7. Mitokondrium Flashcards
A mitokondrium
- feladata: a sejt energiájának átalakítása, termelése és leadása
- 1,5 milliárd éve képződött
- 0,5-2 mikro m, ellipszoid alakú
- Endoszimbionta elmélet alapján exogén úton alakult (szimbiózis eukariótával - belső membrán és cirkuláris DNS bizonyíték)
- Az emberi test egyes sejtjeiben rögzített formában (pl.: izomszövet vagy spermium nyaka körül), más sejtekben mobilisek
A kettős membrán feladata és felépítése
- Külső membránon porin csatornák, szabad anyagáram zajlik a citoszol és az intermembrán tér között mintegy 5000 Da molekulatömegig (így hasonló a két tér összetétele)
- Belső membrán: a mátrixot határolja el, rajta keresztül szigorúan szabályozott anyagáram folyik
- -> sűrű lemezes betüremkedések (kriszták) célja a felületnövelés, mivel ennek a 70%-a fehérje
- -> Itt található a légzési lánc az enzimeivel és az ATP szintázok is, és transzport proteinek
A mátrixban zajló biokémiai folyamatok
- Acetil-koenzim A előállítása:
- glikolízis végtermékéből, a piroszőlősavból
- lipidekből felszabaduló zsírsavak β-oxidációval történő lebontásából - Krebs- vagy citrát-ciklus (anaerob körfolyamat):
oxálacetáthoz kapcsolódik az acetil-koenzim A –> citrát –>
3 NADH + H+ és 1 FADH2, 2 CO2 és 1 GTP az eredmény
(cél: NAD+ redukciója és nagyenergiájú elektronok előállítása: NADH, FADH2)
CO2 diffúzióval távozik a mitokondriumból és a sejtből is - Terminális oxidáció
Terminális oxidáció
- 2 NADH oxidációja –> leadja elektronjait az elektrontranszport-láncnak, melynek a végén egy O2 molekulára 4 elektron és 4 proton kapcsolódik –> 2 H2O és 2 NAD+ képződik
- A lánc néhány tagja a rajta keresztülhaladó elektron energiájának egy részét protonok kipumpálására használja fel (aktív transzport) –> elektrokémiai protongradiens segítségével az oxidatív foszforiláció lejátszódhat a protonok ATP-szintázon keresztül (passzív transzport) visszajutva a mátrixba egy ADP foszforilálását segítik
Mi a mátrixban lejátszódó folyamatok jelentősége?
Bár kis mennyiségű energiát „termel” a glikolízis is a citoszolban, de a fő energiatermelés az oxidatív foszforiláció által megy végbe a mitokondriumban
Kemiozmózisos mechanizmus
Az a folyamat, ami az elektrontraszport-lánc és az ATP-szintáz segítségével, oxidatív foszforilációval jön létre
A protonok kipumpálásával 0,5-1 nagyságú pH különbség lép fel a belső membrán két oldala között
Feltételek: A belső membrán protonokra szinte teljesen impermeábilis legyen –> kardiolipinnek (kettős foszfolipid) köszönhető
Az elektrontranszport-lánc fehérjéinek csoportosítása
A fehérjék száma 40 feletti
3 fő légzési enzimkomplexet alkotnak:
1. NADH-dehidrogenáz komplex
2. citokróm c reduktáz komplex
3. citokróm c oxidáz komplex
–> Mindhárom enzimkomplex protongradienst létrehozó pumpaként is funkcionál
Az elektrontranszport-lánc felépítése
Az enzimkomplexek fémionokat kötnek meg (Fe, Cu), amik felveszik és leadják az elektront
Közöttük ubikvinon és a citokróm c viszi át az elektronokat
–> az adott elem affinitása az elektronhoz az előző elemhez képest nagyobb, a következő elemhez képest pedig kisebb, így az elektron spontán vándorol
Az elektrontranszport-lánc potenciálja
- A láncon belül a redoxpotenciál értéke kb. -300 mV-ról (NADH/NAD+) +800 mV-ra (H2O/O2) nő
- A belső membránon, főleg a protongradiens miatt a membránpotenciál kb. 140 mV (a mátrix felőli oldal a negatívabb)
- A protongradiens értéke feszültségre átszámítva kb. 60 mV
–> Mivel a kétféle (az elektromos és a koncentráció-gradiensből származó) erő iránya megegyezik, azt mondhatjuk, hogy:
Proton hajtóerő (elektrokémiai gradiens) = 200 mV
Transzportfolyamatok a mitokondrium belső membránjánál
- másodlagos aktív, kapcsolt szimport: A mátrixba jut a negatív töltésű piruvát (piroszőlősav) egy protonnal és a negatív foszfát is egy protonnal együtt, a protongradiens segítségével (mátrix belső tere negatív és a protonkoncentráció is kisebb belül)
- ADP-ATP antiporter: ADP mátrixba, ATP citoszolba
- -> az ADP 3-szorosan negatív
- -> az ATP 4-szeresen (szívesebben megy ki)
- -> Így a membránpotenciál hajtja az antiporter működését
ATP szintáz felépítése
F0: forgó transzmembrán rész
F1: mátrixba benyúló fej
Az ATP szintáz alegységeinek vizsgálata
Sejtroncsolás –> centrifugálással sejtalkotók elkülönítése –> mitokondrium frakció ultrahanggal való roncsolása –> szétszakadt membránrendszer önhegedéssel vizes közegben vezikulumokat képez (szubmitokondriális részecskék), amik jelentős részben krisztákból állnak, az ATP szintáz feje kifelé néz –> kisózással az F1 fejek eltávolíthatóak, centrifugálással az F0 integráns rész és a membrán is elkülöníthető egymástól
- -> A szintáz fejei önmagukban ATP-t hidrolizálnak (csak az F0 résszel együtt szintetizálnak ATP-t)
- -> F0 rész: oxidálják a NADH koenzimeket és ehhez oxigént fogyasztanak, de az ATP-t nem képesek sem szintetizálni, sem hidrolizálni
Az ATP szintáz reverzibilis
Ha a protongradienst megfordítjuk, láthatjuk, hogy ilyenkor az ATP szintáz ATP-t hidrolizál, és ennek energiáját felhasználva aktívan pumpálja a protonokat
–> Anaerob baktériumoknál ennek nagy jelentősége van
A légzési lánc protonpumpáinak mechanizmusa
A láncban 15 elektronszállító található, ezeknek a negatív redoxpotenciálja fokozatosan csökken –> így az affinitásuk egyre nagyobb az elektronokhoz, az elektronvándorlás spontán
–> Közben az elektronok energiája is folyamatosan csökken, három lépésnél különösen nagyot lép –> konformációváltozást okoz, ami protonok kipumpálásához vezet
A fehérjék alapból oxidált állapotban vannak és elektromosan semlegesek –> az elektron felvételével redukálódnak és negatívan töltötté válnak
–> protonpumpa protont vesz fel, hogy elérje a semleges állapotot –> konformációváltozásra leadja az elektront, így viszont a protonra lesz kicsi az affinitása a pozitív töltés miatt, így konformáció változással ezt is leadja, az intermembrán tér felé
H+ ionofórok
pl.: 2,4-dinitrofenol –> a belső membránban passzívan protonokat szállít az intermembrán térből a mátrixba –> szétkapcsoló szereknek hívják őket, hiszen így közvetetten megakadályozzák az ATP termelést
- -> így az erős proton ionofórok sejtmérgek
- -> viszont gyenge ionofórok akár hasznosak is lehetnek, ilyen például a téli álmot alvó állatok barna zsírszövetében a gyenge ionofórok hatása –> jelentős mennyiségű hő is keletkezik a raktározott tápanyagból, nem csak ATP
