Download to read offline
286174422-Mitohondrije.docxmmmmmmmmmmmmmm
- 1. 1 Mitohondrije je prvizapazio Ričard Altman 1893. godine koji ih je, misleći da se radi o un utarćelijskim p arazitima n azvao bioblasti. On je primetio da se radi o strukturama koje menjaju oblik, umnožavaju se i da se posle bojenja ovih struktura jasno uočavaju dve „i ice”. Nekoliko godina kasnije, Karl Benda je posm trao različite ćelije i zapazio da se ove organele na nivou svetlosnog mikroskopa mogu uočiti kao fibrili – mitos, i li kao granule, loptice – k ondriome, pa je spajanjem ova dva pojma nastao naziv mitohondrije. St ruktura m itohondrija se jasno u očava na nivou TEM: to su organele dijametra oko 1-2 mikrona koje poseduju dve membrane. Membrane se označavaju ka o spoljašnja i u nutrašnja m itohondrijalna membrana i zatvaraju između sebe intermembranski prostor (Slika 1). Ove dve membrane se veoma razlikuju po sastavu p roteina i lipida. U s o ljašnjoj membrani se n alazi veliki broj kanala i transportera d ok u nutrašnja m embrana s adrži k ardiolipin k oji je prisutan i u embranama b akterijskih ć elija. U nutrašnja me mbrana i ma m nogo v eću p ovršinu i zatvara u nutrašnjost m itohondrija – m atriks, koji na n ivou T EM i zgled a b ledo s iv, fino granuliran. U matriksu se nalazi cirkularna DNK, mitoskelet i mitorib ozomi. Često se u matriksu mogu uočiti granulacije – depoi kalcijuma.
- 2. 2 Sa pronalaskom TEMnaučnici tog vremena su prvo analizirali mitohondrije ćelija biljaka i ćelija životinja, kao dva različita tipa eukariotske organizacije i zapazili da se mitohondrije životinjs ih i biljnih ćelija razlikuju u strukturi. Oni su uočili da u slučaju ž ivotinjskih ć elija u nutrašnja m embrana m itohondrija g radi d ugačke unutrašnje e vaginacije k oje su označili k ao c ristae m itohondriales. U s učaju biljnih ćelija, te
- 3. 3 e vaginacije su mnogo v iše ličile na c evčice i vrećice. Na taj n ačin mitohondrije su nepravedno podeljene nadva strukturna tipa (Slika 2): 1. krista tip (životinjske mitohondrije) 2. tubulo-vezikularni tip (biljne mitohondrije). Međutim, z ahvaljujući m odernim metodima, p re s vega elektron- tomografiji, postalo je jasno da su nabori mitohondrija drugačije organizovani u različitim ćelijama i da je s trukturni t ip s amo jedan a da postoji više funkcionih tipova mitohondrija. To znači da funkcija ćelija diktira strukturu mitohondrija koje se nalaze u toj ćeliji. To se lako m ože u očiti u koliko p osmatramo mitohondrije r azličitih d iferencirani h ćelija (poprečno-prugaste m išićne ćelije, spermatozoidi, m rki a ipociti) i mitohondrije prek ursorskih ćelija u odgovarajućim t kivima. Ta a možemo zapaziti da se u p rekursorski m ćelijama
- 4. 4 nalazi jedan s trukturni tip, od kojegse tokom d iferencijacije ć elija diferenciraju mitohondrije sa s pecifičnim izgledom, veličinom, o rganizacijom unutrašnje mitohondrijalne m embrane, odnosno da nastaju funkcioni tipovi mitohondrija. U ćelijama ž ivotinja j edan od najčešćih f unkcioni h tipova je rtodoksna organizacija kao što je kod ćelija jetre - hepatocita. Ove mitohondrije najviše liče na k rista t ip m itohondrija ž ivotinskih ć elija. P odvarijanta o vakve organizacije je k ondenzovan a m itohondrija, m itohondrija k oja i ma p reuveličanu funkciju. Kod ovih mitohondrija sinteza ATP je povećana, ATP se nakuplja u intermemrans om prostoru i potiskuje m atriks k oji p ostaje tam an, kon denzovan. D rugi funkcioni tip bi bio tip mitohondrije koji se sreće u m rkom m asnom tkivu, u ć elijama koje se z ovu mrki a dipociti. O ve ć elije i maju s posobnos da produkuju topl otu z ahvaljujući jednom p roteinu u unutrašnjoj m embrani m itohondrija. Š to su ove ć elije aktivnije u smislu p rodukcije t oplote, to mitohondrije po seduju v eći b roj k risti. Z bog t oga ove mitohondrije poseduju loptast oblik i dugačke, paralelno uređene kriste zbog čega je ovaj tip nazvan specijalizovani krista tip (Slika 3).
- 5.
- 6. 6 membrana je d ezorganizovana , matriks izazito s vetao š to je sve p osledica ulaska velike količine vodeu mitohondrijalni matriks. U našem organizmu postoje i mitohondrije koje imaju organizaciju za koju se r anije s matralo da je p risutna samo u b iljnim ćelijama, tzv. tubulo- vezikularni tip mitohondrija. Ovakav tip mitohondrija je prisutan u ćelijama koje sintetišu steroidne h or one, kao što su pojedine ćelije nadbubrežne žlezde i Lejdigove ćelij testisa. Jasno je da je tip mitohondrija, kao i njihova pozicija i broj, diktiran ćelijskim t ipom i trenutnim z ahtevima ćelije za prod ukcijom g lavnog p rodukta m itohondrija, ATP-om. Zato se mitohondrije u mišićnim ćelijama poz cioniraju između sarkomera, u aksonima uz hemijske sinapse, u spermatozoidu oko flageluma, a a u adipocitima u b lizini lip idnih t ela i glatkog ER. Iako se p rodukcija e nergije navodi kao osnovna u loga mitohondrija, u njima se o digrava niz važnih procesa za ć eliju (Tabla 1). U mat iksu mitohondrija se odigrava oksidacija masnih kiselina i Kr ebsov ciklus, a u m itohondrijama se nalaze važni s ignaln i molekuli
- 7. 7 ko i seosl obađaju u c itopla zmu prilikom pokretanja programa ćelijske smrti. Tabla 1. Funkcija mitohondrija.
- 8. 8 Što se t iče p rodukcije ATP- a, e nzimi k oji v rše s intezu ATP- a su smešteni u u nutrašnjoj mi tohondrijalnoj m embrani, i maju i zgled č ioda k oje suokrenute ka mat iksu i z ovu se ATP- sintaze (to su p rotonske p umpe) ( Slika 4). K ao svaki m embranski k ompleks i ovaj k ompleks p oseduje s voj m embranski d eo (Fo s ubjedinica) i deo koji je o krenut ka matriks u (F s ubjedinica). U unutrašnjoj m embrani m itohondrija s mešten je elektron- transportni l anac i po Mičelovoj hemiosmotskoj teoriji tok om t ransport a e lektrona dolazi do s tvaranja gradijenta p rotona koji se iskorišćava za s intezu ATP- a. U eksperimentu u kome je za Fo s ubjedinicu z akačen a ktinski f ilament po kazano je da dol azi do rotacije o vog dela tokom sinteze ATP-a. Mitohondrije mogu da se dele i ta deoba se odigrava na dva načina. U slučaju k ada imamo jednu m itohond riju k ončastog
- 9. 9 ili loptastog oblikaprvo n astaje j eda n ub or kojim će se mitohondrija podeliti na d ve m anje, pri bližno j ednak e ćerke m itohondrije. D rugi način se o dnosi na mitohondrije u kulturi ćelija k oje su obično organizovane u m itohondrijalni ret ikulum. Retikulum ima o blik drv eta i sa njega se tokom deobe odvajaju, pupe delovi reti ul uma jednom vstom fisije, pri čemu se opet do bijaju m anje m itohondrije l optasto g i li k ončastog ob lika. P roces deobe mitohondrija (fisije) i proces f uzije (kada dve i li više mitohondrija fuzionišu u jednu v eću), p od kontrolom su b rojnih p roteina koji se nalaze u embranama mitohondrija. Mitohondrije p sed uju n ekoliko kop ija D NK pa možemo reći da su delimično ne zavisne od jedarnog g enoma, a li s uštini d eoba m itohondriija pa ni njihova pov ećana f unkcija n ije m oguća b ez signala iz j edra. Z avisnost mitohondrija od nukleusa je očigledna ukoliko imamo u vidu da nukleus diktira sintezu informacione R NK. O čigledno da je e ndosimbioz a n astala z bog o bostrane k oristi: prokariotska
- 10. 1 0 ćelija je d obila zaštitu i t ako p reživela e volutivne tokove a e ukariotska ć elija velike količine energije štojoj je omogućilo da se razvija u membranskom smislu. U lazak p roteina u mitohondrije omogućen je p roteinskim k ompleksima spoljašnje odnosno u nutrašnje m itohondrijalne m embrane k oji se označavaju kao TOM i TIM. Oni se spajaju u prostoru što se na nivou TEM vidi kao tačkasta fuzija i time se formira jedan celovit, hidrofilni anal kroz koji rolazi protei n. Sv proteini koji će biti sast avni d eo m itohondrija, bilo da će ući u s astav membrana, i ntermembransko g p rostora il i ma triksa, m oraju a poseduju j edn u signalnu sekvencu, jedan niz amino kiselina na -terminusu koji će odrediti dalju sudbinu tog p roteina i postaće d eo mitohondrije. Ta s ekvenca će odmah po s intezi „prizvati“ proteine pratioce koji neće dozvoliti uvijanje proteina u nativnu konformaciju. Na taj način, u l inearno j formi protein može da p rođe k roz m itohondrijalne membrane.
- 11. 1 1 T okom t og p rocesa s ignalna sekvenca se p rvo zakači za s poljašnju membranu m itohondrija, i ndukuj e k onformacion u promen u u nivou spoljašnje a zatim i u nutrašnje m embrane, for mira se celovit kanal i protein ulazi u mitohondriju. U matriksupostoje enzimi koji će odseći signalnu sekvencu i protein se zatim uz pomoć mitohondrijalnih proteina – šaperona uvija u nativnu konformaciju. Treba znati da je u lazak p roteina u mitohondrije mnogo kompleksniji proces na molekulskom nivou, posebno kada znamo da će brojni proteini biti sastav membrane, ili pak intermembranskog prostora. i deo spoljašnje li unutrašnje