Митохондрии. Хлоропласты

Июль 23, 2022

Главная
Биология
Митохондрии. Хлоропласты

Содержание

2. Митохондрии – окраска по Альтману
3. Колокализация митохондрий и микротрубочек Мтх – окраска родамином, МТ- окраска на альфа-тубулин
4. Митохондрии в мышце - хондриом
5. Митохондрия – срез (ЭМ)
6. Митохондрии в живой клетке – окраска родамином 123
7. Компоненты митохондрий Наружная мембрана: гладкая; содержит мало белков (отношение липид/белок ~1:1); проницаема для веществ с молекулярным
8. Структура митохондрий
9. Транспорт белков в митохондрии Сигнальная последовательность митохондриальных белков, как правило, расположена на N-конце, и она отщепляется
10. Динамика митохондрий Митохондрии в клетке имеют непостоянную форму и функционально связаны в единую сеть (быстро обмениваются
11. Фрагментация митохондрий Физиологическая роль фрагментации митохондрий – удаление дефектных компартментов органелл.
12. Регуляция слияния митохондрий
13. Основные функции митохондрий Окислительное фосфорилирование: генерация разности потенциалов в результате окисления органических субстратов; синтез АТФ в
14. Цепь переноса электронов и цикл трикарбоновых кислот
15. Перенос электронов в мембране митохондрии
16. Цепь переноса электронов
17. Работа внутренней митохондриальной мембраны
18. АТФ-аза митохондрий и прокариот АТФ-аза – миниатюрный электромотор, вмонтированный в мембрану перпендикулярно ее плоскости. Ротор –
19. АТФ-АДФ транслоказа Составляет около 10% от общего белка внутренней мембраны. Весьма консервативна, в особенности, канал для
20. Хемиосмотическая теория Цепь переноса электронов переносит протоны из матрикса митохондрии в цитозоль в процессе снижения уровня
21. Генерация энергии митохондриями Универсальная форма энергии – электрохимический потенциал на мембране (ΔH+ у эукариот, ΔН+ или
22. Регуляция окислительного фосфорилирования через систему обратных связей Дыхательный контроль – в норме потребление кислорода ограничивается концентрацией
23. Ингибиторы митохондрий Разобщители – FCCP, 2,4-ДНФ, жирные кислоты. Повышают проницаемость мембраны для протонов. Сильнейшие яды. Увеличивают
24. Митохондрия как терморегулятор Жирные кислоты – природные разобщители, которые регулируют соотношение окисления и синтеза АТФ. Митохондрии
25. Энергетические затраты животной клетки Работа K/Na–АТФазы – 15-60% энергии (в среднем около 35%). Поддержание протонного градиента
26. Растительная клетка с хлоропластами и вакуолью
27. Схема организации хлоропласта
28. Хлоропласт, вид на срезе Характерный размер – 1х5 мкм. Нередко хлоропласты образуют сеть, имея непрерывную наружную
29. Хлоропласт, детали структуры
30. Мембраны хлоропласта Наружная мембрана: гладкая; высокопроницаемая. Внутренняя мембрана: гладкая (не образует крист); практически непроницаема для любых
31. Компоненты хлоропласта Строма имеет щелочной рН. Она содержит нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) и рибосомы хлоропласта; содержит
32. Основы фотосинтеза Возможные преобразования энергии кванта света в молекулярном ансамбле: 1. флуоресценция 2. Ферстеровский резонансный перенос
33. Световые реакции фотосинтеза Фотосистема II – комплекс из примерно 20 белков с большим количеством трансмембранных доменов.
34. Перенос электронов в мембране хлоропласта Перенос протонов поперек мембраны граны хлоропласта аналогичен переносу поперек внутренней мембраны
35. Цепь переноса электронов и фотосистемы
36. Световые реакции
37. Световые и темновые реакции фотосинтеза Световые реакции – зависят от постоянного потока фотонов и протекают на
38. Темновые реакции фотосинтеза
39. Развитие хлоропластов Хлоропласты (например, в побегах) развиваются под действием света из пропластид, лишенных гран (т.н. агранулярные
40. Дифференцировка хлоропластов Пропластиды – бесцветные двумембранные структуры, диаметром 0,4-1 мкм, содержащие ДНК хлоропластов. Они содержатся в
41. Деление хлоропластов Деление хлоропластов происходит медленно. Оно регулируется несколькими группами белков – динамин, FtsZ (аналог прокариотического
42. Сравнение митохондрий и хлоропластов Первичные источники энергии Цепь переноса электронов на мембране Протонная помпа – синтез
43. Митохондрии и хлоропласты: нуклеиновые кислоты Митохондрия: кольцевые молекулы ДНК – 16 кБ, кодируют 13 белков (часть
44. Митохондрии и хлоропласты: полуавтономность Митохондрия: может функционировать без собственной ДНК, однако эффективность дыхания резко снижается. У
46. Скачать презентацию

Слайд 2

Митохондрии – окраска по Альтману

Слайд 3

Колокализация митохондрий и микротрубочек
Мтх – окраска родамином, МТ- окраска на альфа-тубулин

Слайд 4

Митохондрии в мышце - хондриом

Слайд 5

Митохондрия – срез (ЭМ)

Слайд 6

Митохондрии в живой клетке – окраска родамином 123

Слайд 7

Компоненты митохондрий
Наружная мембрана: гладкая; содержит мало белков (отношение липид/белок ~1:1); проницаема

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.

Слайд 8

Структура митохондрий

Слайд 9

Транспорт белков в митохондрии
Сигнальная последовательность митохондриальных белков, как правило, расположена на

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.

Слайд 10

Динамика митохондрий
Митохондрии в клетке имеют непостоянную форму и функционально связаны в

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.

Слайд 11

Фрагментация митохондрий
Физиологическая роль фрагментации митохондрий – удаление дефектных компартментов органелл.

Слайд 12

Регуляция слияния митохондрий

Слайд 13

Основные функции митохондрий
Окислительное фосфорилирование: генерация разности потенциалов в результате окисления органических

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.

Слайд 14

Цепь переноса электронов и цикл трикарбоновых кислот

Слайд 15

Перенос электронов в мембране митохондрии

Слайд 16

Цепь переноса электронов

Слайд 17

Работа внутренней митохондриальной мембраны

Слайд 18

АТФ-аза митохондрий и прокариот
АТФ-аза – миниатюрный электромотор, вмонтированный в мембрану перпендикулярно

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).

Слайд 19

АТФ-АДФ транслоказа
Составляет около 10% от общего белка внутренней мембраны. Весьма консервативна,

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

Слайд 20

Хемиосмотическая теория
Цепь переноса электронов переносит протоны из матрикса митохондрии в цитозоль

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).

Слайд 21

Генерация энергии митохондриями
Универсальная форма энергии – электрохимический потенциал на мембране (ΔH+

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)

Слайд 22

Регуляция окислительного фосфорилирования через систему обратных связей
Дыхательный контроль – в норме

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.

Слайд 23

Ингибиторы митохондрий
Разобщители – FCCP, 2,4-ДНФ, жирные кислоты. Повышают проницаемость мембраны для

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.
.

Слайд 24

Митохондрия как терморегулятор
Жирные кислоты – природные разобщители, которые регулируют соотношение окисления

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).

Слайд 25

Энергетические затраты животной клетки
Работа K/Na–АТФазы – 15-60% энергии (в среднем около

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%.

Слайд 26

Растительная клетка с хлоропластами и вакуолью

Слайд 27

Схема организации хлоропласта

Слайд 28

Хлоропласт, вид на срезе
Характерный размер – 1х5 мкм. Нередко хлоропласты образуют

сеть, имея непрерывную наружную мембрану.

Слайд 29

Хлоропласт, детали структуры

Слайд 30

Мембраны хлоропласта
Наружная мембрана: гладкая; высокопроницаемая.
Внутренняя мембрана: гладкая (не образует крист);

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.

Слайд 31

Компоненты хлоропласта
Строма имеет щелочной рН. Она содержит нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК)

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.

Слайд 32

Основы фотосинтеза
Возможные преобразования энергии кванта света в молекулярном ансамбле:
1. флуоресценция
2. Ферстеровский

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

Слайд 33

Световые реакции фотосинтеза
Фотосистема II – комплекс из примерно 20 белков с

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).

Слайд 34

Перенос электронов в мембране хлоропласта
Перенос протонов поперек мембраны граны хлоропласта аналогичен

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

Слайд 35

Цепь переноса электронов и фотосистемы

Слайд 36

Световые реакции

Слайд 37

Световые и темновые реакции фотосинтеза
Световые реакции – зависят от постоянного потока

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.

Слайд 38

Темновые реакции фотосинтеза

Слайд 39

Развитие хлоропластов
Хлоропласты (например, в побегах) развиваются под действием света из пропластид,

лишенных гран (т.н. агранулярные хлоропласты).

Слайд 40

Дифференцировка хлоропластов
Пропластиды – бесцветные двумембранные структуры, диаметром 0,4-1 мкм, содержащие ДНК

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.

Слайд 41

Деление хлоропластов
Деление хлоропластов происходит медленно. Оно регулируется несколькими группами белков –

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

Слайд 42

Сравнение митохондрий и хлоропластов
Первичные источники энергии
Цепь переноса электронов на мембране
Протонная

помпа – синтез АТФ
Две мембраны/три мембраны
Автономная система биосинтеза белка (ДНК, РНК, рибосомы)

Слайд 43

Митохондрии и хлоропласты: нуклеиновые кислоты
Митохондрия: кольцевые молекулы ДНК – 16

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)

Слайд 44

Митохондрии и хлоропласты: полуавтономность
Митохондрия: может функционировать без собственной ДНК, однако эффективность

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.

Митохондрии. Хлоропласты

Содержание

Митохондрии – окраска по Альтману

Колокализация митохондрий и микротрубочекМтх – окраска родамином, МТ- окраска на альфа-тубулин

Митохондрии в мышце - хондриом

Митохондрия – срез (ЭМ)

Митохондрии в живой клетке – окраска родамином 123

Компоненты митохондрийНаружная мембрана: гладкая; содержит мало белков (отношение липид/белок ~1:1); проницаема

Структура митохондрий

Транспорт белков в митохондрииСигнальная последовательность митохондриальных белков, как правило, расположена на

Динамика митохондрийМитохондрии в клетке имеют непостоянную форму и функционально связаны в

Фрагментация митохондрийФизиологическая роль фрагментации митохондрий – удаление дефектных компартментов органелл.

Регуляция слияния митохондрий

Основные функции митохондрийОкислительное фосфорилирование: генерация разности потенциалов в результате окисления органических

Цепь переноса электронов и цикл трикарбоновых кислот

Перенос электронов в мембране митохондрии

Цепь переноса электронов

Работа внутренней митохондриальной мембраны

АТФ-аза митохондрий и прокариотАТФ-аза – миниатюрный электромотор, вмонтированный в мембрану перпендикулярно

АТФ-АДФ транслоказаСоставляет около 10% от общего белка внутренней мембраны. Весьма консервативна,

Хемиосмотическая теорияЦепь переноса электронов переносит протоны из матрикса митохондрии в цитозоль

Генерация энергии митохондриямиУниверсальная форма энергии – электрохимический потенциал на мембране (ΔH+

Регуляция окислительного фосфорилирования через систему обратных связейДыхательный контроль – в норме

Ингибиторы митохондрийРазобщители – FCCP, 2,4-ДНФ, жирные кислоты. Повышают проницаемость мембраны для

Митохондрия как терморегуляторЖирные кислоты – природные разобщители, которые регулируют соотношение окисления

Энергетические затраты животной клеткиРабота K/Na–АТФазы – 15-60% энергии (в среднем около