C11 Mitocondria Dec 2014

87
Capitolul 15 MITOCONDRIILE

description

the mitocondria

Transcript of C11 Mitocondria Dec 2014

Page 1: C11 Mitocondria Dec 2014

Capitolul 15MITOCONDRIILE

Page 2: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 3: C11 Mitocondria Dec 2014

Număr

1 - Ostreococcus tauri1500 - Hepatocit

15.1. Morfologie şi ultrastructură

Page 4: C11 Mitocondria Dec 2014

Localizare - în zone cu activitate intensă

Fibră musculară

Page 5: C11 Mitocondria Dec 2014

Neuroni

Page 6: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 7: C11 Mitocondria Dec 2014

Pancreas

Celulă din glanda corticosuprarenală

Page 8: C11 Mitocondria Dec 2014

Morfologie 0.5-1 μm / 1-3 μm - 10

Page 9: C11 Mitocondria Dec 2014

Foarte mobile Schimbări de formăCresc, fuzionează, se divid

Page 10: C11 Mitocondria Dec 2014

Matrice Creste Membrana internă

Membrana externă

Ultrastructură

Modelul Palade-Sjöstrand

Page 11: C11 Mitocondria Dec 2014

ultrastructura mitocondriei

Page 12: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 13: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 14: C11 Mitocondria Dec 2014

Complexul FoF1 al ATP-sintetazei Mecanismul sintezei ATP

Page 15: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 16: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 17: C11 Mitocondria Dec 2014

Miocard

Page 18: C11 Mitocondria Dec 2014

CSR

Page 19: C11 Mitocondria Dec 2014

Neuron

Page 20: C11 Mitocondria Dec 2014

Hepatocit

Page 21: C11 Mitocondria Dec 2014

Mitocondrii izolate:conformaţia condensată

conformaţiaortodoxă

Page 22: C11 Mitocondria Dec 2014

Membrana externă: → lipide : proteine = 1 : 1→ 5% colesterol→ permeabilă pentru molecule de până la 6.000 Da (porina)

15.2. Compoziţa chimică, procesele metabolice şi enzimele localizate în mitocondrii

Page 23: C11 Mitocondria Dec 2014

Membrana internă: 25% lipide; 75% proteine → 0% colesterol

→ cardiolopină (20%)(difosfatidilglicerol)

Page 24: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 25: C11 Mitocondria Dec 2014

Conţinut mare de acid linoleic C18:3Conţinut mic de acid arahidonic C20:4

→ impermeabilă→ complexe proteice transmembranare (60) – transportsubstanţe, transportul electronilor, oxidări, sinteza de ATP

Page 26: C11 Mitocondria Dec 2014

Procese metabolice localizate în mitocondrii:procese biosintetice şi ale metabolismului energetic

Procese biosintetice generale:

- biosinteza ADN,- biosinteza ARNm,- biosinteza proteinelor

Procese biosintetice specifice:

- unele etape în sinteza hormonilor steroizi în celulele din glanda corticosuprarenală

Page 27: C11 Mitocondria Dec 2014

Proteine mitocondriale sintetizate în mitocondrie

PorinaMembrana externă

Citocromul cCitocromul bSubunitatea 4 a CoQH2-citocrom c reductazei (citocromul c1)

Spaţiulintermembranar

Transportorul ADP-ATPTransportorul Fosfat-OHSubunităţile 4,5,6 şi 7 ale citocrom c oxidazeiSubunităţile 1,2,5,6,7,8 ale CoQH2-citocrom c reductazei

Membrana internă

F1-ATP-aza: Subunităţile a,b,d, gADN, ARN polimerazele mitocondrialeProteinele ribosomaleCitrat-sintetazaOrnitin-aminotransferazaAlcool-dehidrogenaza

Matrice

PROTEINALOCALIZARE

Page 28: C11 Mitocondria Dec 2014

Acizi Graşi şi glicerol

Glucozăalte glucide Aminoacizi

Fosforilareoxidativă

ADP

Acetil-CoA

I

II

III

ATP

Hans Krebs (1900-1981)

Premiul Nobel 1953

procese ale metabolismului energetic

Page 29: C11 Mitocondria Dec 2014

Localizarea enzimelor:

→ în membrana externă: monoaminoxidaza

→ în spaţiul intermembranar: adenilatkinaza

AMP + ATP → 2ADP

→ în membrana internă: lanţul respirator mitocondrialcomplexul ATP-sintetazeitransportorii ionilor

→ în matrice: PDH enzimele implicate în β-oxidare enzimele implicate în ciclul citricenzimele implicate în sinteze de acizi nucleici/proteine

Page 30: C11 Mitocondria Dec 2014

15.3. Organizarea moleculară a lanţului respirator

H2 + 1/2O2 → H2O

Page 31: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 32: C11 Mitocondria Dec 2014

+0.21CITOCROM c1 (Fe3+)CITOCROM c1 (Fe2+)

+0.12CITOCROM b (Fe3+)CITOCROM b (Fe2+)

FAD-PROTEINĂFADH2-PROTEINĂ

+0.10UBIQUINONĂUBIQUINONĂ (UQH2)

+0.82

+0.29

-0.32

E0 (V)

1/2O2+(2H+ + 2e-)H2O

CITOCROM a (Fe3+)CITOCROM a (Fe2+)

NAD+NADH + H+

FORMA OXIDATĂFORMA REDUSĂ

Page 33: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 34: C11 Mitocondria Dec 2014

Complexul I (NADH-dehidrogenaza) >600 kDa30 polipeptide diferite4proteine cu Fe-S şi un FMN

Page 35: C11 Mitocondria Dec 2014

Complexul II (succinat-dehidrogenaza)un citocrom b şi alte polipeptide

Page 36: C11 Mitocondria Dec 2014

Complexul III (complexul citocromilor bc1) 8 subunităţi citocromul b, citocromul c1, o proteină cu Fe/S

Page 37: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 38: C11 Mitocondria Dec 2014

Complexul IV (citocrom oxidaza) 400 kDacâteva subunităţi proteiceşi citocromii a1 şi a32 atomi de Cu

O2 + 4H+ + 4e– → 2H2O

Page 39: C11 Mitocondria Dec 2014

15/40NADHDH : 3 cit. bc1 : 7 cit. a1a3 : 9 cit. c : 50 UQ

Page 40: C11 Mitocondria Dec 2014

15.4. Fosforilarea oxidativă (aspecte de termodinamică)

50% → ATP50% → căldură

3 moli Pa : 1 mol O2

3ATP

2ATP

2 moli Pa : 1 mol O2

Page 41: C11 Mitocondria Dec 2014

Piruvat Sucinat Ascorbat

AmitalRotenonă Antimycina A

KCNCO

NADH Coenzima Cit.b Cit.c1 Cit.c Cit.a1a3 O2Q10

ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP

Decuplanţii fosforilării oxidative: 2,4 Dinitrofenol

Inhibitorii transferului electronilor

Inhibitorii fosforilării oxidative: oligomicina

Page 42: C11 Mitocondria Dec 2014

15.5. Mecanismul fosforilării oxidative (Mitchell, 1961)

Peter Mitchell Premiul Nobel pentru chimie (1978)

Page 43: C11 Mitocondria Dec 2014

3,5 220 mV

Page 44: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 45: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 46: C11 Mitocondria Dec 2014

F13 α, 3 β, 1 δ, ε, γ

Fo (o = oligomycin) 1 a, 2 b, 10 c

Page 47: C11 Mitocondria Dec 2014

Complexul FoF1 al ATP-sintetazei Mecanismul sintezei ATP

Page 48: C11 Mitocondria Dec 2014

Paul D. Boyer

John E. Walker

Premiul Nobel pentru chimie (1997) pentru descoperirea funcţionării ATP sintetazei.

Page 49: C11 Mitocondria Dec 2014

Modelul rotaţional al lui Boyer

Page 50: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 51: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 52: C11 Mitocondria Dec 2014

Halobacterium halobium

Page 53: C11 Mitocondria Dec 2014

Experienţa lui Racker şi Stoeckenius

ATP-sintetaza ↔ Pompă De H+

Page 54: C11 Mitocondria Dec 2014

15.6. Transportul ionilor prin membrana mitocondrială internă

a) Translocarea ATP / ADP → ATP-ADP translocaza

b) Transportul anionilor: piruvat, fosfat anorganic

c) Transportul aspartat / glutamat

d) Transportul acizilor graşi → carnitină

e) Transportul Ca2+ → Ca2+-ATP-aza

Page 55: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 56: C11 Mitocondria Dec 2014

Oxaloacetate

Malate

α−Κetoglutarate

Glutamate

Aspartate

NADH

NAD+

Glutamate

Aspartate

Malate

NADHNAD+

Oxaloacetate

α−Κetoglutarate

CYTOSOL MATRIX

Transportul cuplat aspartat - glutamat

Page 57: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 58: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 59: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 60: C11 Mitocondria Dec 2014

15.7. Biogeneza şi originea evoluţionară a mitocondriei

Page 61: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 62: C11 Mitocondria Dec 2014

Genetic and transcription map of human mtDNA. The two internal circles represent both mtDNA strands with the encoded genes. External circles represent the RNAs transcribed from the heavy strand (filled lines) and light strand (open lines). 12S and 16S, ribosomal RNAs 12S and 16S; ND1 to ND6, subunits 1-6 of NADH dehydrogenase (complex I); cyt b, cytochrome b subunit of complex III; CO I, CO II and CO III, subunits of cytochrome coxidase (complex IV); ATPase 6 and ATPase 8, subunits of ATP synthetase (complex V). tRNA genes are indicated by the three letter code of the corresponding amino acid. H1, H2 and L indicate transcription initiation points for the H- and L-strand, respectively. OH and OL represent replication origins for the H- and L-strand, respectively. Arrows indicate the transcription or replication direction.

Page 63: C11 Mitocondria Dec 2014

Proteine mitocondriale sintetizate în mitocondrie

PorinaMembrana externă

Citocromul cCitocromul bSubunitatea 4 a CoQH2-citocrom c reductazei (citocromul c1)

Spaţiulintermembranar

Transportorul ADP-ATPTransportorul Fosfat-OHSubunităţile 4,5,6 şi 7 ale citocrom c oxidazeiSubunităţile 1,2,5,6,7,8 ale CoQH2-citocrom c reductazei

Membrana internă

F1-ATP-aza: Subunităţile a,b,d, gADN, ARN polimerazele mitocondrialeProteinele ribosomaleCitrat-sintetazaOrnitin-aminotransferazaAlcool-dehidrogenaza

Matrice

PROTEINALOCALIZARE

Page 64: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 65: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 66: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 67: C11 Mitocondria Dec 2014

Florea & Craciun, 2012

Page 68: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 69: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 70: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 71: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 72: C11 Mitocondria Dec 2014

ADNmtplasmide

Page 73: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 74: C11 Mitocondria Dec 2014

15.8. Implicaţiile mitocondriilor în patologie

A. Boli genetice mitocondriale-mutaţii în mtDNA, mutaţii în genele nucleare pentru proteinele mitocondriale

- mitocondrii mari, ineficiente energetic; ţesuturile cele mai sensibile: muşchiul scheletic, cardiac, SNC

→ encefalomiopatii mitocondriale (la pacienti tineri sau adulti)

→ citopatii mitocondriale: ficat, rinichi (în copilărie)

Page 75: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 76: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 77: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 78: C11 Mitocondria Dec 2014

Exemple de boli genetice mitocondriale:

-Boala Leber – atrofia nervului optic – orbire rapidă(la orice vârstă)

-Sindromul MERF (myoclonal epilepsy with ragged fibres) : epilepsie, aspect specific al fibrelor musculare

(în copilărie)

-Sindromul MELAS (mitochondrial encephalopathy with lactic acid and stroke episodes) - debut între 5-15 ani

-Boala Luft decuplare fosforilării oxidative - căldură

Page 79: C11 Mitocondria Dec 2014

MERF

Page 80: C11 Mitocondria Dec 2014

MERF

Page 81: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 82: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 83: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 84: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 85: C11 Mitocondria Dec 2014

B. Alte procese patologice în care sunt implicate mitocondriile

→ mitocondriile sunt implicate în toate bolile

→ ADN-ul mitocondrial nu este protejat - expus speciilor reactive ale oxigenului (radicali liberi implicaţi în patogeneza tuturor bolilor (cardiovasculare, cancer, diabet...)

→ mitocondriile – implicate în primii paşi ai apoptozei

Page 86: C11 Mitocondria Dec 2014
Page 87: C11 Mitocondria Dec 2014