Galería de mapas mentales Capítulo 6 Conversión de energía entre mitocondrias y células
Este es un mapa mental sobre las mitocondrias, que incluye las características básicas de las mitocondrias, las mitocondrias y las enfermedades, la respiración celular y la conversión de energía, etc.
Editado a las 2024-01-19 01:36:40,Este es un mapa mental sobre una breve historia del tiempo. "Una breve historia del tiempo" es una obra de divulgación científica con una influencia de gran alcance. No sólo presenta los conceptos básicos de cosmología y relatividad, sino que también analiza los agujeros negros y la expansión. del universo. temas científicos de vanguardia como la inflación y la teoría de cuerdas.
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Capítulo 6 Conversión de energía entre mitocondrias y células
Sección 1 Características básicas de las mitocondrias
1. Forma, cantidad y estructura de las mitocondrias.
(1) Forma y cantidad de mitocondrias
Forma: lineal, granular o en forma de varilla bajo microscopio óptico
Cantidad: ① Varía según el tipo de célula ② El mínimo contiene solo 1 mitocondria y el máximo contiene 500.000. ③Cuando el metabolismo es fuerte, la cantidad de mitocondrias es mayor y, a la inversa, la cantidad de mitocondrias es menor. ④ Hay alrededor de 25 espermatozoides, alrededor de 400 células renales y alrededor de 1300 mitocondrias en las células del hígado. La mayoría de los glóbulos rojos maduros no tienen mitocondrias.
(2) Ultraestructura de las mitocondrias.
Bajo el microscopio electrónico, las mitocondrias son estructuras de vesículas de membrana cerradas compuestas por membranas unitarias de doble capa.
1. membrana exterior (membrana exterior)
Ubicación: La unidad de membrana más externa de las mitocondrias, de aproximadamente 5 a 7 nm de espesor.
Composición: Aproximadamente el 50% son lípidos y aproximadamente el 50% son proteínas.
Características: ① Incluye una variedad de proteínas de transporte, ② Forma un canal acuoso más grande a través de la bicapa lipídica, lo que hace que aparezcan pequeños poros con un diámetro de 2 a 3 nm en la membrana externa, lo que permite el paso de sustancias con un peso molecular menor. de 10 000 Da, incluidas algunas moléculas pequeñas de péptidos.
2. Íntima (membrana interna)
Ubicación: Ubicado dentro de la membrana externa de las mitocondrias, con un espesor promedio de 4,5 nm.
Composición: 20% lípidos, 80% proteínas.
Características: Baja permeabilidad, las sustancias con un peso molecular superior a 150 no pueden pasar. Elija una alta permeabilidad y las proteínas de transporte en la membrana controlarán el intercambio de sustancias en las cámaras interna y externa para garantizar el metabolismo de las sustancias activas.
3. sitio de contacto de translocación
Hay lugares en las membranas interna y externa de las mitocondrias donde la membrana interna y la membrana externa entran en contacto entre sí, donde el espacio de la membrana se vuelve estrecho, lo que se denomina punto de contacto de translocación.
Función: Canal para que las proteínas y otras sustancias entren y salgan de las mitocondrias.
4.Matriz
Ingredientes: ① Enzimas (catalizan el ciclo del ácido, oxidación de ácidos grasos, descomposición de aminoácidos, síntesis de proteínas, etc.)
sistema genético independiente
②ADN circular de doble cadena (exclusivo de las mitocondrias)
③ribosomas
5.partícula elemental
Hay muchas partículas que sobresalen de la cavidad interna unidas a la superficie interna de la membrana interna (incluido el campanario), y cada mitocondria tiene alrededor de 104 a 105 partículas.
La cabeza tiene actividad enzimática y puede catalizar la fosforilación de ADP para generar ATP.
También conocido como complejo ATP sintasa (complejo ATP sintasa), también conocido como FoFiATP sintasa.
2. Composición química de las mitocondrias.
1. Proteína: es el componente principal de las mitocondrias, representa alrededor del 65% al 70% y se distribuye principalmente en la membrana interna y la matriz.
2. Lípidos: representan del 25% al 30% del peso seco de las mitocondrias, la mayoría de los cuales son fosfolípidos.
3. Otros: Contiene ADN y un sistema genético completo, una variedad de coenzimas (como CoQ, FMN, FAD y NAD, etc.), vitaminas y diversos iones inorgánicos.
3. Sistema genético mitocondrial (comprender)
(1) ADN mitocondrial
1. Ubicación: En la matriz de las mitocondrias o adherido a la membrana interna de las mitocondrias.
2. Cantidad: a menudo hay de 1 a varias moléculas de ADNmt en una mitocondria, con un promedio de 5 a 10.
3. Estructura del genoma:
①Formulario
②Longitud 16568 pb
③Sin histonas
④Cadena H, cadena L
⑤Sin intrones
⑥Copiar y transcribir
⑦Codón
4. Productos de codificación: pocos. ARNt mitocondrial, ARNr y algunas proteínas mitocondriales.
(2) Replicación de las mitocondrias (comprender)
La replicación del ADNmt es similar a la de las células procarióticas, replicación del bucle D
La cadena ligera se replica más tarde que la cadena pesada.
La dirección de síntesis de la cadena pesada es en el sentido de las agujas del reloj y la dirección de síntesis de la cadena ligera es en el sentido contrario a las agujas del reloj.
La replicación no se ve afectada por el ciclo celular, puede trascender la fase estacionaria o interfase del ciclo celular e incluso puede distribuirse a lo largo del ciclo celular.
subtema
4. Transporte de proteínas codificadas mitocondriales y nucleares
(1) Transporte de proteínas codificadas en el núcleo hacia la matriz mitocondrial
1. Cuando las proteínas codificadas nucleares ingresan a las mitocondrias, se requiere una secuencia señal.
2. La proteína precursora permanece en estado desplegada fuera de las mitocondrias.
3. La energía generada por el movimiento molecular ayuda a la cadena polipeptídica a atravesar la membrana mitocondrial.
4. La cadena polipeptídica debe replegarse dentro de la matriz mitocondrial para formar una proteína activa.
(2) Transporte de proteínas codificadas en el núcleo a otras partes de la mitocondria
5. El origen de las mitocondrias
La hipótesis generalmente aceptada actualmente, la teoría de la endosimbiosis, sostiene que las mitocondrias pueden haberse originado a partir de algunas bacterias primitivas, que inicialmente existieron simbióticamente con antiguas células eucariotas anaeróbicas y eventualmente se convirtieron en parte de las células eucariotas.
6. Fusión y fisión mitocondrial
(1) Las mitocondrias proliferan mediante fisión.
(2) el ADNmt se distribuye aleatoria y desigualmente en nuevas mitocondrias
Durante la mitosis y la meiosis, las moléculas de ADNmt recién sintetizadas se distribuyen aleatoriamente en las mitocondrias hijas, y las mitocondrias hijas se distribuyen aleatoriamente en las células hijas. Por lo tanto, las células hijas tienen diferentes proporciones de moléculas de ADNmt mutantes.
(3) La fusión de mitocondrias favorece la promoción de la cooperación mutua de las mitocondrias.
7. Función de las mitocondrias
1. Fosforilación oxidativa: la oxidación de nutrientes en las mitocondrias y el acoplamiento con la fosforilación para generar ATP es la función principal de las mitocondrias.
2. Captación y liberación de Ca2: las mitocondrias y el retículo endoplasmático trabajan juntos para regular la concentración de Ca2 en el citosol.
3. Participar en la muerte celular: en algunos casos, las mitocondrias son el vínculo iniciador de la muerte celular; en otros casos, las mitocondrias son simplemente una "vía" de la muerte celular;
Sección 2 Respiración celular y conversión de energía
introducir
La combustión directa y completa de 1 molécula de glucosa libera energía de aproximadamente 2804 kJ/mol, que es mucho mayor que la energía que cualquier molécula portadora puede capturar. La energía de 1 molécula de ATP es de aproximadamente 31 kJ/mol.
Ciclo de transmisores de hidrógeno NAD y NADH.
El ciclo de los transmisores de hidrógeno FAD y FADH.
Oxidación Celular/Oxidación Biológica/Respiración Celular
Oxidación celular: El proceso en el que las células, con la participación de O, descomponen diversas sustancias macromoléculas para producir COz, y la energía liberada se almacena en ATP, también se denomina oxidación biológica. Similar a la respiración humana, también conocida como respiración celular.
Mientras las células oxidan sustancias, sufren una reacción de fosforilación del ADP, por lo que también se le llama fosforilación oxidativa.
Procesos básicos de oxidación celular.
1. Glucólisis
La glucosa se degrada en el citoplasma para formar piruvato.
Sitio de ocurrencia: citoplasma
Producción neta de 2 ATP, 2 NADH
En condiciones aeróbicas, finalmente ingresa a las mitocondrias para oxidarse.
Capacidad de fermentación en condiciones anaeróbicas.
La fermentación produce ATP en condiciones anaeróbicas mientras se regenera NAD.
2. Generación de acetil-CoA
El piruvato ingresa a las mitocondrias y se descompone en la matriz mitocondrial para producir acetil CoA.
Sitio de aparición: matriz mitocondrial.
Genera 1 NADH
3. ciclo de ATC
El acetil CoA pasa por el ciclo de los tres ácidos y todo su C se oxida a CO2.
producir
3 NADH
1FADH2
1 ATP (GTP)
Sitio de aparición: matriz mitocondrial.
La permeabilidad de la membrana mitocondrial interna es pequeña y las sustancias con un peso molecular superior a 150 no pueden atravesarla.
4. La fosforilación oxidativa acopla la formación de ATP.
El H producido por la glucólisis, la acetil-CoA y el ciclo del trisulfato contiene H y e-
Entre ellos, el H es capturado por NADH y FADH y bombeado hacia la cavidad intermembrana mitocondrial a través de las coenzimas de la cadena respiratoria.
e- se transmite secuencialmente a través de la cadena respiratoria y durante el proceso de transmisión se genera una diferencia de energía libre, que las coenzimas utilizan como energía de bombeo.
Finalmente reducen el O2 a H2O, y al mismo tiempo sintetizan una gran cantidad de ATP a partir de la grana.
Sitio de aparición: membrana interna mitocondrial, grana
¿Cómo se forma el gradiente H?
¿Qué hace el gradiente H?
5. Cadena respiratoria/cadena de transferencia de electrones
La cadena respiratoria es una serie de sistemas enzimáticos que pueden aceptar y liberar H y e- de manera reversible. Están ordenados en una cadena en la membrana mitocondrial interna, por eso se les llama cadena respiratoria. Y como pueden transferir H y e-, también se les llama cadenas de transporte de electrones.
1 cadena respiratoria
2 Pensando desde la perspectiva de la "diferencia de energía libre", ¿por qué las células necesitan someterse a múltiples transmisiones?
3 hipótesis de acoplamiento quimiosmótico
La hipótesis de la quimiosmosis sostiene que el principio básico del acoplamiento de la fosforilación oxidativa es que la diferencia de energía libre en la transferencia de electrones hace que el H se transfiera a través de la membrana, que se convierte en un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana mitocondrial interna. Los protones fluyen de regreso a lo largo del gradiente y liberan energía, lo que impulsa a la ATP sintasa unida a la membrana interna para catalizar la fosforilación de ADP para sintetizar ATP.
4 granas
También conocida como ATP sintasa, tiene forma de hongo y pertenece a la bomba de protones tipo F.
Esférico F1 (cabeza)
F0 (base) incrustada en membrana
5 Mecanismo de funcionamiento de la ATP sintasa: alosterio de unión
Sección 3 Mitocondrias y Enfermedades
1. Cambios mitocondriales durante los procesos patológicos.
Las mitocondrias son muy sensibles a los cambios en los factores ambientales externos y la influencia de algunos factores ambientales puede causar directamente una función mitocondrial anormal.
La capacidad de fosforilación oxidativa mitocondrial disminuye con la edad
2. mutaciones y enfermedades del ADNmt
Las enfermedades en las que los defectos en la estructura y función mitocondrial son la causa principal de la enfermedad a menudo se denominan enfermedades mitocondriales.
Las enfermedades mitocondriales afectan principalmente a los sistemas nervioso y muscular.
3. Enfermedades relacionadas con la fusión y fisión mitocondrial anormal
4. Tratamiento de las enfermedades mitocondriales
Resumir
subtema