Galeria de mapas mentais Capítulo Seis Conversão de Energia entre Mitocôndrias e Células
O mapa mental "Mitocôndrias e conversão de energia das células" de Biologia Celular é super detalhado, incluindo mitocôndrias, respiração celular e conversão de energia, mitocôndrias e doenças, etc.
Editado em 2023-11-14 22:03:10Il s'agit d'une carte mentale sur les anévrismes intracrâniens, avec le contenu principal, notamment: le congé, l'évaluation d'admission, les mesures infirmières, les mesures de traitement, les examens auxiliaires, les manifestations cliniques et les définitions.
Il s'agit d'une carte mentale sur l'entretien de comptabilité des coûts, le principal contenu comprend: 5. Liste des questions d'entrevue recommandées, 4. Compétences de base pour améliorer le taux de réussite, 3. Questions professionnelles, 2. Questions et réponses de simulation de scénarios, 1. Questions et réponses de capacité professionnelle.
Il s'agit d'une carte mentale sur les méthodes de recherche de la littérature, et son contenu principal comprend: 5. Méthode complète, 4. Méthode de traçabilité, 3. Méthode de vérification des points, 2. Méthode de recherche inversée, 1. Méthode de recherche durable.
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Capítulo Seis: Conversão de Energia entre Mitocôndrias e Células
Seção 1 Mitocôndrias
1. Forma, quantidade e estrutura
1. Forma, quantidade
①Formulário:
Diferentes tipos ou diferentes estados fisiológicos
Ambiente hipotônico: inchaço como bolhas
Ambiente hipertônico: alongado em uma forma linear
Diferentes estágios de desenvolvimento celular
Estágio inicial: em forma de bastão curto
Estágio final: formato de haste longa
②Quantidade: Dependendo do tipo de células
2. Ultraestrutura das mitocôndrias
①Membrana adventícia
②Íntima
Estrutura espacial
Cavidade interna (cavidade estromal)
Espaço externo (espaço intermembrana)
crista
cavidade intercraniana
espaço intracraniano
③Ponto de contato de inversão
Estruturas temporárias para transporte de substâncias para as mitocôndrias
translocon íntimo
translocon de membrana externa
④Matriz
local do metabolismo oxidativo
⑤Grana
A essência química é ATP sintase
Também conhecida como ATP sintase ou ATP e complexo enzimático
2. Composição química
1. Proteína
proteína solúvel
proteína insolúvel
2. Lipídios
Principalmente fosfolipídios
3. Outros
Muitos sistemas enzimáticos
enzima marcadora
Íntima: Citocromo oxidase
Membrana externa: oxidase monoamônica
Substrato: malato desidrogenase
Espaço intermembrana: adenilato quinase
3. Sistema genético
1. DNA mitocondrial
Características
Parte da existência
quantidade
produto de codificação
Estrutura do genoma
2. Transcrição de genes mitocondriais
Transcrever
Promotor
A transcrição do genoma mitocondrial começa a partir de dois promotores principais, o promotor da cadeia pesada (HSP) e o promotor da cadeia leve (LSP). Fatores de transcrição ligam-se a ele e iniciam a transcrição sob a ação da mtRNA polimerase.
processo de transcrição
A transcrição dos genes mitocondriais é semelhante à transcrição dos procariontes, ou seja, é produzida uma sequência policistrônica, incluindo mRNA e tRNA.
A cadeia pesada forma duas transcrições primárias
Transcrição primária I - tRNAphe, tRNAval, 12S rRNA e 16S rRNA
Transcrição primária II – mRNA e tRNA
Síntese de mRNA
Não contém íntrons e poucas regiões não traduzidas
A senha inicial é AUG (ou AUA) e a senha final é UAA
A extremidade 3' possui uma cauda poliA e a extremidade 5' não possui estrutura cap para processamento de mRNA nuclear.
tradução de proteínas
Traduzido dentro das mitocôndrias e nos ribossomos mitocondriais
As proteínas que constituem os ribossomos mitocondriais são transportadas do citoplasma para a mitocôndria
Todos os tRNAs usados na síntese de proteínas são codificados pelo mtDNA
3. Replicação do DNA mitocondrial
Copiar recursos
A replicação do DNA é semelhante à das células procarióticas
origem da replicação
Uma origem de replicação da cadeia pesada: controlando a auto-replicação da cadeia pesada
Uma origem de replicação de cadeia leve: controlando a auto-replicação de cadeia leve
A cadeia leve se replica mais tarde que a cadeia pesada
A direção de síntese da cadeia pesada é no sentido horário
A direção de síntese das cadeias leves é anti-horária
A replicação não é afetada pelo ciclo celular, pode transcender a fase estacionária ou interfase do ciclo celular e pode até ser distribuída ao longo do ciclo celular.
4. Transporte de proteínas codificadas
Transporte de proteínas codificadas nuclearmente para a matriz mitocondrial🌟
Existem aproximadamente 1.000 produtos gênicos nas mitocôndrias, dos quais apenas 37 são codificados pelo genoma mitocondrial, enquanto o restante é codificado pelo núcleo.
Características
Proteínas precursoras são sintetizadas no citoplasma
Sinais de transporte mitocondrial (MTS, etc.)
O translocon da membrana externa e o translocon da membrana interna cooperam para entrar na mitocôndria através do ponto de contato de translocação
Consumir energia
Assistência de acompanhante molecular
Existem processos de desdobramento e redobramento de proteínas
Condições necessárias
1. É necessária uma sequência de sinal para que as proteínas codificadas nuclearmente entrem nas mitocôndrias.
2. A proteína precursora permanece desdobrada fora das mitocôndrias
processo de transporte
3. A energia gerada pelo movimento molecular auxilia a cadeia polipeptídica a passar através da membrana mitocondrial
Redobrar
4. A cadeia polipeptídica precisa ser redobrada dentro da matriz mitocondrial para formar uma proteína ativa.
Transporte de proteínas codificadas nuclearmente para outras partes da mitocôndria
Resumir
Sequências de sinal são necessárias para que proteínas codificadas nuclearmente entrem nas mitocôndrias
Proteínas precursoras se desdobram fora das mitocôndrias
Cadeia polipeptídica atravessa a membrana mitocondrial
Cadeias polipeptídicas se redobram dentro das mitocôndrias
5. Origem
O sistema genético das mitocôndrias é semelhante ao das bactérias
A síntese de proteínas mitocondriais é semelhante à das bactérias
Teoria da endossimbiose (hipótese de não simbiose)
6. Divisão e Fusão
A fusão mitocondrial é um processo mediado por uma série de proteínas relacionadas
Como as mitocôndrias têm uma estrutura de membrana dupla, a fusão e fissão das mitocôndrias requerem a participação conjunta das membranas interna e externa e requerem mediação e regulação precisas por uma série de moléculas de proteínas.
FZO1 / Mfns medeia a fusão da membrana externa mitocondrial
Mgm1 / OPA1 medeia a fusão da membrana interna mitocondrial
As mitocôndrias se multiplicam por divisão
Atualmente, acredita-se geralmente que a biogênese mitocondrial é completada através da divisão das mitocôndrias originais.
Três formas de divisão mitocondrial:
divisão emergente
divisão de contração
divisão septal
As mitocôndrias não são igualmente divididas. Dentro da mesma mitocôndria podem existir diferentes tipos de mtDNA, distribuídos aleatoriamente em novas mitocôndrias.
Por outro lado, a divisão mitocondrial também é afetada pela divisão celular.
O processo de fissão mitocondrial também é mediado por uma série de proteínas
O mtDNA é distribuído aleatoriamente e desigualmente em novas mitocôndrias
√Na mesma mitocôndria, pode haver diferentes tipos de mtDNA, nomeadamente mtDNA de tipo selvagem e mutante. Durante a divisão, o mtDNA do tipo selvagem e mutante se separam e são distribuídos aleatoriamente em novas mitocôndrias.
√Na mesma célula, pode haver mitocôndrias com diferentes mtDNA, nomeadamente mitocôndrias de tipo selvagem e mutantes. Ao dividir, eles são atribuídos aleatoriamente a novas células.
herança materna
Uma mãe passa seu mtDNA para filhos e filhas, mas somente as filhas podem passar seu mtDNA para a próxima geração.
7. Função
🌟Compreendendo a natureza semiautônoma das mitocôndrias
Tenha um sistema genético independente
Razões para semiautônoma
Embora as mitocôndrias também possam sintetizar proteínas, a sua capacidade de síntese é limitada. Entre as mais de 1.000 proteínas existentes nas mitocôndrias, apenas uma dúzia é sintetizada por si só. Proteínas ribossômicas mitocondriais, aminoacil-tRNA sintetases e muitas proteínas estruturais são todas codificadas por genes nucleares. Depois de serem sintetizadas no citoplasma, são direcionadas e transportadas para as mitocôndrias. Portanto, as mitocôndrias são chamadas de organelas semiautônomas.
Seção 2 Respiração celular e conversão de energia
respiração celular
Características
①Essencialmente, é uma série de reações redox catalisadas por enzimas nas mitocôndrias.
②A energia gerada é armazenada nas ligações fosfato de alta energia do ATP
③Todo o processo de reação é realizado de forma distribuída e a energia também é liberada gradativamente.
④A reação é realizada a uma temperatura constante de 37°C e pressão constante.
⑤O processo de reação requer a participação de H₂O
A energia produzida pela respiração celular é armazenada na molécula de conversão de energia celular ATP
1.ATP é um composto de fosfato de alta energia
2. Durante a respiração celular, a energia liberada pode ser prontamente armazenada nas ligações fosfato de alta energia do ATP através da fosforilação do ADP como reserva.
3. Quando as células necessitam de energia para realizar diversas atividades, elas podem ser desfosforiladas e quebrar uma ligação fosfato de alta energia para liberar energia para atender às necessidades do corpo.
A energia transportada no ATP provém da oxidação de açúcares, aminoácidos, ácidos graxos, etc. A oxidação dessas substâncias é o pré-requisito para a conversão de energia.
Da glicólise à formação de ATP é um processo extremamente complexo dividido em três etapas:
Glicólise – citoplasma
Ciclo do ácido tricarboxílico (TAC) - mitocôndrias
Fosforilação oxidativa - mitocôndrias
Glicólise da glicose no citoplasma
A glicose é decomposta em piruvato no citoplasma através da glicólise
Descarboxilação oxidativa do piruvato na matriz mitocondrial em acetil CoA
O ciclo do ácido tricarboxílico na matriz mitocondrial
Fosforilação oxidativa acoplada à formação de ATP
(1) A cadeia respiratória e o complexo ATP sintase são a base estrutural da fosforilação oxidativa
1. cadeia respiratória
As enzimas e coenzimas que participam da cadeia respiratória estão dispostas na membrana interna das mitocôndrias em uma determinada ordem para transferir hidrogênio e elétrons, por isso também é chamada de cadeia de transporte de elétrons.
(2) Acoplamento de fosforilação oxidativa
<Complexo ATP sintase>
É uma grana esférica fixada na superfície interna da membrana mitocondrial interna (incluindo cristas).
É um dispositivo chave que utiliza a energia liberada durante a transferência de elétrons na cadeia respiratória para fosforilar o ADP e gerar ATP.
Sua essência química é o complexo ATP sintase, também conhecido como FoF, ATP sintase.
(3) Mecanismo de acoplamento - hipótese de osmose química
A hipótese do acoplamento quimiosmótico acredita que o princípio básico do acoplamento da fosforilação oxidativa
A diferença de energia livre no transporte de elétrons faz com que o H+ seja transportado através da membrana, que é convertido em um gradiente eletroquímico de prótons através da membrana mitocondrial interna. Os prótons fluem de volta ao gradiente e liberam energia, conduzindo a ATP sintase ligada à membrana interna para catalisar a fosforilação do ADP para sintetizar ATP.
NADH ou FADH2 fornece um par de elétrons, que passam pela cadeia de transporte de elétrons e são finalmente aceitos pelo O2;
A cadeia transportadora de elétrons também funciona como uma bomba de H+, e o processo de transferência de elétrons é acompanhado pela transferência de H+ da matriz mitocondrial para a cavidade intermembrana;
A membrana mitocondrial interna é impermeável a H + e OH, portanto, à medida que o processo de transferência de elétrons prossegue, o H + se acumula na cavidade intermembranar, causando uma diferença na concentração de prótons em ambos os lados da membrana interna, mantendo assim uma certa diferença de energia potencial;
O H + na cavidade intermembrana tende a retornar à matriz ao longo do gradiente de concentração e pode passar pelo complexo ATP sintase F com a ajuda da energia potencial. Os canais de prótons nas mitocôndrias penetram na matriz mitocondrial e a energia livre liberada impulsiona a ATP sintase para sintetizar ATP.
Enfatize a integridade da estrutura da membrana mitocondrial: o H não pode passar livremente pela membrana, um potencial dinâmico de prótons é formado em ambos os lados da membrana interna e a oxidação é acoplada à fosforilação.
Reações Químicas Dirigidas
Orientação de transferência de elétrons x
H ⁺Mover Orientação
A reação de síntese de ATP também é direcional
Seção 3 Mitocôndrias e Doenças
Alterações mitocondriais durante a doença
Mutações e doenças do mtDNA
Doenças com defeitos estruturais e funcionais mitocondriais como causa principal são frequentemente chamadas de distúrbios mitocondriais.
As doenças mitocondriais são um grupo de doenças multissistêmicas. Como o sistema nervoso central e os músculos esqueléticos são mais dependentes de energia, os sintomas clínicos são caracterizados por lesões no sistema nervoso central e nos músculos esqueléticos.
A encefalomiopatia mitocondrial (EM) é um grupo de doenças multissistêmicas raras que envolvem principalmente o cérebro e os músculos, causadas por anormalidades na estrutura e/ou função mitocondrial.
As principais manifestações de lesão muscular são extrema intolerância à fadiga nos músculos esqueléticos, e as principais manifestações do sistema nervoso incluem oftalmoplegia externa, acidente vascular cerebral, epilepsia recorrente, mioclonia, enxaqueca, ataxia, deficiência intelectual e neuropatia óptica. intolerância aos músculos esqueléticos. As manifestações podem incluir bloqueio cardíaco, cardiomiopatia, diabetes, insuficiência renal, pseudo-obstrução intestinal e baixa estatura.
Patogênese: mutação mtDNA8344G → nível geral de síntese proteica mitocondrial ↓ → conteúdo reduzido de componentes de fosforilação oxidativa diferentes do complexo II (especialmente conteúdo reduzido de complexos enzimáticos da cadeia respiratória I e IV).
A encefalomiopatia mitocondrial pode ser dividida em várias categorias de acordo com as diferentes síndromes clínicas:
Síndrome MELAS (encefalomiopatia mitocondrial com acidemia láctica e síndrome de episódios semelhantes a acidente vascular cerebral), os sintomas incluem vários graus de comprometimento cognitivo e doença de Alzheimer, acidose láctica, acidente vascular cerebral, ataque isquêmico transitório, surdez, distúrbios motores, declínio de peso.
Síndrome MERRF (crises mioclônicas com fibras vermelhas irregulares), os sintomas incluem epilepsia mioclônica progressiva, baixa estatura e acúmulo de aglomerados mitocondriais doentes no sarcolema das fibras musculares.
A síndrome KSS (síndrome da oftalmoplegia externa progressiva), às vezes também um subtipo de encefalomiopatia mitocondrial, inclui retinite pigmentosa, bloqueio cardíaco e oftalmoplegia externa.
Neuropatia óptica hereditária de Leber (LHON)
É uma doença hereditária materna de degeneração do nervo óptico. A maioria dos pacientes é do sexo masculino e a doença geralmente ocorre entre 15 e 35 anos. As principais manifestações clínicas são perda de visão aguda ou subaguda e indolor em ambos os olhos, simultânea ou sucessivamente, que pode ser acompanhada por perda do campo visual central e da cor. deficiência visual. A gravidade da deficiência visual varia muito, variando de completamente normal, leve, moderada a grave.
O principal defeito bioquímico do LHON é a deficiência do complexo I, e a anormalidade genética é uma mutação de translocação na posição 11778 do mtDNA. Além disso, foram relatadas mutações pontuais 14484 e 3460.
Oftalmoplegia externa progressiva crônica (CPEO)
É uma doença rara do movimento ocular. É uma doença crônica, progressiva e bilateral. Começa com ptose, desenvolve gradualmente distúrbios do movimento ocular e, finalmente, o globo ocular fica imóvel. As causas incluem traumas, toxinas, degeneração, doenças genéticas e tumores.
Síndrome de Leigh
Também conhecida como encefalomielopatia necrosante subaguda, é um distúrbio metabólico congênito causado pela perda de subunidades da cadeia respiratória. É uma encefalomiopatia mitocondrial. Geralmente começa entre fevereiro e 6 anos e morre em semanas ou meses. A grande maioria das crianças morre antes dos 2 anos de idade.
As manifestações clínicas mais características daqueles com início na infância incluem: anomalias intermitentes do ritmo respiratório, oftalmoplegia externa, nistagmo, ataxia e deficiência audiovisual, enquanto aqueles com início na primeira infância apresentam manifestações mais proeminentes de miastenia. A maioria das crianças terá acidose láctica grave.
Doenças relacionadas à fusão e fissão mitocondrial anormal
Tratamento de doenças mitocondriais
terapias complementares
Escolha a terapia
terapia de genes