne siger stadig, at mitokondrier ikke har 5S rRNA, men den nylige undersøgelse, der er citeret ovenfor, viser bevis for 5S i omhyggeligt forberedte mitokondriefraktioner. Disse arbejdere fandt 5S i stærkt oprensede mitokondrier og mitoplaster (mitokondrier uden den ydre membran). Konklusion: 5S rRNA importeres til mitokondrier, men dens funktion er usikker.
visualisering af mitokondrie-DNA
for at visualisere
strukturen af mitokondrie-DNA, er vi nødt til at udtrække proteinerne i matricen og afsløre DNA ‘ et (pile i figuren til højre).
man kan også se ribosomer i cirklerne.
Alternativt kan man udtrække DNA ‘ et og flyde det på en vandoverflade. Derefter kan det afhentes af et plastbelagt gitter og undersøges i elektronmikroskopet. Mitokondrielt cirkulært DNA er vist i den følgende figur. Denne elektronmikrograf er hentet fra Fav, en lærebog om histologi, Chapman og Hall, 12.udgave, 1994.
mitokondriel arv
hos pattedyr arves 99,99% af mitokondrielt DNA (mtDNA) fra moderen. Dette skyldes, at sædcellerne bærer sine mitokondrier omkring en del af halen og kun har omkring 100 mitokondrier sammenlignet med 100.000 i oocyten. Efterhånden som cellerne udvikler sig, fortyndes flere og flere af mtDNA fra mænd. Derfor er mindre end en del i 104 eller 0,01% af mtDNA faderlig. Dette betyder, at mutationer af mtDNA kan overføres fra mor til barn. Det har også konsekvenser, hvis man gør kloning af pattedyr med brug af somatiske celler. Det nukleare DNA ville være fra donorcellen, men mtDNA ville være fra værtscellen. Sådan blev fåret Dolly klonet.
der er en gærstamme, kaldet “Petite”, der har strukturelt unormale mitokondrier, der ikke er i stand til oksidativ phosphorylering. Disse mitokondrier har mistet noget eller hele deres DNA. Mitokondriel arv fra gær er biparental, og begge moderceller bidrager til dattercellerne, når haploide celler smelter sammen. Efter meiose og mitose er der tilfældig fordeling af mitokondrier til datterceller. Hvis fusionen er med gær, der er petite og gær, der ikke er, vil en vis procentdel af dattercellerne være “petite”.
mutationer i pattedyrs mtDNA forårsager sygdomme, fordi der er en så kort sekvens og meget tungt informationsindhold i sekvensen. Den næste foredragsholder om mitokondrier i denne serie vil bruge meget tid på mitokondriegenomet. Da hver celle indeholder hundreder af mitokondrier og tusinder af kopier af genomet, kan virkningerne af de muterede mitokondrier fortyndes. Som forventet vil de væv eller organer, der mest sandsynligt vil blive påvirket, være dem, der er mest afhængige af iltning af phosphorylering (ATP-produktion). Hos unge kan det ikke afhentes, fordi selv en person med 15% normale mitokondrier måske har nok til at være sund. Imidlertid kan aldrende patienter vise en mere alvorlig sygdomsfænotype.
nogle eksempler på sygdomme:
- Lebers arvelige optiske neuropati (degeneration af synsnerven ledsaget af stigende blindhed): forårsaget af mutation til genet, der koder for underenhed 4 i NADH-C0K-reduktasen.
- “ragged muskelfibre” forbundet med rykkede bevægelser er forårsaget af mutation af mitokondrie lysin tRNA.
- Kaerns-Sayre syndrom: øjenfejl, unormal hjerterytme, degeneration af centralnervesystemet. Flere store sletninger i mtDNA.
kan beskadiget mitokondrie-DNA repareres?
aktuelle undersøgelser siger ja.
- Meeusen, s, Tieu, s, Yong E, Viiss, E, Schielts, D, Yates, JR og Nunnari, J. Mgm101p er en ny komponent i mitochonrial nukleoid, der binder DNA og er nødvendig til reparation af oksidativt beskadiget mitokondrielt DNA. J Cell Biol 145: 291-304 (1999)
- Mgm står for”mitokondrie genom vedligeholdelse”. Det blev opdaget i gærceller, mens man søgte efter mutanter, der forårsagede et temperaturfølsomt tab af mitokondrie-DNA.
- smeltet Mgm101 til grønt fluorescerende protein og fandt ud af, at det var lokaliseret til de punkterede “nukleoide” strukturer. Lokalisering overlappet med DNA-detektionssystemer.
- efter proteinscreening fandt mgm101, studerede de, hvordan dets tab påvirkede respiratorisk kompetence. Det var klart, at proteinet var nødvendigt for funktion, men de ved ikke præcis, hvad dets rolle er på dette tidspunkt.
- kiggede på COOH-terminalområdet og så, at det var meget grundlæggende. Det antydede, at mgm101p muligvis har evnen til at binde DNA. Sammenlignet dets binding til DNA-cellulosekolonner (under høje saltbetingelser) med et andet kendt DNA-bindende protein og bekræftet relativt høj affinitetsbinding af begge proteiner.
Hvad sker der med gamle, slidte mitokondrier?
mitokondrie tal styres af autofagi. Dette er en proces, hvorved lysosomer er involveret i styring af cellebestanddele. Denne figur viser processen; det er taget fra Fav, en lærebog om histologi, Chapman og Hall, 12.udgave, 1994.
processen begynder ved at indpakke endoplasmatiske retikulummembraner omkring mitokondrionen. Derefter kommer vesikler fra Golgi-komplekset og går sammen med den autofagiske vakuole. Disse vesikler indeholder hydrolaser bundet til mannose 6-phosphatreceptorerne i vesikelmembranerne. Lysosomes hjemmeside diskuterer deres funktion og skæbne. Husk at de smelter sammen med den autofagiske vakuole. Den sure pH tillader derefter hydrolaserne at blive fjernet fra deres receptorer. Receptorerne genanvendes tilbage til Golgi-komplekset i andre vesikler.
i mellemtiden dannes lysosomet, når pH-værdien falder, og cellerne begynder at nedbryde indholdet. Husk at lysosomer er lampe+, men de bærer ikke MPR, fordi disse er blevet genbrugt til Golgi-komplekset. Hvilken frakke findes omkring transportvesiklerne, der går til den autofagiske vakuole?
For mere information, kontakt:
Ph. D., FAAA
Professor og formand
Institut for neurobiologi og Udviklingsvidenskab
University of Arkansas for Medical Sciences
Little Rock, AR 72205
for spørgsmål, kontakt Denne e-mail-adresse: