Crista - Crista
| Komórka biologiczna | |
|---|---|
| mitochondrium | |
Składniki typowego mitochondrium
3 lamele
4 Mitochondrialne DNA |
Crista ( / K R ɪ y t ə / ; mnogiej cristae ) jest składany w błonie wewnętrznej z mitochondrium . Nazwa pochodzi z łaciny od grzebienia lub pióropusza i nadaje wewnętrznej błonie charakterystyczny pomarszczony kształt, zapewniając dużą powierzchnię, na której mogą zachodzić reakcje chemiczne . Wspomaga to tlenowe oddychanie komórkowe , ponieważ mitochondrium wymaga tlenu . Cristae są wysadzane białkami , w tymSyntaza ATP i różne cytochromy .
Tło
Wraz z odkryciem dwubłonowej natury mitochondriów pionierzy mitochondrialnych badań ultrastrukturalnych zaproponowali różne modele organizacji wewnętrznej błony mitochondrialnej. Zaproponowano trzy modele:
- Model przegrody – według Palade (1953) wewnętrzna błona mitochondrialna jest poskręcana w sposób przypominający przegrodę z szerokimi otworami w kierunku przestrzeni wewnątrzkrystalicznej. Model ten wszedł do większości podręczników i przez długi czas był powszechnie wierzony.
- Model przegrody – Sjöstrand (1953) zasugerował, że arkusze błony wewnętrznej są rozciągnięte jak przegroda (liczba mnoga od przegrody ) przez macierz, dzieląc ją na kilka odrębnych przedziałów.
- Model złącza Crista – Daems i Wisse (1966) zaproponowali, że cristae są połączone z wewnętrzną błoną graniczną za pomocą struktur rurowych o raczej małych średnicach, zwanych złączami crista (CJ). W połowie lat 90. struktury te zostały ponownie odkryte przez tomografię EM, co doprowadziło do ustanowienia tego obecnie powszechnie akceptowanego modelu.
Nowsze badania (2019) wskazują na rzędy dimerów syntazy ATP (wcześniej znanych jako „cząstki elementarne” lub „oksysomy”) tworzące się na cristae. Te dimery zakrzywiające błonę mają wygięty kształt i mogą być pierwszym krokiem do tworzenia się kryształków. Znajdują się one u podstawy crista. Mitochondrialny kompleks białkowy układu organizowania grzebienia mitochondrialnego (MICOS) zajmuje złącze grzebienia. Białka takie jak OPA1 biorą udział w przebudowie cristae .
Crista są tradycyjnie sortowane według kształtów na cristae płytkowe, rurkowe i pęcherzykowe. Pojawiają się w różnych typach komórek. Dyskutuje się, czy te kształty powstają różnymi drogami.
Łańcuch transportu elektronów cristae
NADH jest utleniany przez enzym do jonów NAD + , H + i elektronów . FADH 2 jest również utleniany do jonów H + , elektronów i FAD . W miarę jak te elektrony przemieszczają się dalej przez łańcuch transportu elektronów w błonie wewnętrznej, energia jest stopniowo uwalniana i wykorzystywana do pompowania jonów wodorowych z rozszczepienia NADH i FADH 2 do przestrzeni między błoną wewnętrzną a błoną zewnętrzną (zwaną przestrzenią międzybłonową ), tworząc gradient elektrochemiczny .
Ten gradient elektrochemiczny wytwarza energię potencjalną (patrz energia potencjalna § chemiczna energia potencjalna ) w wewnętrznej błonie mitochondrialnej znanej jako siła napędowa protonów . W rezultacie dochodzi do chemiosmozy , a enzym syntaza ATP wytwarza ATP z ADP i grupy fosforanowej . To wykorzystuje energię potencjalną z gradientu stężenia utworzonego przez ilość jonów H + . Jony H + pasywnie przechodzą do macierzy mitochondrialnej przez syntazę ATP, a później pomagają ponownie tworzyć H 2 O (wodę).
Łańcuch transportu elektronów wymaga zmienny dopływ elektronów, w celu właściwego funkcjonowania i generowanie ATP. Jednak elektrony, które weszły do łańcucha transportu elektronów, w końcu utworzyłyby się jak samochody poruszające się po zablokowanej, jednokierunkowej ulicy. Elektrony te są ostatecznie akceptowane przez tlen (O 2 ). W rezultacie tworzą dwie cząsteczki wody (H 2 O). Przyjmując elektrony, tlen umożliwia dalsze funkcjonowanie łańcucha transportu elektronów. Łańcuch jest zorganizowany w membranie cristae lumen, czyli membranie wewnątrz złącza.
Elektrony z każdej cząsteczki NADH mogą tworzyć łącznie 3 ATP z ADP i grup fosforanowych poprzez łańcuch transportu elektronów, podczas gdy każda cząsteczka FADH 2 może wytworzyć łącznie 2 ATP.
W rezultacie 10 cząsteczek NADH (z glikolizy i cyklu Krebsa ) wraz z 2 cząsteczkami FADH 2 może utworzyć łącznie 34 ATP podczas oddychania tlenowego (z pojedynczego łańcucha transportu elektronów). Oznacza to, że w połączeniu z cyklem Krebsa i glikolizą wydajność łańcucha transportu elektronów wynosi około 65%, w porównaniu z wydajnością tylko 3,5% dla samej glikolizy.
Funkcjonować
Grzbiety znacznie zwiększają pole powierzchni błony wewnętrznej, na której mogą zachodzić wyżej wymienione reakcje. Powszechnie akceptowaną hipotezą dotyczącą funkcji cristae jest to, że duża powierzchnia pozwala na zwiększoną zdolność do generowania ATP. Jednak obecny model zakłada, że aktywne kompleksy syntazy ATP lokalizują się preferencyjnie w dimerach do wąskich krawędzi grzebieniastych. Tak więc powierzchnia błon mitochondrialnych przydzielona do syntezy ATP jest w rzeczywistości dość skromna.
Modelowanie matematyczne sugerowało, że właściwości optyczne grzebienia w mitochondriach nitkowatych mogą wpływać na generowanie i propagację światła w tkance.
Bibliografia
- ^ Griparic, L; van der Bliek, AM (sierpień 2003). „Wiele kształtów błon mitochondrialnych” . Ruch uliczny . 2 (4): 235–44. doi : 10.1034/j.1600-0854.2001.1r008.x . PMID 11285133 . S2CID 9500863 .
- ^ Sjostrand, F (3 stycznia 1953). „Systemy podwójnych błon w cytoplazmie niektórych komórek tkankowych”. Natura . 171 (4340): 31-32. doi : 10.1038/171031a0 . S2CID 6765607 .
- ^ Zick, M; Rabl, R; Reichert, AS (styczeń 2009). „Ultrastruktura i funkcja mitochondriów wiążąca tworzenie się Cristae” . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Badania nad komórkami molekularnymi . 1793 (1): 5-19. doi : 10.1016/j.bbamcr.2008.06.013 . PMID 186202004 .
- ^ Blum TB Hahn A Meier T Davies KM Kühlbrandt W (marzec 2019). „Dimery mitochondrialnej syntazy ATP wywołują krzywiznę błony i samoorganizują się w rzędy” . Materiały Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych Ameryki . 116 (10): 4250–4255. doi : 10.1073/pnas.1816556116 . PMC 6410833 . PMID 30760595 .
- ^ B Baker Nicole; Patel, Jeel; Khacho, Mireille (listopad 2019). „Łączenie dynamiki mitochondrialnej, przebudowy grzebienia i tworzenia superkompleksów: jak struktura mitochondrialna może regulować bioenergetykę” . Mitochondrium . 49 : 259–268. doi : 10.1016/j.mito.2019.06.003 . PMID 31207408 .
- ^ Hanaki M Tanaka K Kashima Y (1985). „Skaningowe badanie mikroskopowe elektronów na grzebieniu mitochondrialnym w korze nadnerczy szczura”. Czasopismo mikroskopii elektronowej . 34 (4): 373–380. PMID 3837809 .
- ^ Stephan, Do; Roesch, Axel; Riedla, Dietmara; Jakobs, Stefan (27 sierpnia 2019). „Nanoskopia żywych komórek STED w mitochondrialnych grzebieniach” . Raporty naukowe . 9 (1): 12419. Kod bib : 2019NatSR...912419S . doi : 10.1038/s41598-019-48838-2 . PMC 6712041 . PMID 31455826 .
- ^ Thar, R. i M. Kühl (2004). „Propagacja promieniowania elektromagnetycznego w mitochondriach?”. J.Theoretical Biology , 230 (2), 261-270. [1]