MITOCHONDRIA I CHLOROPLASTY

MITOCHONDRIAI CHLOROPLASTY

WHERE ARE THEY FROM ?

MITOCHONDIUM

1. Ich wielkość to przeważnie od 2 do 8 μm, mogą też szybko zmieniać swój kształt i rozmiary. Są one miejscem, w którym w wyniku procesu oddychania komórkowego powstaje większość adenozynotrifosforanu (ATP) komórki, będącego jej źródłem energii, są również zaangażowane w wiele innych procesów, takich jak sygnalizacja komórkowa, specjalizacja, wzrost i śmierć komórki, czy też kontrola cyklu komórkowego.2. Składa się z dwóch błon zewnętrznej i wewnętrznej, zbudowanych z dwuwarstwy lipidowej oraz rozmieszczonych w niej białek. Są one podobne w budowie do zwykłej błony komórkowej, jednak obydwie błony mają odmienne właściwości. Z powodu takiej budowy, w mitochondrium można wyróżnić pięć odrębnych przedziałów. Są to: błona mitochondrialna zewnętrzna, przestrzeń międzybłonowa (pomiędzy błoną zewnętrzną a wewnętrzną), błona mitochondrialna wewnętrzna, grzebienie mitochondrialne (tworzone przez fałdy błony wewnętrznej) oraz macierz mitochondrialną (wewnętrzna przestrzeń mitochondrium). 3. Mitochondria występują u prawie wszystkich eukariotów - czyli organizmów posiadających jądro komórkowe z chromosomami. 4. Macierz mitochondrialna zawiera materiał genetyczny w postaci kolistego DNA. 5. Dziedziczenie genomu mitochondrialnego odbywa się poprzez zjawisko zwane heteroplazmią. U ssaków mitochondria wraz ze znajdującym się w nich mRNA są przekazywane następnym pokoleniom niemal wyłącznie w linii żeńskiej. Mutacje w genach mitochondrialnych powodują choroby genetyczne, których objawy dotyczą głównie tkanek o największym zapotrzebowaniu energetycznym – mięśniowej i nerwowej. Choroby te mają charakterystyczny, matczyny wzór dziedziczenia, np. LHON – dziedziczna neuropatia wzrokowa Lebera, NARP – neuropatia obwodowa z ataksją i barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki, MERF – padaczka miokloniczna z nieprawidłowymi czerwonymi włóknami mięśniowymi, zespół MELAS – encefalopatia mitochondrialna z kwasicą mleczanową i epizodami podobnymi do udaru mózgu, zespół LEIGHTA.

G E N O M M I T O C H O N D R I A L N Y

C Z Ł O W I E K A

CHLOROPLASTY

1. Chloroplasty to organelle pochodzące od pierwotnych endosymbiotycznych sinic zawierających chlorofil, w których zachodzi fotosynteza. 2. Występują w zielonych częściach roślin, w liczbie od 1 do 200 w jednej komórce. 3. Mają najczęściej kształt soczewkowaty I są otoczone podwójną błoną lipoproteinową. 4. Wewnątrz chloroplastów znajduje się substancja białkowa, tzw. stroma, w której zawieszone są błony wewnętrzne tworzące system złożony ze spłaszczonych pęcherzyków, zwanych tylakoidami, które układając się jeden nad drugim, tworzą skupienia, zwane granami. 5. Chlorofil i inne barwniki antenowe, które uczestniczą w fazie świetlnej fotosyntezy, występują w błonach tylakoidów. 6. W stromie zachodzą reakcje fazy ciemnej fotosyntezy, w której ATP i NADPH (wytworzone w fazie świetlnej) są używane do redukcji CO2.

RÓŻNICE

PODOBIEŃSTWA

W mitochondriach i chloroplastach zachodzą przeciwstawne procesy.

• otoczone są podwójnymi błonami• zawierają własny materiał genetyczny (w postaci kolistych cząsteczek DNA) • posiadają własne rybosomy (dzięki czemu produkują część swoich białek) • mogą dzielić się niezależnie od podziałów komórki • mają podobną wielkość

Mitochondria

Chloroplasty

fotosynteza

oddychanie komórkowe

Proces anaboliczny – wymaga dostarczenie energii świetlnej

Proces kataboliczny – wyzwalasię energia, która zostaje zmagazynowana w postaci ATP

Substraty – glukoza (C6H12O6),tlen (O2)

Substraty – woda (H2O) ,dwutlenek węgla (CO2)

mitochondrialna ewa

We współczesnej genetyce istnieje hipoteza o istnieniu kobiety, od której pochodzą współcześni ludzie, która prawdopodobnie żyła ok. 200 tys. lat temu. Nazwa mitochondrialna Ewa pochodzi od sposobu określenia jej wieku w badaniach naukowych, do których wykorzystano geny zawarte w ludzkich mitochondriach (mtDNA). W większości komórek eukariotycznych znajdują się mitochondria, które dzielą się autonomicznie, niezależnie od podziału komórki. Materiał genetyczny obecny w mitochondriach dziedziczy się inaczej niż ten zawarty w jądrach komórkowych. Geny jądrowe (DNA) zwierzęta i rośliny rozmnażające się płciowo otrzymują po obojgu rodzicach, podczas gdy DNA mitochondrialny (mtDNA) jest dziedziczony po jednym rodzicu. W przypadku ludzi tylko kobieta przekazuje swój mtDNA potomkom (w komórce jajowej)ponieważ tylko komórka jajowa wnosi cytoplazmę, zawierającą mitochondria, do zygoty. W plemniku znajduje się zarówno DNA genomowy (jądrowy), jak i mitochondria, jednakże znajdują się one we wstawce plemnika, która nie wnika do komórki jajowej, tak więc mężczyzna nie przekazuje swoich mitochondriów potomstwu. Kobiety, które nie mają córek, nie przekazują mtDNA następnym pokoleniom. Taki sposób przekazywania genów mitochondrialnych oraz badania zmienności mtDNA w populacji pozwalają przypuszczać, że mitochondrialny DNA jest odziedziczony po mitochondrialnej Ewie, będącej przedstawicielem żeńskiej linii ostatniego wspólnego przodka żyjących obecnie ludzi. Każda populacja o skończonej liczebności podlega bowiem zjawisku dryfu genetycznego, polegającego na losowym wahaniu się częstości poszczególnych alleli. W efekcie po odpowiednio długim czasie (o ile nie zajdzie nowa mutacja bądź napływ genów z innej populacji) w populacji utrwala się jeden z alleli, pozostałe zaś wymierają W wyniku porównywania DNA mitochondriów pochodzących od ludzi różnych grup etnicznych stwierdzono, że każdy żeński rodowód można ostatecznie sprowadzić do pojedynczej kobiety, mitochondrialnej Ewy. Obliczono, na podstawie podobieństw sekwencji genów, że ta Ewa mitochondrialna żyła w Afryce około 143–200 lub 140–240 tys. lat temu. Kobiety tej nie należy uważać za pramatkę ludzkości, bo współcześnie z nią żyło jeszcze wiele innych kobiet i mężczyzn, po których dziedziczymy geny jądrowe.

TEORIA ENDOSYMBIOZY

Teoria stanowiąca, że mitochondria, plastydy (jak chloroplasty) i być może inne organella komórki eukariotycznej powstały na skutek endosymbiozy pomiędzy różnymi mikroorganizmami. Zgodnie z nią niektóre organella pochodzą od wolno żyjących bakterii, które dostały się do innych komórek jako endosymbionty. Mitochondria rozwinęły się więc z proteobakterii , chloroplasty zaś od sinic.Za powstaniem mitochondriów i plastydów z bakterii przemawiają następujące argumenty: 1. Nowe mitochondria i plastydy tworzą się wyłącznie w procesie przypominającym podział2. W przypadku niektórych glonów, jak Euglena, plastydy można zniszczyć (np. użyciem pewnych środków chemicznych lub wydłużonym brakiem światła) bez wytworzenia jakichkolwiek innych szkód komórce. W takim wypadku plastydy nie zregenerują się. Świadczy to o tym, że ich regeneracja polegać musi na pozakomórkowym źródle, jak podział komórkowy czy endosymbioza 3. Organella te otacza podwójna błona biologiczna, przy czym jej błona wewnętrzna różni się składem od innych błon komórki eukariotycznej 4. Mitochondria i plastydy posiadają DNA różniące się od DNA jądrowego, przypominające natomiast DNA spotykane u bakterii, zarówno rozmiarami, jak i kolistym kształtem 5. Analiza sekwencji DNA i filogenetyka sugerują, że DNA jądrowe prawdopodobnie obejmuje również geny pochodzące z plastydów 6. Rybosomy tych organelli przypominają rybosomy bakteryjne (70S) 7. W białkach pochodzących z tych organelli, jak i w proteinach bakteryjnych, początkowym aminokwasem jest N-formylometionina8. Wiele cech struktury wewnętrznej i biochemii plastydów, jak na przykład obecność tylakoidów, a zwłaszcza chlorofilu, przypomina te spotykane u sinic.9 Badania filogenetyczne obejmujące genomy plastydów, bakterii i eukariotów również wskazują na bliskość plastydów i sinic 10. Mitochondria posiadają kilka enzymów i systemów transportu podobnych do bakteryjnych 11. Niektóre białka kodowane przez materiał genetyczny jądrowy są transportowane do organelli, a zarówno mitochondria, jak i plastydy posiadają jak na bakterie małe genomy. wiąże się to z wzrastającą zależnością od eukariotycznego gospodarza po wejściu w endosymbiozę. Większość genów genomów organelli została przez nie utracona albo przeniesiona do jądra. Większość genów potrzebnych mitochondriom czy plastydom znajduje się obecni w jądrze komórkowym, wiele z nich pochodzi właśnie z bakteryjnego endosymbionta12. Plastydy spotyka się wśród bardzo różnych grup protistów, z których część wykazuje bliskie pokrewieństwo z formami nie dysponującymi plastydami. Sugeruje to, że jeśli chloroplasty powstały de novo, musiałyby to zrobić wiele razy, tak wiele, że trudno byłoby wyjaśnić bliskie podobieństwo jednych do drugich13. Wiele z tych protistów zawiera plastydy „pierwotne”, których nie mogły uzyskać z innych eukariotów zawierających plastydy 14. Wśród eukariotów, które posiadły plastydy bezpośrednio od bakterii (znanych jako Archaeplastida), glaukocystofity mają chloroplasty silnie przypominające sinice. W szczególności pomiędzy ich dwoma błonami leży peptydoglikan