Mindmap-Galerie Kapitel Sechs Energieumwandlung zwischen Mitochondrien und Zellen
Die Zellbiologie-Mindmap „Mitochondrien und Energieumwandlung von Zellen“ ist sehr detailliert und umfasst Mitochondrien, Zellatmung und Energieumwandlung, Mitochondrien und Krankheiten usw.
Bearbeitet um 2023-11-14 22:03:10Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
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Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
Kapitel Sechs: Energieumwandlung zwischen Mitochondrien und Zellen
Abschnitt 1 Mitochondrien
1. Form, Menge und Struktur
1. Form, Menge
①Formular:
Unterschiedliche Typen oder unterschiedliche physiologische Zustände
Hypotone Umgebung: Schwellung wie Blasen
Hypertonische Umgebung: zu einer linearen Form verlängert
Verschiedene Stadien der Zellentwicklung
Frühstadium: kurz stabförmig
Spätes Stadium: lange Stabform
②Menge: Abhängig von der Art der Zellen
2. Ultrastruktur der Mitochondrien
①Adventitialmembran
②Intima
Raumstruktur
Innere Höhle (Stromahöhle)
Außenraum (Intermembranraum)
Kamm
interkranielle Höhle
intrakranieller Raum
③Inversionskontaktpunkt
Temporäre Strukturen zum Transport von Stoffen in Mitochondrien
intimales Translokon
Translokon der äußeren Membran
④Matrix
Ort des oxidativen Stoffwechsels
⑤Grana
Die chemische Essenz ist die ATP-Synthase
Auch bekannt als ATP-Synthase oder ATP- und Enzymkomplex
2. Chemische Zusammensetzung
1. Protein
lösliches Protein
unlösliches Protein
2. Lipide
Hauptsächlich Phospholipide
3. Andere
Viele Enzymsysteme
Markerenzym
Intima: Cytochromoxidase
Äußere Membran: Monoammoniumoxidase
Substrat: Malatdehydrogenase
Intermembranraum: Adenylatkinase
3. Genetisches System
1. Mitochondriale DNA
Merkmale
Existenzteil
Menge
Kodierungsprodukt
Genomstruktur
2. Transkription mitochondrialer Gene
Transkribieren
Promoter
Die Transkription des mitochondrialen Genoms beginnt mit zwei Hauptpromotoren, dem Promotor der schweren Kette (HSP) und dem Promotor der leichten Kette (LSP). Transkriptionsfaktoren binden daran und initiieren die Transkription unter der Wirkung der mtRNA-Polymerase.
Transkriptionsprozess
Die Transkription mitochondrialer Gene ähnelt der Transkription von Prokaryoten, das heißt, es wird eine polycistronische Sequenz produziert, die mRNA und tRNA umfasst.
Die schwere Kette bildet zwei Primärtranskripte
Primäres Transkript I – tRNAphe, tRNAval, 12S rRNA und 16S rRNA
Primärtranskript II – mRNA und tRNA
mRNA-Synthese
Enthält keine Introns und wenige nicht übersetzte Regionen
Das Startpasswort ist AUG (oder AUA) und das Endpasswort ist UAA
Das 3'-Ende hat einen PolyA-Schwanz und das 5'-Ende hat keine Kappenstruktur für die Verarbeitung nuklearer mRNA.
Proteintranslation
Wird innerhalb der Mitochondrien und auf mitochondrialen Ribosomen übertragen
Proteine, aus denen mitochondriale Ribosomen bestehen, werden vom Zytoplasma in die Mitochondrien transportiert
Alle bei der Proteinsynthese verwendeten tRNAs werden von mtDNA kodiert
3. Replikation mitochondrialer DNA
Funktionen kopieren
Die DNA-Replikation ähnelt der prokaryotischen Zellen
Ursprung der Replikation
Ein Replikationsursprung der schweren Kette: Kontrolle der Selbstreplikation der schweren Kette
Ein Replikationsursprung der leichten Kette: Steuerung der Selbstreplikation der leichten Kette
Die leichte Kette repliziert sich später als die schwere Kette
Die Syntheserichtung der schweren Kette verläuft im Uhrzeigersinn
Die Syntheserichtung der Leichtketten verläuft gegen den Uhrzeigersinn
Die Replikation wird durch den Zellzyklus nicht beeinflusst, kann über die stationäre Phase oder Interphase des Zellzyklus hinausgehen und sogar über den gesamten Zellzyklus verteilt sein.
4. Transport kodierter Proteine
Transport von kernkodierten Proteinen in die mitochondriale Matrix🌟
In Mitochondrien gibt es etwa 1.000 Genprodukte, von denen nur 37 vom mitochondrialen Genom kodiert werden, während der Rest vom Zellkern kodiert wird.
Merkmale
Vorläuferproteine werden im Zytoplasma synthetisiert
Mitochondriale Transportsignale (MTS usw.)
Das Außenmembran-Translokon und das Innenmembran-Translokon arbeiten zusammen, um über den Translokationskontaktpunkt in die Mitochondrien einzudringen
Energie verbrauchen
Unterstützung durch molekulare Chaperone
Es gibt Proteinentfaltungs- und -rückfaltungsprozesse
Erforderliche Bedingungen
1. Damit kernkodierte Proteine in die Mitochondrien gelangen, ist eine Signalsequenz erforderlich.
2. Das Vorläuferprotein bleibt außerhalb der Mitochondrien in einem entfalteten Zustand
Transportprozess
3. Die durch die molekulare Bewegung erzeugte Kraft unterstützt die Polypeptidkette beim Durchgang durch die Mitochondrienmembran
Neu falten
4. Die Polypeptidkette muss innerhalb der mitochondrialen Matrix neu gefaltet werden, um ein aktives Protein zu bilden.
Transport von kernkodierten Proteinen zu anderen Teilen der Mitochondrien
Zusammenfassen
Damit kernkodierte Proteine in die Mitochondrien gelangen, sind Signalsequenzen erforderlich
Vorläuferproteine entfalten sich außerhalb der Mitochondrien
Die Polypeptidkette durchquert die Mitochondrienmembran
Polypeptidketten falten sich innerhalb der Mitochondrien neu
5. Herkunft
Das genetische System der Mitochondrien ähnelt dem der Bakterien
Die mitochondriale Proteinsynthese ähnelt der von Bakterien
Endosymbiose-Theorie (Nicht-Symbiose-Hypothese)
6. Spaltung und Fusion
Mitochondriale Fusion ist ein Prozess, der durch eine Reihe verwandter Proteine vermittelt wird
Da Mitochondrien eine Doppelmembranstruktur haben, erfordern die Fusion und Spaltung der Mitochondrien die gemeinsame Beteiligung der inneren und äußeren Membranen sowie eine präzise Vermittlung und Regulierung durch eine Reihe von Proteinmolekülen.
FZO1/Mfns vermittelt die Fusion der mitochondrialen Außenmembran
Mgm1/OPA1 vermittelt die Fusion der mitochondrialen Innenmembran
Mitochondrien vermehren sich durch Teilung
Derzeit wird allgemein angenommen, dass die Biogenese der Mitochondrien durch die Teilung der ursprünglichen Mitochondrien abgeschlossen wird.
Drei Arten der mitochondrialen Teilung:
aufstrebende Abteilung
Kontraktionsspaltung
Septumteilung
Mitochondrien sind nicht gleichmäßig verteilt. Innerhalb desselben Mitochondriums können verschiedene Arten von mtDNA existieren, die zufällig in neue Mitochondrien verteilt sind.
Andererseits wird auch die mitochondriale Teilung durch die Zellteilung beeinflusst.
Der mitochondriale Spaltungsprozess wird auch durch eine Reihe von Proteinen vermittelt
mtDNA wird zufällig und ungleichmäßig in neue Mitochondrien verteilt
√In denselben Mitochondrien kann es verschiedene Arten von mtDNA geben, nämlich Wildtyp- und mutierte mtDNA. Während der Teilung trennen sich Wildtyp- und mutierte mtDNA und werden zufällig in neue Mitochondrien verteilt.
√In derselben Zelle kann es Mitochondrien mit unterschiedlicher mtDNA geben, nämlich Wildtyp- und mutierte Mitochondrien. Bei der Teilung werden sie zufällig neuen Zellen zugewiesen.
mütterliches Erbe
Eine Mutter gibt ihre mtDNA sowohl an Söhne als auch an Töchter weiter, aber nur Töchter können ihre mtDNA an die nächste Generation weitergeben.
7. Funktion
🌟Die halbautonome Natur der Mitochondrien verstehen
Verfügen über ein unabhängiges genetisches System
Gründe für Teilautonomie
Obwohl Mitochondrien auch Proteine synthetisieren können, ist ihre Synthesekapazität begrenzt. Von den mehr als 1.000 Proteinen in Mitochondrien werden nur ein Dutzend selbst synthetisiert. Mitochondriale ribosomale Proteine, Aminoacyl-tRNA-Synthetasen und viele Strukturproteine werden alle von Kerngenen kodiert. Nachdem sie im Zytoplasma synthetisiert wurden, werden sie zu den Mitochondrien transportiert.
Abschnitt 2 Zellatmung und Energieumwandlung
Zellatmung
Merkmale
①Im Wesentlichen handelt es sich um eine Reihe von Redoxreaktionen, die durch Enzyme in Mitochondrien katalysiert werden.
②Die erzeugte Energie wird in den hochenergetischen Phosphatbindungen von ATP gespeichert
③Der gesamte Reaktionsprozess läuft verteilt ab und auch Energie wird nach und nach freigesetzt.
④Die Reaktion wird bei einer konstanten Temperatur von 37 °C und konstantem Druck durchgeführt.
⑤Der Reaktionsprozess erfordert die Beteiligung von H₂O
Die durch die Zellatmung erzeugte Energie wird im zellulären Energieumwandlungsmolekül ATP gespeichert
1.ATP ist eine hochenergetische Phosphatverbindung
2. Bei der Zellatmung kann die freigesetzte Energie durch die Phosphorylierung von ADP als Backup umgehend in den hochenergetischen Phosphatbindungen von ATP gespeichert werden
3. Wenn Zellen Energie benötigen, um verschiedene Aktivitäten auszuführen, können sie dephosphoryliert werden und eine hochenergetische Phosphatbindung aufbrechen, um Energie freizusetzen, die den Bedürfnissen des Körpers entspricht.
Die in ATP enthaltene Energie stammt aus der Oxidation von Zuckern, Aminosäuren, Fettsäuren usw. Die Oxidation dieser Stoffe ist die Voraussetzung für die Energieumwandlung.
Von der Glykolyse bis zur ATP-Bildung ist ein äußerst komplexer Prozess, der in drei Schritte unterteilt ist:
Glykolyse – Zytoplasma
Tricarbonsäurezyklus (TAC) – Mitochondrien
Oxidative Phosphorylierung – Mitochondrien
Glykolyse von Glukose im Zytoplasma
Glukose wird im Zytoplasma durch Glykolyse zu Pyruvat abgebaut
Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat in der mitochondrialen Matrix zu Acetyl-CoA
Der Tricarbonsäurezyklus in der mitochondrialen Matrix
Oxidative Phosphorylierung gekoppelt mit ATP-Bildung
(1) Die Atmungskette und der ATP-Synthase-Komplex sind die strukturelle Grundlage der oxidativen Phosphorylierung
1. Atmungskette
Die an der Atmungskette beteiligten Enzyme und Coenzyme sind auf der Innenmembran der Mitochondrien in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet, um Wasserstoff und Elektronen zu übertragen, daher wird sie auch Elektronentransportkette genannt.
(2) Oxidative Phosphorylierungskopplung
<ATP-Synthase-Komplex>
Es handelt sich um eine kugelförmige Grana, die an der Innenfläche der inneren Mitochondrienmembran (einschließlich Cristae) befestigt ist.
Es handelt sich um ein Schlüsselgerät, das die beim Elektronentransfer in der Atmungskette freigesetzte Energie nutzt, um ADP zu phosphorylieren und so ATP zu erzeugen.
Seine chemische Essenz ist der ATP-Synthase-Komplex, auch bekannt als FoF, ATP-Synthase.
(3) Kopplungsmechanismus – Hypothese der chemischen Osmose
Die chemiosmotische Kopplungshypothese geht davon aus, dass das Grundprinzip der oxidativen Phosphorylierungskopplung ist
Der Unterschied in der freien Energie beim Elektronentransport führt dazu, dass H + durch die Membran transportiert wird, das in einen elektrochemischen Protonengradienten über die innere Mitochondrienmembran umgewandelt wird. Protonen fließen den Gradienten zurück und setzen Energie frei, wodurch die an die innere Membran gebundene ATP-Synthase angetrieben wird, um die Phosphorylierung von ADP zur ATP-Synthese zu katalysieren.
NADH oder FADH2 stellt ein Elektronenpaar bereit, das die Elektronentransportkette passiert und schließlich von O2 aufgenommen wird;
Die Elektronentransportkette fungiert auch als H + -Pumpe, und der Prozess der Elektronenübertragung geht mit der Übertragung von H + von der mitochondrialen Matrix in die Zwischenmembranhöhle einher;
Die innere Mitochondrienmembran ist für H + und OH undurchlässig, sodass sich H + im Verlauf des Elektronentransferprozesses im Zwischenmembranhohlraum ansammelt, was zu einem Unterschied in der Protonenkonzentration auf beiden Seiten der inneren Membran führt und dadurch einen bestimmten potentiellen Energieunterschied aufrechterhält;
H + in der Intermembranhöhle hat die Tendenz, entlang des Konzentrationsgradienten in die Matrix zurückzukehren und kann mit Hilfe potentieller Energie den ATP-Synthase-Komplex F passieren. Die Protonenkanäle der Mitochondrien dringen in die mitochondriale Matrix ein und die freigesetzte freie Energie treibt die ATP-Synthase zur ATP-Synthese an.
Betonen Sie die Integrität der mitochondrialen Membranstruktur: H kann die Membran nicht ungehindert passieren, auf beiden Seiten der inneren Membran bildet sich ein dynamisches Protonenpotential und Oxidation ist mit Phosphorylierung gekoppelt.
Gerichtete chemische Reaktionen
Orientierung des Elektronentransfers x
H ⁺Bewegungsausrichtung
Auch die Reaktion der ATP-Synthese ist gerichtet
Abschnitt 3 Mitochondrien und Krankheiten
Mitochondriale Veränderungen während einer Krankheit
mtDNA-Mutationen und Krankheiten
Krankheiten, bei denen mitochondriale Struktur- und Funktionsdefekte die Hauptursache sind, werden oft als mitochondriale Störungen bezeichnet.
Mitochondriale Erkrankungen sind eine Gruppe von Multisystemerkrankungen. Da das Zentralnervensystem und die Skelettmuskulatur am stärksten auf Energie angewiesen sind, sind klinische Symptome durch Läsionen im Zentralnervensystem und in der Skelettmuskulatur gekennzeichnet.
Mitochondriale Enzephalomyopathie (ME) ist eine Gruppe seltener Multisystemerkrankungen, die hauptsächlich das Gehirn und die Muskeln betreffen und durch Anomalien in der mitochondrialen Struktur und/oder Funktion verursacht werden.
Die Hauptmanifestationen einer Muskelschädigung sind eine extreme Ermüdungsunverträglichkeit der Skelettmuskulatur und die Hauptmanifestationen des Nervensystems umfassen äußere Ophthalmoplegie, Schlaganfall, wiederkehrende Epilepsie, Myoklonus, Migräne, Ataxie, geistige Behinderung und Optikusneuropathie Zu den Symptomen einer Unverträglichkeit der Skelettmuskulatur zählen Herzblockaden, Kardiomyopathie, Diabetes, Niereninsuffizienz, intestinale Pseudoobstruktion und Kleinwuchs.
Pathogenese: mtDNA8344G-Mutation → Gesamtniveau der mitochondrialen Proteinsynthese ↓ → verringerter Gehalt an anderen oxidativen Phosphorylierungskomponenten als Komplex II (insbesondere verringerter Gehalt an Atmungskettenenzymkomplexen I und IV).
Die mitochondriale Enzephalomyopathie kann je nach klinischen Syndromen in mehrere Kategorien eingeteilt werden:
MELAS-Syndrom (mitochondriale Enzephalomyopathie mit Laktatazidämie und schlaganfallähnlichem Episodensyndrom). Zu den Symptomen gehören unterschiedlich starke kognitive Beeinträchtigungen und Alzheimer-Krankheit, Laktatazidose, Schlaganfall, transitorische ischämische Attacke, Taubheit, Bewegungsstörungen, Gewichtsabnahme.
MERRF-Syndrom (myoklonische Anfälle mit ausgefransten roten Fasern). Zu den Symptomen zählen fortschreitende myoklonische Epilepsie, Kleinwuchs und die Ansammlung erkrankter mitochondrialer Klumpen im Sarkolemm der Muskelfasern.
Das KSS-Syndrom (progressives externes Ophthalmoplegie-Syndrom), manchmal auch ein Subtyp der mitochondrialen Enzephalomyopathie, umfasst Retinitis pigmentosa, Herzblock und äußere Ophthalmoplegie.
Leber hereditäre Optikusneuropathie (LHON)
Es handelt sich um eine mütterlicherseits vererbte Erkrankung der Sehnervendegeneration. Die Mehrheit der Patienten sind männlich und die Krankheit tritt normalerweise im Alter zwischen 15 und 35 Jahren auf. Die wichtigsten klinischen Manifestationen sind ein akuter oder subakuter schmerzloser Sehverlust in beiden Augen gleichzeitig oder nacheinander, der mit einem Verlust des zentralen Gesichtsfelds und der Farbe einhergehen kann Sehbeeinträchtigung. Der Schweregrad einer Sehbehinderung variiert stark und reicht von völlig normal über leicht, mittelschwer bis schwer.
Der wichtigste biochemische Defekt von LHON ist ein Komplex-I-Mangel, und die genetische Anomalie ist eine Translokationsmutation an der Position 11778 der mtDNA. Darüber hinaus wurden Punktmutationen 14484 und 3460 gemeldet.
Chronisch progressive externe Ophthalmoplegie (CPEO)
Es handelt sich um eine seltene Augenbewegungsstörung. Es handelt sich um eine chronische, fortschreitende und beidseitige Erkrankung. Sie beginnt mit einer Ptosis, entwickelt allmählich Augenbewegungsstörungen und führt schließlich zur Unbeweglichkeit des Augapfels. Zu den Ursachen zählen Traumata, Toxine, Degeneration, genetische Erkrankungen und Tumore.
Leigh-Syndrom
Es handelt sich um eine angeborene Stoffwechselstörung, die durch den Verlust von Untereinheiten der Atmungskette verursacht wird. Es handelt sich um eine mitochondriale Enzephalomyopathie. Es beginnt normalerweise zwischen Februar und dem 6. Lebensjahr und stirbt innerhalb von Wochen oder Monaten ab. Die überwiegende Mehrheit der Kinder stirbt vor dem Alter von 2 Jahren.
Zu den charakteristischeren klinischen Manifestationen derjenigen, die im Säuglingsalter beginnen, gehören: intermittierende Atemrhythmusstörungen, äußere Ophthalmoplegie, Nystagmus, Ataxie und audiovisuelle Beeinträchtigung, während diejenigen, die in der frühen Kindheit beginnen, deutlichere Manifestationen einer Myasthenie aufweisen. Die meisten Kinder leiden an einer schweren Laktatazidose.
Krankheiten im Zusammenhang mit abnormaler mitochondrialer Fusion und Spaltung
Behandlung von mitochondrialen Erkrankungen
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