Особенности митохондрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

по биологии

ОСОБЕННОСТИ МИТОХОНДРИИ

Одной из важных органелл содержащихся в эукариотических клетках является митохондрия. Ее главная задача синтезировать АТР, сопряженный с окислительным фосфорилированием.

В состав митохондрии входят четыре компонента. Первым компонентом является внешняя мембрана, она может пропускать через себя ионы и молекулы, размер которых не превышает 10 кДа. Второй компонент митохондрии это- внутренняя мембрана, в отличии от внешней, она не пропускает через себя большинство ионов. Третьим компонентом являются кристы. Кристами называют особые выросты, которые образовались за счет внутренней мембраны. Они имеют форму трубочек или пластин. Четвертым компонентом является матрикс, он располагается между кристами. В этом веществе располагаются РНК и ДНК митохондрии.

Здесь так же есть компоненты, которые нужны для таких процессов как транскрипция и трансляция. Компоненты нужные для выше указанных процессов кодируются митохондриальным геномом.

Геном кодирует не только свои тРНК и рРНК, но и белки, которые участвуют в дыхательной цепи.

В общем в митохондриях может быть закодировано от 8-16. Данные белки находятся на внутренней мембране. Жизнедеятельность митохондрий в целом зависит от импорта белков, которые кодируются ядерным геномом, а так же синтезированы на рибосомах. Направления импорта белков в митохондрии различны, импорт может быть направлен не только в матрикс, но и в другие части митохондрии.

Посттрансляционная и котрансляционная теория импорта кодируемых ядерным геномом белков в митохондрии.

На данных момент есть две теории импорта белков в митохондри:

- Посттрансляционная теория. После того, как синтез белков заканчивается белки могут связываться с мембраной митохондрий. Импорт белков-предшественников в митохондрии осуществляется после их отсоединения от полисомы;

- Котрансляционная теория. Импорт белков идет совместно с их биосинтезом в момент элонгации.

Согласно исследованиям ученые установили, что две эти теории являются верными. В клетках импорт может проходить во время биосинтеза и после него.

Митохондриальные белки-предшественники строение пресиквенсов.

У белков-предшественников на N-конце имеется добавочная последовательность. Такая последовательность представлена в виде сигнального пептида. Ее удаляют специфические пептидазы процессинга. В пептиде содержатся остатки Arg примерно 14 процентов, Ala 14 процентов, Ser 11 процентов и другие остатки. При изменении первичной структуры пептида не происходят какие-либо изменения если остается его положительный заряд.

В состав пептидов входят два домена у которых разные амфифильные свойства:

- N-концевой домен. Такой домен способен образовывать амфифильную альфа-спираль рядом с кислыми фосфолипидами. Эта структура пептида играет важную роль в для определения белками так называемой "импортной машины" митохондрий. Амфифильные свойства лидирующего пептида играют важную роль в импорте белков-предшественников, что касается способности образовывать альфа-спиральную структуру она не так важна. Значение альфа-спирали различно для разных организмов при импорте белков;

- С-концевой домен. В данном домене содержатся специальные сайты расщепления и его определяют пептидазы матрикса в митохондриях.

В первичной структуре доменов выделяют несколько консервативных последовательностей, которые расположены рядом с местом расщепления пептидазами процессинга. Например: последовательность Arg-2.

Данную последовательность определяет матриксная пептидаза и митохондриальная промежуточная пептидаза.

Большинство предшественников мембранных белков имеют сигнальные сайты, такие сайты дополняют функции пептида. Сигнальный пептид, который нужен для импорта белков в митохондрию, может быть расположен на С-конце белка предшественника и как N-пептид может иметь положительно заряженные аминокислотные остатки. Сигнальный пептид может образовывать амфифильную альфа-спираль. Такой пептид есть у ДНК-хеликазы. Импорт осуществляется в направлении С к N-концу.

Факторы оказывающие влияние на импорт белков в митохондрии.

Благодаря экспериментам были обнаружены факторы, которые влияют на импорт белков в митохондрии. Фактор Hsp70. Он усиливает импорт белков-предшественников. Белками-предшественниками являются АТР-аза, глюкокортикоидный рецептор. Данный фактор относится к белкам теплового шок и является гомологом бактериального белка DnaK. Фактор связывается с пептидами. Эффективность их связи находится в зависимости от степени амфифильности сигнального пептида. Hsp70 может функционировать в присутствии белков, которые гомологичны кошаперонам Hsp70. В функции фактора входит остановка процесса сворачивания белка-предшественника. Есть факторы, которые могут связываться с белками-предшественниками и способствуют их доставке к рецепторным компонентам транслоказы.

TF-фактов. По- другому называют адресующим фактором. Помогает осуществлять импорт белков-предшественников.

Способствует установлению связи между белками-предшественниками и внешней мембраны митохондрий. PBF (пресиквенссвязывающий). Так же как и TF помогает импорту белков в митохондрии. Если есть Hsp70 фактор, то PBF начинает более усиленно воздействовать на импорт. Что касается Hsp70, то его функции ослабевают.

MSF фактор (митохондриальный импортстимулирующий фактор). Связывается с пептидом и образует с ним стабильный комплекс. Образует стабильный комплекс так же со зрелой частью белка-предшественника. Может узнавать амфифильную альфа-спираль пептида. Доставляет белок-предшественник в митохондрии. Для импорта белков-предшественников нужно наличие цитозольных факторов. Взаимодействие белков-предшественников с внешней мембраной митохондрии.

Пептиды некоторых белков предшественников могут образовывать связь с мембранами митохондрий а так же с липосомами. Данные липосомы и мембраны содержат в себе отрицательно заряженные фосфолипиды. Рассмотрим действие пептида Cox4.

Когда данный пептид белка-предшественника взаимодействует с липидным бислоем, в котором содержится кардиолипин, подвижность в бислое начинает падать. Происходит повышение стабильности С-концевой области и альфа-спиральной структуры, которая находится вокруг Pro13. Что касается N-концевой аминогруппы пептида, то она опускается в мембрану. Функции взаимодействий пептида с внешней мембраной митохондрии:

- В мембране митохондрий эукариот присутствует кардиолипин, пептид взаимодействует с бислоем, это может быть дополнительным условием правильного сортинга;

- Такое взаимодействие является обязательным, что способствует приобретению белком, предшественником импорткомпетентной конформации;

- Пептид-фосфолипидное взаимодействие способствует образованию участков транслокации. Эти участки находятся между мембранами митохондрий.

Импортные машины митохондрий по-другому называются транслоказами белков-предшественников. Данные машины находятся в обеих мембранах митохондрий.

Всего две транслоказы. Первая транслоказа находится на внешней мембране и называется ТОМ-комплексом. Вторая транслоказа находится на внутренней мембране митохондрии и носит название TIM-комплекс. Эти транслоказы могут взаимодействовать друг с другом в процессе импорте белков и так же действовать самостоятельно.

Объединение данных транслоказ происходит только во время процесса импорта белков в митохондрии. В начале процесса импорта белков идет образование сайтов импорта. Данный процесс осуществляется с помощью белка-предшественника, он соединяет две мембраны митохондрии в которых находятся импортные машины.

За счет промежуточных форм импортируемых беков, которые являются устойчивыми, происходит соединение мембран митохондрий. Такое соединение способствует изучение функций данных комплексов. Благодаря методу соединения комплексов можно увидеть, что TOM-комплекс, который содержится в внешней мембране, значительно больше TIM-комплекса.

Кампоненты транслоказы внешней мембраны принято называть TomX, компоненты транслоказы внутренней мембраны митохондрии называют TimX. X-это относительная молекулярная масса белка, которую определили при первичном описании данной субъединица. Примеры транслоказных компонентов: Tom72, Tom6, Tom40, Tim54, Tim24, Tim9.

TOM-комплекс или транслоказа внешней мембраны митохондрии.

Состав ТОМ-комплекса.

В состав комплекса входят девять белков: Том20, Том70, Том72, Том22, Том37, Том40, Том6, Том7, Том5.

Том20, Том70, Том72. Данные белки состоят из двух доменов. Первый домен С-концевой (цитоплазматический). Второй домен N-концевой (якорный). Белок Том22 состоит из трех доменов. Первый N-концевой, второй трансмембранный домен, третий С-концевой. Белок Том37 состоит из цитоплазматического домена и двух коротких трансмембранных сигментов. Все составляющие транслоказы во внешней мембране находятся рядом друг с другом. Белок Том40 (большая его часть) находится в мембране митохондрии, но его домен с отрицательным зарядом находится между мембранами. У белка Том6 N-концевой домен находится в цитоплазме. Что касается белка Том7, то он является интегральным мембранным белком. Том5 состоит из С домена и N домена, N домен имеет отрицательный заряд.

Рецепторные компоненты комплекса.

Рецепторную функцию выполняют два субкомплекса:

1) Том20, Том22, субкомплекс. Этот комплекс занимается узнаванием белков-предшественников;

2) Том70, Том72, Том37-субкомплекс. Этот субкомплекс участвует на стадии узнавания и является рецептором комплекса MSF-белок - предшественник.

TIM-комплекс или транслоказа внутренней мембраны митохондрии.

Состав TIM-комплекса.

В состав данного комплекса входят 6 белков внутренней мембраны митохондрии, 5 белков находящихся в межмембранном пространстве и 2 белка находятся в матриксе митохондрий. По функциям транслоказа разделена на 2 субкомплекса.

Рассмотрим белки:

- Tim23, Tim17, Tim 22, Tim54. Данные белки называются интегральными и находятся на внутренней мембране митохондрий;

- Tim11.Белок у которого есть N-концевая гидрофобная часть, С-концевой гидрофильный сегмент, который находится между мембранами;

- Tim44-это гидрофильный белок. Этот белок ассоциирован с внутренней мембраной и он экстрагируется при щелочных условиях.

Модель импорта белков-предшественников ТОМ-комплекса.

Рассмотрим модель импорта белков-предшественников в митохондриях дрожжей. В митохондриях на внешней мембране есть 2 рецепторных субкомплекса:

1) Том20, Том22;

2) Том70, Том72, Том37.

Эти субкомплексы способны узнавать белков-предшественников.

Белки-предшественники доставляются к мембране митохондрий двумя путями. Первый зависит от гидролиза АТР, N-этилмалеимид чувствительного MSF. Этот путь использует Том70, Том72, Том37 что касается другого пути, то он использует Том20-Том22 и он независим от АТР. Идет формирование стабильного комплекса называемого белок-предшественник-MSF-Том70. После того как комплекс образовался из него выходит белок-предшественник, данный перенос называется АТР-зависимый. Белок-предшественник идет в комплекс Том20, Том22.

Затем Том20 вместе с белком-предшественником образует комплекс при взаимодействии с Hsp70.

Учеными была выдвинута гипотеза кислой цепи. В ее основе лежит то, что у компонентов Том-комплекса отрицательно заряжены домены. Белки-предшественники поступают через внешнюю мембрану и начинают перескакивать с одного отрицательного заряда на другой.

Есть два сайта связывания пептида. Первый цис-сайт, второй транс-сайт. Цис-сайт взаимодействует с пептидом на внешней поверхности, а транс-сайт на внутренней поверхности. Все это происходит на внешней мембране митохондрии. Взаимодействие пептида с первым сайтом является нестабильным. После того как связь распалась пептид связывается с доменом у которого отрицательный заряд, им является Том5.

Далее после того как пептид прошел через пору он начинает взаимодействовать с транс-сайтом. Это взаимодействие обеспечивает транслокацию N-концевого участка белка через внешнюю мембрану.

Белки-предшественники, которые несут сигналы в матрикс или другие места после взаимодействия с Том-комплексом начинают взаимодействовать с ТIМ-комплексом. митохондрия внутриклеточный органоид

Модели импорта белков-предшественников в матрикс митохондрий.

Импорт белков-предшественников начинает разделятся. Матриксные белки - предшественники присоединяются к Tim23-Tim17-субкомплексу, а предшественники белки внутренней мембраны присоединяются к Tim22-Tim54 субкомплексу. Перенос матриксных белков-предшественников осуществляется по следующему пути:

1) Диссоциация Tim23-Tim23-димера;

2) Во внутренней мембране митохондрий начинает открываться канал;

3) Пептид переходит через канал в матрикс;

4) Белок-предшественник начинает связывать между собой мембраны митохондрии затем идет образование транслокационного контактного сайта.

Модель молекулярного храпового механизма. Суть модели заключается в том, что белок-предшественник проходит через пору ТОМ-TIM-комплексов, в этот момент mtHsp70 начинает захватывать полипептидные цепи в матриксе. За счет этого прекращается возврат белка-предшественника к поре.

Модель молекулярного мотора. Для того чтобы белок-предшественник проходит через пору нужна конформация изменения mtHsp70. Образуется комплекс MtHsp70-ADP. Создается новый цикл в нем происходит соединение молекулы MtHsp70-AТP-комплекса с Tim44.

Размещено на Allbest.ru