Come si replicano i mitocondri?
La replica mitocondriale è schematizzata nel fumetto nella barra laterale e mostrata sopra in un micrografo elettronico. I mitocondri replicano molto come le cellule batteriche. Quando diventano troppo grandi, subiscono la fissione. Ciò comporta un solco della membrana interna e quindi esterna come se qualcuno stesse pizzicando il mitocondrio. Poi i due mitocondri figlia diviso. Naturalmente, i mitocondri devono prima replicare il loro DNA. Questo sarà discusso più dettagliatamente nella prossima sezione. Un micrografo elettronico raffigurante il processo di solcatura è mostrato in queste figure. La figura sopra è stata presa da Fawcett, Un libro di testo di istologia, Chapman e Hall, 12a edizione, 1994
A volte i nuovi mitocondri sono sintetizzati de novo in centri ricchi di proteine e poliribosomi necessari per la loro sintesi. Il micrografo elettronico nella figura sopra mostra un tale centro. Sembra che il cluster di mitocondri sono seduti in una matrice di proteine e altri materiali necessari per la loro produzione. Come potreste provare che il materiale in quella regione produceva proteine mitocondriali? Ritorna al Menu
Alcune proteine mitocondriali sono necessarie prima che i mitocondri possano dividersi.
Ciò è stato dimostrato in uno studio condotto da Sorgo e Yaffe, J Cell Bio. 126: 1361-1373, 1994. Hanno mostrato il risultato della rimozione di una proteina di membrana esterna dai mitocondri chiamata MDM10. Questa figura mostra i risultati. I mitocondri sono in grado di assumere componenti e produrre membrane ed enzimi di matrice. Tuttavia, la fissione non è consentita. Quindi, il risultato è un mitocondrio gigante. Questo è illstrated nel micrografo qui sotto.
DNA mitocondriale e sua funzione.
I mitocondri hanno alcuni dei loro DNA, ribosomi e possono produrre molte delle loro proteine. Il DNA è circolare e si trova nel matrix.in strutture punteggiate chiamate “nucleoidi”. Ogni nucleoide può contenere 4-5 copie del DNA mitocondriale (mrDNA).
DNA mitocondriale Umano è 16,569 bp; codifica di un numero di proteine mitocondriali
- Subunità 1, 2, e 3 del citocromo ossidasi
- Subunità 6, 8,9 della Fo Atpasi
- Apocytochrome subunità b della CoQH2-Citocromo C reduttasi
- Sette NADH-CoQ reduttasi subunità
Il nucleo di codifica per i restanti proteine. La maggior parte dei lipidi viene importata (ricordiamo le lezioni sull’aggiunta lipidica alle membrane). Questa vignetta del tuo testo mostra il coinvolgimento nucleare. Le etichette evidenziate sono farmaci che possono essere utilizzati per bloccare il processo e testare la fonte della proteina mitocondriale.
i Mitocondri hanno un proprio ribosomi e tRNA:
- 22 trna
- rRNAs
- 16
- 12
- 5S
(Magalhaes, PJ; Andreu, AL, Schon, EA, Prove per la presenza di 5 S rRNA nei mitocondri mammiferi Mol Biol Cell 9: 2375-2382)
La Figura a sinistra mostra Ribosomi mitocondriali come granuli nei mitocondri.
I testi dicono ancora che i mitocondri non hanno rRNA 5S, tuttavia il recente studio sopra citato mostra prove per 5S in frazioni mitocondriali preparate con cura. Questi lavoratori hanno trovato 5S in mitocondri e mitoplasti altamente purificati (mitocondri senza membrana esterna). Conclusione: 5S rRNA è importato nei mitocondri, ma la sua funzione è incerta.
Visualizzazione del DNA mitocondriale
Per visualizzare il
struttura del DNA mitocondriale, dobbiamo estrarre le proteine della matrice e rivelare il DNA (frecce nella figura a destra).
Si possono anche vedere i ribosomi nei cerchi.
In alternativa, si può estrarre il DNA e farlo galleggiare su una superficie d’acqua. Quindi, può essere raccolto da una griglia rivestita di plastica ed esaminato al microscopio elettronico. Il DNA circolare mitocondriale è mostrato nella figura seguente. Questo micrografo elettronico è tratto da Fawcett, Un libro di testo di istologia, Chapman e Hall, 12a edizione, 1994.
Eredità mitocondriale
Nei mammiferi, il 99,99% del DNA mitocondriale (mtDNA) è ereditato dalla madre. Questo perché lo sperma porta i suoi mitocondri intorno a una porzione della sua coda e ha solo circa 100 mitocondri rispetto a 100.000 nell’ovocita. Man mano che le cellule si sviluppano, sempre più mtDNA dai maschi viene diluito. Quindi meno di una parte in 104 o 0.01% del mtDNA è paterna. Ciò significa che le mutazioni di mtDNA possono essere passate da madre a figlio. Ha anche implicazioni se si fa la clonazione dei mammiferi con l’uso di cellule somatiche. Il DNA nucleare proviene dalla cellula donatrice, ma il mtDNA proviene dalla cellula ospite. Ecco come Dolly la pecora è stata clonata.
C’è un ceppo di lievito, chiamato “Petite” che ha mitocondri strutturalmente anormali che sono incapaci di fosforilazione ossidativa. Questi mitocondri hanno perso parte o tutto il loro DNA. L’ereditarietà mitocondriale del lievito è biparentale ed entrambe le cellule madri contribuiscono alle cellule figlie quando le cellule aploidi si fondono. Dopo la meiosi e la mitosi, c’è una distribuzione casuale dei mitocondri alle cellule figlie. Se la fusione è con lievito che sono petite e lievito che non lo sono, una certa percentuale delle cellule figlie sarà “petite”.
Le mutazioni nel mtDNA dei mammiferi causano malattie, perché c’è una sequenza così breve e un contenuto informativo molto pesante nella sequenza. Il prossimo docente sui mitocondri in questa serie trascorrerà molto tempo sul genoma mitocondriale. Poiché ogni cellula contiene centinaia di mitocondri e migliaia di copie del genoma, gli effetti dei mitocondri mutati possono essere diluiti. Come previsto, i tessuti o gli organi più suscettibili di essere colpiti sarebbero quelli più dipendenti dalla fosforilazione ossidativa (produzione di ATP). Nei giovani potrebbe non essere raccolto perché anche una persona con mitocondri normali al 15% potrebbe avere abbastanza per essere sana. Tuttavia, i pazienti anziani possono mostrare un fenotipo di malattia più grave.
Qualche esempio di malattie:
- Neuropatia ottica ereditaria di Leber (degenerazione del nervo ottico, accompagnata da aumento della cecità): causata dalla mutazione alla subunità genica codificante 4 della NADH-C0Q reduttasi.
- le” fibre muscolari irregolari ” associate a movimenti a scatti sono causate dalla mutazione del tRNA di lisina mitocondriale.
- Sindrome di Kaerns-Sayre: difetti oculari, battito cardiaco anomalo, degenerazione del sistema nervoso centrale. Diverse grandi eliminazioni in mtDNA.
Il DNA mitocondriale danneggiato può essere riparato?
Gli studi attuali dicono sì.
- Meeusen, S, Tieu, Q, Wong E, Weiss, E, Schieltz, D, Yates, JR e Nunnari, J. Mgm101p è un nuovo componente del nucleoide mitochonriale che lega il DNA ed è necessario per la riparazione del DNA mitocondriale danneggiato ossidativamente. Biol delle cellule J 145: 291-304 (1999)
- Mgm sta per “manutenzione del genoma mitocondriale”. È stato scoperto nelle cellule di lievito durante la ricerca di mutanti che hanno causato una perdita sensibile alla temperatura del DNA mitocondriale.
- Ha fuso Mgm101 alla proteina fluorescente verde e ha scoperto che era localizzata alle strutture “nucleoidi” punteggiate. Localizzazione sovrapposta a quella dei sistemi di rilevamento del DNA.
- Dopo lo screening delle proteine trovato il Mgm101, hanno studiato come la sua perdita influenzato competenza respiratoria. Chiaramente la proteina era necessaria per la funzione, ma non sanno esattamente quale sia il suo ruolo a questo punto.
- Ha esaminato la regione terminale di COOH e ha visto che era altamente basilare. Ciò ha suggerito che Mgm101p potrebbe avere la capacità di legare il DNA. Ha confrontato il suo legame con le colonne di cellulosa del DNA (in condizioni di sale elevato) con un’altra nota proteina legante il DNA e ha confermato un legame di affinità relativamente alto da entrambe le proteine.
Cosa succede ai mitocondri vecchi e logori?
I numeri mitocondriali sono controllati dall’autofagia. Questo è un processo attraverso il quale i lisosomi sono coinvolti nel controllo dei costituenti cellulari. Questa figura mostra il processo; è tratto da Fawcett, A Textbook of Histology, Chapman and Hall, 12th edition, 1994.
Il processo inizia avvolgendo le membrane del reticolo endoplasmatico attorno al mitocondrio. Quindi, le vescicole provengono dal complesso di Golgi e si uniscono al vacuolo autofagico. Queste vescicole contengono idrolasi attaccate ai recettori del mannosio 6 fosfato nelle membrane delle vescicole. La pagina web lisosoma discute la loro funzione e il destino. Ricordiamo che si fondono con il vacuolo autofagico. Il pH acido consente quindi di rimuovere le idrolasi dai loro recettori. I recettori vengono riciclati nel complesso di Golgi in altre vescicole.
Nel frattempo, il lisosoma si forma quando il pH diminuisce e le cellule iniziano a degradare il contenuto. Ricordiamo che i lisosomi sono LAMP+, ma non portano l’MPR perché questi sono stati riciclati nel Complesso di Golgi. Quale cappotto si trova intorno alle vescicole di trasporto che vanno al vacuolo autofagico?
Per ulteriori informazioni, contattare:
Gwen Childs, Ph. D.,FAAA
Professore e presidente
Dipartimento di Neurobiologia e dello Sviluppo Scienze
Università di Arkansas per le Scienze Mediche
Little Rock, AR 72205
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