Митохондрии. Хлоропласты презентация

для веществ с молекулярным весом менее 5 кД. За проницаемость отвечает белок – порин.
Внутренняя мембрана: связана с кристами; содержит много белков (отношение липид/белок ~1:3); практически непроницаема для любых веществ (имеет специальные белки-переносчики); в норме заряжена (- 200 мВ).
Мембрана крист: заряжена; содержит цепь переноса электронов и АТФ-азу; соединяется с внутренней мембраной.
Межмембранные контакты ( митохондриальные поры) – обеспечивают избирательный перенос белков из матрикса в цитозоль и обратно.
Матрикс – имеет слабощелочной рН (рН=8); содержит белки цикла Кребса, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) и рибосомы митохондрий; аккумулирует ионы кальция.

N-конце, и она отщепляется после пересечения молекулой белка митохондриальной мембраны.
Белки переносятся в неупакованном (unfolded) состоянии.
Перенос через мембраны происходит с помощью специальных комплексов переносчиков.
Перенос в матрикс происходит через зоны контакта наружной и внутренней мембран, однако комплексы на каждой мембране могут работать независимо.
Встраивание белка во внутреннюю мембрану (мембрану крист) требует двух сигнальных последовательностей и происходит из матрикса митохондрий.
Некоторые белки попадают в митохондрии непосредственно из ЭПР через специальные зоны контакта мембран ЭПР и митохондрий.

единую сеть (быстро обмениваются своим внутренним содержимым). Обмен внутри сети происходит за счет слияний и делений, которые обеспечиваются специальными белками .
Для сети митохондрий важен баланс активностей – ингибирование слияния может быть компенсировано подавлением деления. Физиологическая регуляция данных процессов пока не изучена.
Общий объем митохондриальной сети связан с интенсивностью дыхания. Наиболее сильные изменения при стимуляции дыхания касаются белков крист.
В различных патологических состояниях может происходить фрагментация митохондрий – разделение сети на сравнительно небольшие органеллы.

субстратов; синтез АТФ в матриксе и его экспорт в цитозоль; поддержание низкого уровня АДФ в клетке.

Регуляция уровня внутриклеточного кальция; депонирование кальция.

Регуляция апоптоза – митохондрии содержат «белки смерти», а также участвуют в активации эффекторных каспаз.

Синтез некоторых митохондриальных белков, липидов и цитоплазматическая наследственность.

ее плоскости.
Ротор – гамма-субъединица; статор – комплекс из трех альфа и трех бета субъединиц.
Вращение ротора в одну сторону приводит к гидролизу АТФ, а в противоположную – к синтезу АТФ (реверс возможен только при наличии достаточного электрохимического потенциала).

в особенности, канал для связывания нуклеотидов. У человека представлена несколькими ткане-специфичными изоформами.

в процессе снижения уровня свободной энергии.
Митохондриальная АТФ-синтетаза переносит протон через внутреннюю мембрану и синтезирует АТФ в матриксе. Ее работа обратима, и направление переноса зависит от величины электрохимического потенциала.
Внутренняя мембрана в остальном непроницаема для H+, ОН- и большинства других ионов.
Для снабжения АТФ цитоплазмы внутренняя мембрана имеет специальный переносчик для противоположного переноса АДФ (внутрь) и АТФ (наружу).

у эукариот, ΔН+ или ΔNa+ у прокариот).
Синтез АТФ происходит в матриксе за счет рассеивания электрохимического потенциала.
Максимальный к.п.д. синтеза АТФ (3 пункта сопряжения: НАДН+-дегидрогеназа + цитохромы b-c1 + цитохромоксидаза) – около 50%.
Для поддержания баланса между матриксом митохондрий и цитозолем через внутреннюю мембрану происходит:
- совместный перенос в матрикс ионов фосфата и водорода
- противоположный перенос АДФ (внутрь) и АТФ (наружу)

потребление кислорода ограничивается концентрацией АДФ в цитоплазме и потенциалом на митохондриальной мембране.
Ингибиторы дыхания – яды, которые подавляют перенос электронов по цепи (азид, цианид, антимицин А, ротенон и др.).
Ингибитор АТФ-азы – олигомицин.
Разобщители (ускорители дыхания) – некоторые жирные кислоты. Синтетические разобщители – ионофоры для Н+ (2,4-динитрофенол, FCCP и др.) Максимальная скорость окисления при разобщении ~ в 3 раза превышает нормальную.

протонов. Сильнейшие яды. Увеличивают скорость дыхания.
Ингибиторы АТФ-синтазы (нигерицин). Уменьшает скорость дыхания.
Бонгкрековая кислота – ингибитор переноса АТФ/АДФ. Сильнейший яд, защищает клетки от индуцированного апоптоза. Уменьшает скорость дыхания.
.

и синтеза АТФ.
Митохондрии в клетках бурого жира млекопитающих обеспечивают терморегуляцию и быстрый разогрев организма. В них содержится специальный белок – термогенин, который активируется за счет работы нервной системы (симпатических нервов).

35%).
Поддержание протонного градиента на мембране крист митохондрий – 20-40% энергии.
Биосинтез белка – 18-26%, иногда больше (в быстро растущих клетках).
Репликация ДНК и транскрипция – до 10%.
Деградация белков с помощью убиквитина и протеасом –точных данных нет.
Работа протеинкиназ и других АТФ-аз/ГТФ-аз, не упомянутых выше – не более 1%.

сеть, имея непрерывную наружную мембрану.

практически непроницаема для любых веществ, но содержит много трансмембранных белков-переносчиков.

Мембрана гран – похожа на внутреннюю мембрану. Она асимметрична по липидам и содержит в основном фотосинтетические пигменты и АТФ-синтазу.
Все мембраны содержат наряду с фосфолипидами специфические липиды: сульфолипиды, галактолипиды, фосфатидилглицерин.
Происхождение мембран хлоропласта: все они являются производными ЭПР.

и рибосомы хлоропласта; содержит в высокой концентрации метаболические ферменты; аккумулирует крахмал (амилоид). В ней происходит «темновой» этап фотосинтеза (фиксация СО2)
Тилакоиды – система мембран, образующих стопки – граны; на свету заряжена (-200 мВ).
Граны содержат фотосистемы, цепь переноса электронов и систему синтеза АТФ
Матрикс тилакоида имеет кислый рН.

резонансный перенос энергии
3. перенос электронов

Строение фотосистемы:
1. антенный комплекс – хлорофиллы (100-400 молекул) + каротиноиды + белки
2. фотохимический реакционный центр (трансмембранный белок с двумя специальными молекулами хлорофилла)

Молекула хлорофилла

большим количеством трансмембранных доменов. Она генерирует кислород, протоны и восстановленный пластохинон. В результате работы фотосистемы II на мембране накапливается электрохимический потенциал, достаточный для синтеза АТФ.
Основную роль в фотолизе воды и выделении кислорода играют четыре атома марганца и две молекулы хлорофилла (Р-680), расположенные в центре антенны. Окисленный Р-680 является самым сильным из известных окислителей – он имеет окислительно-восстановительный потенциал 1,3 В. Для фотолиза воды необходим потенциал около 1 В (1000 мВ).
Фотосистема I – переносит электроны от пластоцианина к ферредоксину и генерирует восстановленный НАДФ. В ее состав входит димер хлорофилла (Р-700) и пять молекул акцепторов электронов. Основной комплекс состоит из двух субъединиц с большим числом трансмембранных доменов. Антенна фотосистемы I содержит хлорофилл (100-200 молекул) и каротиноиды (20-50 молекул).

переносу поперек внутренней мембраны в митохондриях. Источником энергии в хлоропласте являются две светособирающие антенны. К.п.д. – около 40%.

фотонов и протекают на мембранах тилакоидов.
Они включают в себя генерацию радикалов, работу электрон-транспортной цепи по разделение зарядов, восстановление НАД-фосфата, синтез АТФ, фотолиз воды и генерацию кислорода.
Темновые реакции – превращение двуокиси углерода в трехуглеродные сахаро-фосфаты. Эти реакции продолжаются некоторое время в темноте, пока не истощается пул АТФ и восстановленного НАД-фосфата.

лишенных гран (т.н. агранулярные хлоропласты).

хлоропластов. Они содержатся в яйцеклетках растений.

Хлоропласты возникают из пропластид на свету (после прорастания семян). При формировании хлоропластов в пропластидах возникают складки внутренней мембраны и формируется трехмембранная система, содержащая граны.

Из пропластид могут возникать амилопласты, где запасается крахмал (картофель). На свету амилопласты могут превращаться в хлоропласты.

Хлоропласты могут дифференцироваться в хромопласты под воздействием ядерных продуктов. Хромопласты накапливают каротиноиды.

динамин, FtsZ (аналог прокариотического белка) и пластидные кольца. Каждая группа белков образует соответствующие полимерные кольца.

помпа – синтез АТФ

Две мембраны/три мембраны

Автономная система биосинтеза белка (ДНК, РНК, рибосомы)

кБ, кодируют 13 белков (часть рибосомных, электрон-транспортной системы и субъединица АТФ-азы), 22 тРНК и 2 рРНК. Митохондрии растений имеют геном в 10 раз больше. Имеют собственный генетический код. ~10 кольцевых молекул на одну митохондрию.

Хлоропласт: кольцевые (иногда линейные) молекулы ДНК – 120-170 кБ, содержат около 120 генов (часть рибосомных белков, некоторые ферменты фотосинтеза, все т-РНК, 3 р-РНК). Для трансляции используется ядерный генетический код, но и-РНК сильно трансформируются (аномальный процессинг). ~100 молекул на молодой хлоропласт, при старении число снижается до ~10/

Рибосомы органелл: в митохондриях 55S (меньше бактериальных); в хлоропластах – 70S (гомологичны бактериальным)

дыхания резко снижается.
У человека ряд наследственных заболеваний (встречаются крайне редко и передаются только по женской линии) связан с мутациями в митохондриальных белках.
Нарушение транспорта белков в митохондрии приводит к снижению эффективности их работы.

Хлоропласт: не может функционировать без собственной ДНК.
Транспорт белков в хлоропласты обеспечивается развитой системой шаперон-подобных белков. Его нарушение приводит к резкому снижению эффективности фотосинтеза.

последующая редукция генома с переносом части генов в ядро). Митохондрии – из бактерий (типа риккетсий), хлоропласты – из цианобактерий.

Наследование митохондрий происходит только по материнской линии у животных, растений и грибов. Механизмы: разбавление или исключение отцовских митохондрий на стадии оплодотворения.

Наследование хлоропластов происходит только по материнской линии у цветковых растений.

У растений митохондриальная и хлоропластная ДНК часто обмениваются участками друг с другом.