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MindMap Gallery Kapitel 6 Energieumwandlung zwischen Mitochondrien und Zellen
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Kapitel 6 Energieumwandlung zwischen Mitochondrien und Zellen
Dies ist eine Mindmap über Mitochondrien, einschließlich der grundlegenden Eigenschaften von Mitochondrien, Mitochondrien und Krankheiten, Zellatmung und Energieumwandlung usw.
Edited at 2024-01-19 01:36:40
Kapitel 6 Energieumwandlung zwischen Mitochondrien und Zellen
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Zellen, Gewebe, Organe, Systeme, Kreislaufsysteme von Organismen, Immunität (Antigene, Antikörper, Reaktionen)
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Kapitel 6 Energieumwandlung zwischen Mitochondrien und Zellen
Abschnitt 1 Grundlegende Eigenschaften von Mitochondrien
1. Form, Menge und Struktur der Mitochondrien
(1) Form und Menge der Mitochondrien
Form: linear, körnig oder stäbchenförmig unter dem Lichtmikroskop
Menge: ① Variiert je nach Zelltyp ② Das Minimum enthält nur 1 Mitochondrien und das Maximum enthält 500.000. ③Wenn der Stoffwechsel stark ist, ist die Anzahl der Mitochondrien größer und umgekehrt. ④ Es gibt etwa 25 Spermien, etwa 400 Nierenzellen und etwa 1.300 Mitochondrien in Leberzellen. Die meisten reifen roten Blutkörperchen haben keine Mitochondrien.
(2) Ultrastruktur der Mitochondrien
Unter dem Elektronenmikroskop sind Mitochondrien geschlossene Membranvesikelstrukturen, die aus doppelschichtigen Einzelmembranen bestehen.
1. äußere Membran (outerembrane)
Lage: Die äußerste Membraneinheit der Mitochondrien, etwa 5–7 nm dick.
Zusammensetzung: Etwa 50 % sind Lipide und etwa 50 % sind Proteine.
Merkmale: ① Enthält eine Vielzahl von Transportproteinen. ② Bildet einen größeren Wasserkanal über die Lipiddoppelschicht, wodurch kleine Poren mit einem Durchmesser von 2 bis 3 nm in der Außenmembran entstehen, die den Durchgang von Substanzen mit einem geringeren Molekulargewicht ermöglichen mehr als 10.000 Da, einschließlich einiger kleiner Peptidmoleküle.
2. Intima (innere Membran)
Lage: Befindet sich innerhalb der äußeren Membran der Mitochondrien mit einer durchschnittlichen Dicke von 4,5 nm
Zusammensetzung: 20 % Lipide, 80 % Protein.
Merkmale: Geringe Permeabilität, Substanzen mit einem Molekulargewicht über 150 können nicht passieren. Wählen Sie eine hohe Permeabilität, und die Transportproteine auf der Membran steuern den Stoffaustausch in den Innen- und Außenkammern, um den Wirkstoffstoffwechsel sicherzustellen.
3. Translokations-Kontaktseite
Es gibt Stellen auf der Innen- und Außenmembran der Mitochondrien, an denen die Innenmembran und die Außenmembran miteinander in Kontakt kommen, wo der Membranraum eng wird, was als Translokationskontaktpunkt bezeichnet wird.
Funktion: Kanal für den Eintritt und Austritt von Proteinen und anderen Substanzen in die Mitochondrien
4.Matrix
Inhaltsstoffe: ① Enzyme (katalysieren den Säurezyklus, die Oxidation von Fettsäuren, den Abbau von Aminosäuren, die Proteinsynthese usw.)
unabhängiges genetisches System
②Doppelsträngige zirkuläre DNA (einzigartig für Mitochondrien)
③Ribosomen
5.Elementarteilchen
Aus dem inneren Hohlraum ragen viele Partikel hervor, die an der Innenfläche der inneren Membran (einschließlich des Kirchturms) befestigt sind, und jede Mitochondrie besteht aus etwa 104 bis 105 Partikeln.
Der Kopf verfügt über enzymatische Aktivität und kann die Phosphorylierung von ADP zur Erzeugung von ATP katalysieren.
Auch bekannt als ATP-Synthase-Komplex (ATP-Synthase-Komplex), auch bekannt als FoFiATP-Synthase.
2. Chemische Zusammensetzung der Mitochondrien
1. Protein: Es ist der Hauptbestandteil der Mitochondrien, macht etwa 65 bis 70 % aus und ist größtenteils in der inneren Membran und Matrix verteilt.
2. Lipide: machen 25 bis 30 % des Trockengewichts der Mitochondrien aus, die meisten davon sind Phospholipide.
3. Sonstiges: Enthält DNA und ein vollständiges genetisches System, eine Vielzahl von Coenzymen (wie CoQ, FMN, FAD und NAD usw.), Vitamine und verschiedene anorganische Ionen.
3. Mitochondriales genetisches System (verstehen)
(1) Mitochondriale DNA
1. Lokalisierung: In der Matrix der Mitochondrien oder an der inneren Membran der Mitochondrien befestigt.
2. Menge: In einem Mitochondrium befinden sich oft 1 bis mehrere mtDNA-Moleküle, im Durchschnitt sind es 5 bis 10.
3. Genomstruktur:
①Formular
②Länge 16568 bp
③Keine Histone
④H-Kette, L-Kette
⑤Keine Introns
⑥Kopieren und Transkribieren
⑦Codon
4. Codierungsprodukte: wenige. Mitochondriale tRNA, rRNA und einige mitochondriale Proteine.
(2) Replikation von Mitochondrien (verstehen)
Die mtDNA-Replikation ähnelt der D-Loop-Replikation prokaryontischer Zellen
Die leichte Kette repliziert sich später als die schwere Kette
Die Syntheserichtung der schweren Kette ist im Uhrzeigersinn und die Syntheserichtung der leichten Kette ist 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.
Unterthema
4. Transport mitochondrialer und nukleär kodierter Proteine
(1) Transport von kernkodierten Proteinen in die mitochondriale Matrix
1. Wenn kernkodierte Proteine in die Mitochondrien gelangen, ist eine Signalsequenz erforderlich.
2. Das Vorläuferprotein bleibt außerhalb der Mitochondrien in einem entfalteten Zustand
3. Die durch die molekulare Bewegung erzeugte Kraft unterstützt die Polypeptidkette beim Durchgang durch die Mitochondrienmembran
4. Die Polypeptidkette muss innerhalb der mitochondrialen Matrix neu gefaltet werden, um ein aktives Protein zu bilden.
(2) Transport von kernkodierten Proteinen zu anderen Teilen der Mitochondrien
5. Der Ursprung der Mitochondrien
Die derzeit allgemein akzeptierte Hypothese, die Endosymbiose-Theorie, geht davon aus, dass Mitochondrien möglicherweise aus einigen frühen Bakterien entstanden sind, die zunächst symbiotisch mit alten anaeroben eukaryotischen Zellen existierten und schließlich Teil der eukaryotischen Zellen wurden.
6. Mitochondriale Fusion und Spaltung
(1) Mitochondrien vermehren sich durch Spaltung
(2) mtDNA wird zufällig und ungleichmäßig in neue Mitochondrien verteilt
Während der Mitose und Meiose werden neu synthetisierte mtDNA-Moleküle zufällig auf Tochtermitochondrien verteilt, und Tochtermitochondrien werden zufällig auf Tochterzellen verteilt. Daher weisen Tochterzellen unterschiedliche Anteile mutierter mtDNA-Moleküle auf.
(3) Die Fusion von Mitochondrien fördert die gegenseitige Zusammenarbeit der Mitochondrien
7. Funktion der Mitochondrien
1. Oxidative Phosphorylierung: Die Oxidation von Nährstoffen in Mitochondrien und die Kopplung mit Phosphorylierung zur Erzeugung von ATP ist die Hauptfunktion von Mitochondrien.
2. Aufnahme und Freisetzung von Ca2: Mitochondrien und endoplasmatisches Retikulum arbeiten zusammen, um die Ca2-Konzentration im Zytosol zu regulieren
3. Am Zelltod beteiligt sein: In manchen Fällen sind Mitochondrien das auslösende Glied des Zelltods; in anderen Fällen sind Mitochondrien nur ein „Weg“ des Zelltods.
Abschnitt 2 Zellatmung und Energieumwandlung
einführen
Die direkte und vollständige Verbrennung eines Glukosemoleküls setzt eine Energie von etwa 2804 kJ/mol frei, was weitaus mehr ist als die Energie, die jedes Trägermolekül einfangen kann. Die Energie eines ATP-Moleküls beträgt etwa 31 kJ/mol
Zyklus der Wasserstofftransmitter NAD und NADH
Der Zyklus der Wasserstofftransmitter FAD und FADH
Zelluläre Oxidation/biologische Oxidation/Zellatmung
Zelluläre Oxidation: Der Prozess, bei dem Zellen unter Beteiligung von O verschiedene makromolekulare Substanzen zu CO2 zersetzen und die freigesetzte Energie in ATP speichert, wird auch biologische Oxidation genannt. Ähnlich der menschlichen Atmung, auch Zellatmung genannt
Während Zellen Substanzen oxidieren, durchlaufen sie eine Phosphorylierungsreaktion von ADP, die auch als oxidative Phosphorylierung bezeichnet wird.
Grundlegende Prozesse der zellulären Oxidation
1. Glykolyse
Glukose wird im Zytoplasma zu Pyruvat abgebaut
Vorkommensort: Zytoplasma
Nettoproduktion von 2 ATP, 2 NADH
Unter aeroben Bedingungen gelangt es schließlich zur Oxidation in die Mitochondrien.
Fermentationskapazität unter anaeroben Bedingungen
Durch die Fermentation entsteht unter anaeroben Bedingungen ATP, während gleichzeitig NAD regeneriert wird
2. Erzeugung von Acetyl-CoA
Pyruvat gelangt in die Mitochondrien und wird in der mitochondrialen Matrix abgebaut, um Acetyl-CoA zu produzieren
Vorkommensort: Mitochondriale Matrix
Erzeuge 1 NADH
3. TCA-Zyklus
Acetyl-CoA durchläuft den Drei-Säuren-Zyklus und sein gesamtes C wird zu CO2 oxidiert
produzieren
3 NADH
1 FADH2
1 ATP (GTP)
Vorkommensort: Mitochondriale Matrix
Die Durchlässigkeit der inneren Mitochondrienmembran ist gering und Substanzen mit einem Molekulargewicht von mehr als 150 können nicht passieren.
4. Die oxidative Phosphorylierung koppelt die ATP-Bildung
Das durch Glykolyse, Acetyl-CoA und den Trisulfatzyklus erzeugte H enthält H und e-
Unter ihnen wird H von NADH und FADH eingefangen und über die Coenzyme der Atmungskette in die mitochondriale Intermembranhöhle gepumpt.
e- wird sequentiell durch die Atmungskette übertragen, und während des Übertragungsprozesses wird eine freie Energiedifferenz erzeugt, die von Coenzymen als Pumpenergie genutzt wird.
Sie reduzieren schließlich O2 zu H2O und synthetisieren gleichzeitig eine große Menge ATP aus der Grana.
Vorkommensort: Mitochondriale Innenmembran, Grana
Wie entsteht der H-Gradient?
Was bewirkt der H-Gradient?
5. Atmungskette/Elektronentransferkette
Die Atmungskette besteht aus einer Reihe von Enzymsystemen, die H und E reversibel aufnehmen und freisetzen können. Sie sind in einer Kette auf der inneren Mitochondrienmembran angeordnet und werden daher Atmungskette genannt. Und weil sie H und E- übertragen können, werden sie auch Elektronentransportketten genannt.
1 Atmungskette
2 Warum müssen Zellen aus der Perspektive der „Differenz freier Energie“ mehrere Übertragungen durchlaufen?
3 Hypothese der chemiosmotischen Kopplung
Die Chemiosmose-Hypothese besagt, dass das Grundprinzip der oxidativen Phosphorylierungskopplung darin besteht, dass der Unterschied in der freien Energie beim Elektronentransfer dazu führt, dass H über die Membran übertragen wird, das in einen elektrochemischen Protonengradienten über die innere Mitochondrienmembran umgewandelt wird. Protonen fließen entlang des 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.
4 Grana
Es ist auch als ATP-Synthase bekannt, hat die Form eines Pilzes und gehört zur F-Typ-Protonenpumpe.
Kugelförmig F1 (Kopf)
F0 (Basis) eingebettet in Membran
5 Arbeitsmechanismus der ATP-Synthase: Bindungsallosterie
Abschnitt 3 Mitochondrien und Krankheiten
1. Mitochondriale Veränderungen während Krankheitsprozessen
Mitochondrien reagieren sehr empfindlich auf Veränderungen äußerer Umweltfaktoren, und der Einfluss einiger Umweltfaktoren kann direkt zu einer abnormalen Mitochondrienfunktion führen.
Die Kapazität der mitochondrialen oxidativen Phosphorylierung nimmt mit zunehmendem Alter ab
2. mtDNA-Mutationen und Krankheiten
Krankheiten, bei denen Defekte in der mitochondrialen Struktur und Funktion die Hauptursache für die Erkrankung sind, werden oft als mitochondriale Erkrankungen bezeichnet.
Mitochondriale Erkrankungen betreffen hauptsächlich das Nerven- und Muskelsystem.
3. Krankheiten im Zusammenhang mit abnormaler mitochondrialer Fusion und Spaltung
4. Behandlung mitochondrialer Erkrankungen
Zusammenfassen
Unterthema