Участие микротрубочек в перемещении МХ.
Занятие №10.
Митохондрии. Включения.
Митохондрии.
Строение МХ.
В состав наружной мембранывходит много копий белка, называемого порином, который образует широкие гидрофильные каналы в липидном бислое. Таким образом, эта мембрана напоминает сито, проницаемое для всех молекул массой 10 кДа и меньше, включая небольшие белки.
Внутренняя мембрана МХ высокоспецифична, она содержит большое количество «двойного» фосфолипида кардиолипина, что, как и полагают, делает мембрану непроницаемой для ионов. Фосфолипиды – это сложные липиды, отличительным признаком которых является присутствие в молекулах остатка фосфорной кислоты.
Типы морфологического состояния МХ.
v Ортодоксальное состояние: матрикс органеллы средней электронной плотности, кристы хорошо выражены и правильно ориентированы.
v Конденсированное состояние: объем матрикса снижается, повышается его электронная плотность, увеличивается объем межмембранного и внутрикристного пространства. Так например, МХ кардиомиоцитов приобретают такую морфологию при дефиците кислорода в окружающей среде; это связано с падением уровня образования АТФ и накоплением избыточного количества АДФ в матриксе.
v Набухшее состояние: просветленный матрикс, укороченные кристы, число которых при этом сниженном, а объем митохондрий увеличен.
Межмитохондриальные контакты.
|
|
|
В объяснении функционального значения ММК большую роль сыграла гипотеза «электрического кабеля» В.П. Скулачева (1969, 1989). Согласно этой гипотезе транспорт энергии возможен в форме электрического потенциала по единому мембранному кабелю, состоящему в данном случае из митохондрий, объединенных друг с другом проводящими межмитохондриальными контактами как клеммами.
При изучении динамики формирования митохондриального ретикулума кардиомиоцитов крыс было выяснено, что ММК отсутствуют на эмбриональных стадиях развития животных и впервые появляются на второй-третий день после рождения крысят.
В 2003г. было установлено, что центральную роль при формировании митохондриома и его нормальном функционировании играет мембранный митохондриальный белок митофузин 2 (Mfn 2), присутствующий в значительных количествах в сердечной и скелетной мышцах. Снижение экспрессии этого белка на культуре мышечных клеток L6Е9 приводит к морфологической и функциональной фрагментации митохондриальной сети на независимые кластеры. 50%-ное подавление синтеза митофузина 2 ведет к нарушениям метаболизма МХ: снижению мембранного потенциала МХ на 60% и окисления глюкозы на 30% и к другим нарушениям.
|
|
|
Митохондрии в ядре.
Впервые митохондрии в клеточном ядре увидели в 1958 году австралийские электронные микроскописты Х.Хоффман и Г.У.Григг, когда исследовали ультратонкие срезы лимфатических узлов взрослых мышей. Чуть позже и другие исследователи стали находить митохондрии в ядрах различных раковых клеток и кардиомиоцитов больных-сердечников. Но вторжение в ядро наблюдали лишь в редких случаях и в немногих клетках - подавляющее большинство ядер уцелели от этого вторжения. Поэтому природа данного феномена в течение сорока лет остается практически неизученной. Московские ученые (Скулачев В.П. и соавторы) научились загонять митохондрии в ядра, когда понадобиться. Для этого нужно только споить крысу. Если держать животных на жидкой этанольной диете, в которой алкоголь составляет 36% общего количества потребляемых калорий, и одновременно вкалывать им в пузо вещество, которое усиливает алкогольную интоксикацию, крыса за 12 недель гарантированно получает алкогольную кардиомиопатию. У четырех из пяти животных в ядрах кардиомиоцитов обнаружили митохондрии. Проанализировав множество электронных микрофотографий, исследователи пришли к выводу, что имеют дело с клетками, которые собрались умирать (находятся в начале апоптоза). При этом пронизывающая клетку митохондриальная сеть распадается на отдельные митохондрии, которые начинают двигаться к ядру. Завершающей стадией центростремительного движения митохондрий становится их проникновение в ядро. По мнению ученых, небольшой участок ядерной оболочки ненадолго разрывается и, прежде чем брешь успевает затянуться, пропускает поток митохондрий. Потом митохондрии набухают, их собственные мембраны разрываются и в ядре они уже "голые" - без мембран. Ничто не мешает разрушающим митохондриальным ферментам излиться внутрь ядра и погубить клетку окончательно.
|
|
|
Участие микротрубочек в перемещении МХ.
Распределение МХ в клетке определяется главным образом их взаимодействии с микротрубочками. При этом митохондрии в большинстве клеток ко-локализованы с детирозинированными микротрубочками. Детирозинирование считается необходимым условием взаимодействия МХ с микротрубочками.
На гигантских аксонах кальмара показано, что МХ могут перемещаться по микротрубочкам как в антероградном, так и в ретроградном направлениях. В роли моторов выступают кинезин и цитоплазматический динеин. В регуляции транспорта МХ могут участвовать не только моторные белки. В клетках СНО (культура клеток яичника китайского хомяка) и в дифференцированных клетках нейробластомы (опухоли, возникающие из нейробластов – зародышевых нервных клеток; возникают в симпатических нервах и ганглиях, а также в медуллярном слое надпочечников; наиболее часто развиваются в зоне надпочечников и предлежащих тканей, затем из ганглиев шеи, заднего средостения, забрюшинного пространства и брюшной полости; на долю этой формы приходится до 10% всех злокачественных опухолей детского возраста; в возрасте до 1 года диагностируется 60% опухолей, между 1-м и 2-м годами жизни-26%, у детей старше 2 лет-14%) гиперэкспрессия белка тау, который участвует в стабилизации микротрубочек, приводила к изменению формы клеток, замедлению клеточного роста, полностью изменяла распределение тех мембранных органелл, которые перемещаются по микротрубочкам.
|
|
|
Следует отметить, что перемещение МХ осуществляется не только за счет моторных белков МТ, но и за счет моторных белков актиновых микрофиламентов. Однако какие из миозиновых белков принимают в этом участие, на данный момент, достоверно не известно.
Хемиосмотическое сопряжение.
Общий путь, по которому МХ, хлоропласты и даже бактерии преобразуют энергию для биологических целей, основан на процессе, получившем название хемиосмотического сопряжения. Этот процесс начинается с того, что электроны, «богатее энергией», передаются от сильных доноров этих частиц по цепи из переносчиков электронов, встроенных в мембрану, непроницаемую для ионов. При таком переносе по электронтранспортной цепи электроны, которые были либо возбуждены солнечным светом (в пластидах), либо извлечены при окислении питательных веществ (в МХ), последовательно переходят на все более низкие энергетические уровни. Часть высвобождаемой энергии используется для перемещения протонов с одной стороны мембраны на другую, в результате чего на мембране создается электрохимический протонный градиент. За счет энергии этого градиента протекают реакции, катализируемые ферментами, встроенными в ту же мембрану.
Окислительное фосфорилирование было открыто в 1930 советским биохимиком В. А. Энгельгардтом. В 1939 В. А. Белицер и Е. Т. Цыбакова показали, что окислительное фосфорилирование. сопряжено с переносом электронов по цепи дыхательных ферментов, встроенных (как было установлено позднее) во внутреннюю мембрану.
Геном митохондрий.
Геном МХ имеет ряд особенностей:
1) здесь практически каждый нуклеотид входит в состав кодирующей последовательности либо для белка, либо для одной из рРНК или тРНК; поскольку эти последовательности переходят одна в другую, то регуляторных последовательностей остается очень мало места;
2) в МХ для осуществления белкового синтеза используются всего 22 тРНК (в хлоропластах – 30 тРНК); в МХ обычные правила спаривания кодонов осуществляются менее строго, и многие молекулы тРНК способны узнавать любой из 4 нуклеотидов в третьей (неоднозначной) позиции;
3) генетический код в МХ видоизменен, и значения 4 из 64 кодонов отличные от значений этих кодонов в других геномах. Например, триплет UGA, служащий в универсальном коде стоп-кодоном, в МХ кодирует триптофан. Кроме того, в митохондриальной ДНК млекопитающих AUA кодирует метионин, AGA и AGG являются стоп-кодонами.
У животных размер мтДНК обычно менее 20 тысяч пар нуклеотидов (тпн): у человека – 16569 пн, у ксенопуса и дрозофилы – 18400 пн. У дрожжей размер мтДНК существенно больше – около 80 тпн, а у растений еще больше – 100-2000 тпн.
Трансляция митохондриальной мРНК происходит на 55S рибосомах митохондрий, каждая из которых состоит из одной большой (39S) и одной малой (28S) субъединиц. Эти рибосомы содержат меньшее количество рРНК, чем бактериальные или эукариотические рибосомы, но у них больше рибосомальных белков. Известно, что рибосомы митохондрий чувствительны к хлорамфениколу – ингибитору рибосом бактерий. Однако, в отличие от цитоплазматических рибосом, они оказались устойчивы к циклогекемиду и эметину.
Митохондриальные мРНК не содержат последовательность Шайна-Дальгарно; по-видимому, трансляция инициируется путем связывания малой рибосомальной субъединицы со специфичным районом мРНК, состоящим из 40 пар нуклеотидов. Предполагается, что мРНК оборачивается вокруг рибосомы и таким образом ограничивает формирование полисом.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 161; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!