マインドマップギャラリー 第6章 ミトコンドリアと細胞間のエネルギー変換
ミトコンドリアの基本的な性質、ミトコンドリアと病気、細胞呼吸とエネルギー変換などを含む、ミトコンドリアに関するマインドマップです。
2024-01-19 01:36:40 に編集されました第6章 ミトコンドリアと細胞間のエネルギー変換
第1節 ミトコンドリアの基本的性質
1. ミトコンドリアの形、量、構造
(1) ミトコンドリアの形と量
形状: 光学顕微鏡下で線状、粒状または棒状
量: ① 細胞の種類によって異なります。 ② ミトコンドリアは最小で 1 個のみ、最大で 500,000 個含まれます。 ③新陳代謝が強いとミトコンドリアの数は多くなり、逆にミトコンドリアの数は少なくなります。 ④ 肝臓細胞には約 25 個の精子細胞、約 400 個の腎臓細胞、および約 1,300 個のミトコンドリアが存在します。ほとんどの成熟した赤血球にはミトコンドリアがありません。
(2) ミトコンドリアの微細構造
電子顕微鏡下では、ミトコンドリアは二重層の単位膜から構成される閉じた膜小胞構造です。
1.外膜(外膜)
位置:ミトコンドリアの最も外側の単位膜、厚さ約5~7nm。
組成:約50%が脂質、約50%がタンパク質です。
特徴:①多様な輸送タンパク質を含む、②脂質二重層を横切る大きな水流路を形成し、外膜に直径2~3nmの小さな孔が現れ、それ以下の分子量の物質の通過を可能にする一部の小分子ペプチドを含む 10,000 Da 未満。
2. 内膜(内膜)
位置:ミトコンドリアの外膜の内側に位置し、平均厚さは4.5nm
組成: 脂質 20%、タンパク質 80%。
特長:透過性が低く、分子量150を超える物質は通過できません。高い透過性を選択すると、膜上の輸送タンパク質が内側と外側のチャンバー内の物質の交換を制御して、活性物質の代謝を確実にします。
3. 転座接触部位
ミトコンドリアの内膜と外膜には、内膜と外膜が接触して膜間が狭くなる箇所があり、これを転座接触点といいます。
機能: タンパク質やその他の物質がミトコンドリアに出入りするためのチャネル
4.マトリックス
成分:①酵素(酸回路、脂肪酸酸化、アミノ酸分解、タンパク質合成などを触媒)
独立した遺伝子システム
②二本鎖環状DNA(ミトコンドリアに特有)
③リボソーム
5.素粒子
内膜(尖塔を含む)の内面には内腔から突き出た多数の粒子が付着しており、ミトコンドリア1個あたりの粒子数は104~105個程度です。
頭部には酵素活性があり、ADP のリン酸化を触媒して ATP を生成できます。
ATP シンターゼ複合体 (ATP シンターゼ複合体)、FoFiATP シンターゼとも呼ばれます。
2. ミトコンドリアの化学組成
1. タンパク質:ミトコンドリアの主成分で約65%~70%を占め、主に内膜やマトリックスに分布しています。
2. 脂質: ミトコンドリアの乾燥重量の 25% ~ 30% を占め、そのほとんどはリン脂質です。
3. その他: DNA と完全な遺伝子システム、さまざまな補酵素 (CoQ、FMN、FAD、NAD など)、ビタミン、さまざまな無機イオンが含まれています。
3. ミトコンドリアの遺伝システム(理解する)
(1) ミトコンドリアDNA
1. 位置: ミトコンドリアのマトリックス内、またはミトコンドリアの内膜に付着しています。
2. 量: ミトコンドリアには 1 ~ 数個の mtDNA 分子が存在することが多く、平均は 5 ~ 10 個です。
3. ゲノム構造:
①フォーム
②長さ 16568bp
③ヒストンを含まない
④Hチェーン、Lチェーン
⑤イントロンがない
⑥複写・転記
⑦コドン
4. コーディング製品: 少数。ミトコンドリア tRNA、rRNA、および一部のミトコンドリア タンパク質。
(2)ミトコンドリアの複製(わかる)
mtDNA の複製は原核細胞、D ループ複製に似ています。
軽鎖は重鎖よりも遅く複製します
重鎖の合成方向は時計回りであり、軽鎖の合成方向は反時計回りである。
複製は細胞周期の影響を受けず、細胞周期の定常期や間期を超えて、細胞周期全体に分散することさえできます。
サブトピック
4. ミトコンドリアおよび核にコードされたタンパク質の輸送
(1) 核にコードされたタンパク質のミトコンドリアマトリックスへの輸送
1. 核にコードされたタンパク質がミトコンドリアに入る場合、シグナル配列が必要です。
2. 前駆体タンパク質はミトコンドリアの外側で折り畳まれていない状態で残ります。
3. 分子運動によって生成される力は、ポリペプチド鎖がミトコンドリア膜を通過するのを助けます
4. 活性タンパク質を形成するには、ポリペプチド鎖がミトコンドリアマトリックス内で折り畳まれる必要があります。
(2) 核にコードされたタンパク質のミトコンドリアの他の部分への輸送
5. ミトコンドリアの起源
現在一般的に受け入れられている仮説である内部共生理論では、ミトコンドリアは初期の細菌の一部に由来し、最初は古代の嫌気性真核細胞と共生し、最終的には真核細胞の一部になった可能性があると考えられています。
6. ミトコンドリアの融合と分裂
(1) ミトコンドリアは分裂によって増殖する
(2) mtDNA は新しいミトコンドリアにランダムかつ不均一に分布する
有糸分裂と減数分裂の間、新しく合成された mtDNA 分子は娘ミトコンドリアにランダムに分布し、娘ミトコンドリアは娘細胞にランダムに分布します。したがって、娘細胞は異なる割合の変異型 mtDNA 分子を持ちます。
(3) ミトコンドリアの融合はミトコンドリアの相互協力を促進する。
7. ミトコンドリアの機能
1. 酸化的リン酸化:ミトコンドリア内の栄養素の酸化とリン酸化との共役による ATP 生成は、ミトコンドリアの主な機能です。
2. Ca2 の取り込みと放出: ミトコンドリアと小胞体が連携して細胞質内の Ca2 濃度を調節します。
3. 細胞死に関与する: ミトコンドリアが細胞死の開始点である場合もあれば、ミトコンドリアが細胞死の単なる「経路」である場合もあります。
セクション 2 細胞呼吸とエネルギー変換
導入
1 分子のグルコースが直接完全に燃焼すると、約 2804kJ/mol のエネルギーが放出されます。これは、キャリア分子が捕捉できるエネルギーよりもはるかに大きくなります。 ATP 1 分子のエネルギーは約 31kJ/mol
水素伝達物質NADとNADHのサイクル
水素伝達物質FADとFADHのサイクル
細胞酸化/生物酸化/細胞呼吸
細胞酸化:細胞がOの関与によりさまざまな高分子物質を分解してCO2を生成し、放出されたエネルギーがATPに蓄えられる過程を生物酸化ともいいます。人間の呼吸に似ており、細胞呼吸としても知られています。
細胞が物質を酸化する際にADPのリン酸化反応が起こるため、酸化的リン酸化とも呼ばれます。
細胞酸化の基本プロセス
1.解糖系
グルコースは細胞質で分解されてピルビン酸を形成します
発生部位:細胞質
2 ATP、2 NADH の純生産量
好気的条件下では、最終的にミトコンドリアに入り酸化されます。
嫌気条件下での発酵能力
発酵は嫌気条件下で NAD を再生しながら ATP を生成します。
2. アセチルCoAの生成
ピルビン酸はミトコンドリアに入り、ミトコンドリアマトリックス内で分解されてアセチルCoAを生成します。
発生部位:ミトコンドリアマトリックス
1 NADH を生成
3. TCAサイクル
アセチルCoAは三酸サイクルを経て、そのすべてのCがCO2に酸化されます。
生産する
3 NADH
1 FADH2
1 ATP (GTP)
発生部位:ミトコンドリアマトリックス
ミトコンドリア内膜の透過性は小さく、分子量150を超える物質は通過できません。
4. 酸化的リン酸化と ATP 形成の共役
解糖、アセチル-CoA、および三硫酸回路によって生成される H には、H と e- が含まれます。
このうち、H は NADH と FADH によって捕捉され、呼吸鎖補酵素を介してミトコンドリア膜間腔に送り込まれます。
e-は呼吸鎖によって順次伝達され、伝達過程で自由エネルギーの差が生じ、これが補酵素によるポンプエネルギーとして利用されます。
最終的にはO2をH2Oに還元し、同時にグラナから大量のATPを合成します。
発生部位:ミトコンドリア内膜、グラナ
H 勾配はどのように形成されるのでしょうか?
H グラデーションは何をするのでしょうか?
5. 呼吸連鎖・電子伝達連鎖
呼吸鎖は、H と e- を可逆的に受け入れたり放出したりできる一連の酵素系であり、ミトコンドリア内膜上で連鎖的に配列されているため、呼吸鎖と呼ばれます。また、H と e- を移動できるため、電子伝達系とも呼ばれます。
1 呼吸鎖
2 「自由エネルギーの差」の観点から考えると、なぜ細胞は複数回の伝達を行う必要があるのでしょうか?
3 化学浸透圧カップリング仮説
化学浸透仮説では、酸化的リン酸化カップリングの基本原理は、電子移動の自由エネルギーの差によって H が膜を越えて移動し、ミトコンドリア内膜を横切る電気化学的プロトン勾配に変換されるというものです。プロトンは勾配に沿って逆流してエネルギーを放出し、内膜に結合した ATP 合成酵素を駆動して ADP のリン酸化を触媒して ATP を合成します。
4グラナ
ATP合成酵素としても知られ、キノコのような形をしており、F型プロトンポンプに属します。
球状F1(ヘッド)
メンブレンに埋め込まれたF0(塩基)
5 ATP 合成酵素の作用機構: 結合アロステリー
セクション 3 ミトコンドリアと病気
1. 病気の過程におけるミトコンドリアの変化
ミトコンドリアは外部環境要因の変化に非常に敏感であり、一部の環境要因の影響はミトコンドリア機能の異常を直接引き起こす可能性があります。
ミトコンドリアの酸化的リン酸化能力は加齢とともに低下します
2. mtDNAの変異と病気
ミトコンドリアの構造と機能の欠陥が病気の主な原因である病気は、多くの場合ミトコンドリア病と呼ばれます。
ミトコンドリア病は主に神経系と筋肉系に影響を与えます。
3. ミトコンドリアの異常な融合および分裂に関連する疾患
4. ミトコンドリア病の治療
要約する
サブトピック