hoe repliceren Mitochondia?
de mitochondriale replicatie is in de cartoon in de zijbalk weergegeven en hierboven afgebeeld in een elektronenmicrograaf. Mitochondriën repliceren net als bacteriële cellen. Als ze te groot worden, ondergaan ze splijting. Dit impliceert een fronsen van het binnenste en dan het buitenste membraan alsof iemand de mitochondrion kneep. Toen splitten de twee dochter mitochondria. Natuurlijk moeten de mitochondriën eerst hun DNA repliceren. Dit zal in de volgende paragraaf nader worden besproken. In deze figuren wordt een elektronenmicrografie afgebeeld die het vorkproces weergeeft. De figuur hierboven is ontleend aan Fawcett, A Textbook of Histology, Chapman and Hall, 12e editie, 1994
soms zijn nieuwe mitochondriën gesynthetiseerd de novo in centra die rijk zijn aan proteã nen en polyribosomes nodig voor hun synthese. De elektronenmicrograaf in de bovenstaande figuur toont zo ‘ n centrum. Het blijkt dat de cluster van mitochondria zit in een matrix van eiwitten en andere materialen die nodig zijn voor hun productie. Hoe kan je bewijzen dat dat materiaal in dat gebied mitochondriale eiwitten maakte? Terug naar Menu
bepaalde mitochondriale eiwitten zijn nodig voordat de mitochondriën zich kunnen delen.
dit is aangetoond in een studie van Sorgo en Yaffe, J Cell Bio. 126: 1361-1373, 1994. Zij toonden het resultaat van de verwijdering van een buitenmembraanproteã ne van mitochondria genoemd mdm10. Deze figuur toont de resultaten. De mitochondriën kunnen componenten opnemen en membranen en matrixenzymen produceren. Kernsplijting is echter niet toegestaan. Het resultaat is dus een gigantische mitochondrion. Dit wordt in de micrografiek hieronder niet aangegeven.
mitochondriaal DNA en zijn functie.Mitochondriën hebben een deel van hun eigen DNA, ribosomen, en kunnen veel van hun eigen eiwitten aanmaken. Het DNA is cirkelvormig en ligt in de matrix.in punctate structuren genaamd “nucleoïden”. Elke nucleoïde kan 4-5 kopieën van het mitochondriale DNA (mrDNA) bevatten.
humaan mitochondriaal DNA is 16,569 bp; codeert voor een aantal mitochondriale eiwitten
- subeenheden 1, 2 en 3 van cytochroomoxidase
- subeenheden 6, 8,9 van de FO ATPase
- Apocytochroom B-subeenheid van CoQH2-cytochroom C-reductase
- zeven NADH-CoQ-reductase subeenheden
de kern codeert voor de overige eiwitten. Het grootste deel van de lipide wordt geïmporteerd (denk aan de lezingen over lipide toevoeging aan membranen). Deze cartoon uit je tekst toont de nucleaire betrokkenheid. De gemarkeerde labels zijn geneesmiddelen die kunnen worden gebruikt om het proces te blokkeren en de bron van het mitochondriale eiwit te testen.
Mitochondriën hebben hun eigen ribosomen en tRNA:
- 22 ongeladen trna ‘ s reageert
- rRNAs
- 16
- 12S
- 5S
(Magalhaes, PJ; Andreu, AL, Schon EA, Bewijs voor de aanwezigheid van 5 S rRNA in zoogdieren mitochondriën Mol Biol Cel 9: 2375-2382)
De Figuur links toont de mitochondriale Ribosomen als korrels in de mitochondriën.De teksten zeggen nog steeds dat mitochondriën geen 5S rRNA hebben, maar de hierboven geciteerde recente studie toont bewijs voor 5S in zorgvuldig voorbereide mitochondriale fracties. Deze arbeiders vonden 5S in sterk gezuiverde mitochondriën en mitoplasten (mitochondriën zonder het buitenmembraan). Conclusie: 5s rRNA wordt ingevoerd in mitochondria, maar de functie ervan is onzeker.
visualisatie van mitochondriaal DNA
om de
structuur van mitochondriaal DNA te visualiseren, moeten we de eiwitten in de matrix extraheren en het DNA onthullen (pijlen in de figuur rechts).
men kan ook ribosomen in de cirkels zien.
als alternatief kan men het DNA extraheren en het op een wateroppervlak drijven. Dan, kan het worden opgepikt door een plastic met een laag bedekt rooster, en onderzocht in de elektronenmicroscoop. Mitochondriale cirkelvormige DNA wordt getoond in de volgende figuur. Deze elektronenmicrograaf is ontleend aan Fawcett, A Textbook of Histology, Chapman and Hall, 12th edition, 1994.
mitochondriale overerving
bij zoogdieren wordt 99,99% van het mitochondriale DNA (mtDNA) geërfd van de moeder. Dit is omdat het sperma draagt zijn mitochondria rond een deel van zijn staart en heeft slechts ongeveer 100 mitochondria in vergelijking met 100.000 in de eicel. Aangezien de cellen zich ontwikkelen, wordt meer en meer van mtDNA van mannetjes verdund uit. Daarom is minder dan één deel van 104 of 0,01% van de mtDNA vaderlijk. Dit betekent dat de veranderingen van mtDNA van moeder aan kind kunnen worden overgegaan. Het heeft ook implicaties als men klonen van zoogdieren met het gebruik van somatische cellen doet. Het nucleaire DNA komt van de donorcel, maar de mtDNA komt van de gastheercel. Zo werd Dolly het schaap gekloond.
er is een giststam, “Petite” genaamd, die structureel abnormale mitochondriën heeft die niet in staat zijn tot oxidatieve fosforylering. Deze mitochondriën hebben een deel of al hun DNA verloren. Mitochondriale overerving van gist is tweepaar, en beide oudercellen dragen bij aan de dochtercellen wanneer de haploïde cellen smelten. Na meiose en mitose, is er willekeurige verdeling van mitochondria aan dochtercellen. Als de fusie is met gist die petite en gist die niet, een bepaald percentage van de dochtercellen zal zijn “petite”.
mutaties in mtDNA bij zoogdieren veroorzaken ziekten, omdat er zo ‘ n korte sequentie en zeer zware informatie-inhoud in de sequentie is. De volgende docent over mitochondriën in deze serie zal veel tijd besteden aan het mitochondriale genoom. Aangezien elke cel honderden mitochondria en duizenden exemplaren van het genoom bevat, kunnen de gevolgen van gemuteerde mitochondria worden verdund. Zoals verwacht, zouden de weefsels of organen die het meest waarschijnlijk worden beïnvloed degenen zijn die het meest afhankelijk zijn van oxidatieve fosforylatie (ATP productie). Bij jongeren kan het niet worden opgepikt omdat zelfs een persoon met 15% normale mitochondria genoeg zou kunnen hebben om gezond te zijn. Echter, veroudering patiënten kunnen een ernstiger ziekte fenotype vertonen.
enig voorbeeld van ziekten:
- erfelijke optische neuropathie van Leber (degeneratie van de oogzenuw, gepaard gaande met toenemende blindheid): veroorzaakt door mutatie in het gen dat codeert voor subeenheid 4 van de NADH-C0Q reductase.
- “ragged muscle fibers” geassocieerd met schokkerige bewegingen wordt veroorzaakt door mutatie van mitochondriale lysine tRNA.
- Kaerns-Sayre syndroom: oogafwijkingen, abnormale hartslag, degeneratie van het centrale zenuwstelsel. Verschillende grote verwijderingen in mtDNA.
kan beschadigd mitochondriaal DNA worden gerepareerd?
de huidige studies zeggen ja.
- Meeusen, S, Tieu, Q, Wong E, Weiss, E, Schieltz, D, Yates, JR en Nunnari, J. Mgm101p is een nieuw onderdeel van het mitochonriale nucleoïde dat DNA bindt en nodig is voor het herstel van oxidatief beschadigd mitochondriaal DNA. J cel Biol 145: 291-304 (1999)
- Mgm staat voor”mitochondrial genome maintenance”. Het werd ontdekt in gistcellen tijdens het zoeken naar mutanten die een temperatuur gevoelig verlies van mitochondriaal DNA veroorzaakt.
- fuseerde Mgm101 tot groen fluorescerend eiwit en vond dat het gelokaliseerd was aan de punctate “nucleoïde” structuren. De lokalisatie overlapte met dat van de opsporingssystemen van DNA.
- nadat een eiwitonderzoek de Mgm101 had gevonden, werd onderzocht hoe het verlies van de Mgm101 de ademhalingscompetentie beïnvloedde. Het is duidelijk dat de proteã ne nodig was voor functie, maar ze weten niet precies wat zijn rol op dit punt is.
- keek naar de COOH-terminalregio en zag dat deze zeer basisch was. Dat stelde voor dat Mgm101p de capaciteit zou kunnen hebben om DNA te binden. Vergeleek zijn binding aan cellulosekolommen van DNA (in hoge zoutomstandigheden) met een andere bekende DNA-bindende proteã ne en bevestigde vrij hoge affiniteitbinding door beide proteã nen.
Wat gebeurt er met oude, versleten mitochondriën?
mitochondriale nummers worden gecontroleerd door autofagie. Dit is een proces waarbij lysosomes betrokken zijn bij het controleren van celbestanddelen. Deze figuur toont het proces; het is overgenomen uit Fawcett, A Textbook of Histology, Chapman and Hall, 12th edition, 1994.
het proces begint met het wikkelen van endoplasmatische reticulummembranen rond het mitochondrion. Dan, blaasjes komen uit het Golgi complex en voegen zich bij de autophagic vacuole. Deze blaasjes bevatten hydrolasen die aan de mannose 6 fosfaatreceptoren in de blaasjesmembranen zijn bevestigd. De lysosome web pagina bespreekt hun functie en het lot. Bedenk dat ze fuseren met de autofagische vacuole. De zure pH laat dan de hydrolasen toe om van hun receptoren te worden verwijderd. De receptoren worden teruggevoerd naar het Golgi complex in andere blaasjes.
ondertussen ontstaat het lysosoom naarmate de pH daalt en de cellen de inhoud beginnen af te breken. Bedenk dat lysosomen LAMP+ zijn, maar dat ze de MPR niet dragen omdat deze zijn gerecycled naar het Golgi Complex. Welke laag is er gevonden rond de transportblaasjes die naar de autofagische vacuole gaan?
voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Gwen Childs, Ph. D., FAAA
hoogleraar en voorzitter
Department of Neurobiology and Developmental Sciences
University of Arkansas for Medical Sciences
Little Rock, AR 72205
voor vragen, neem contact op met dit e-mailadres: