Mitochondrion

Dans la biologie de cellules de , un mitochondrion (mitochondries plurielles de ) est une organelle membrane-incluse trouvée en la plupart des cellules eucaryotiques du . Le mitochondrion de mot vient du μίτος grec de du ou des mitos , le χονδρίον fil + de ou le khondrion , granule de . Leur origine est peu claire, mais selon la théorie d'Endosymbiotic de , des mitochondries vraisemblablement sont descendues des bactéries antiques . Ces organelles s'étendent de 1&ndash ; 10 ; micromètres (μm) dans la taille. Des mitochondries sont parfois décrites comme " ; plants" cellulaire de puissance ; parce qu'elles produisent de la majeure partie de l'offre des cellules en triphosphate d'adénosine (triphosphate d'adénosine), utilisée comme source d'énergie chimique . En plus d'assurer l'énergie cellulaire, des mitochondries sont impliquées dans une gamme d'autres processus, tels que la signalisation , la différentiation cellulaire , la mort de cellules de , aussi bien que la commande du cycle de cellules de et de la croissance de cellules de . En conclusion, des mitochondries ont été impliquées dans plusieurs maladies humaines et peuvent jouer un rôle dans le processus de vieillissement de .

Plusieurs caractéristiques rendent des mitochondries uniques. Le nombre de mitochondries dans une cellule varie considérablement par l'organization et le type du tissu . Beaucoup de cellules ont seulement un mitochondrion simple, tandis que d'autres peuvent contenir plusieurs mille mitochondries. L'organelle est composée des compartiments qui effectuent des fonctions spécialisées. Ces compartiments ou régions incluent la membrane externe , l'espace d'Intermembrane de , la membrane intérieure , et le Cristae et la matrice . Chez l'homme, les mitochondries peuvent contenir environ 615 protéines distinctes selon le tissu d'origine. Bien que la majeure partie de l'ADN des cellules soit contenue au noyau de cellules de , le mitochondrion a son propre génome indépendant . De plus, sa similitude substantielle d'expositions d'ADN au bactérien caractéristiques des génomes de ces permettent au mitochondrion de jouer un rôle critique dans des processus cellulaires.

Structure

imagemap d'itochondrion

Un mitochondrion contient les membranes intérieures et externes composées de bilayers de phospholipide de et de rupture des protéines de ce " ; sieve" ; permet à des protéines dans l'espace d'intermembrane de couler dans le cytosol, menant à certaine mort de cellules.

L'espace d'Intermembrane

L'espace d'Intermembrane de est l'espace entre la membrane externe et la membrane intérieure. Puisque la membrane externe est librement perméable, l'espace d'intermembrane est chimiquement équivalent au Cytosol en ce qui concerne de petites molécules. Cardiolipin contient quatre acides gras plutôt que deux et peut aider à rendre la membrane intérieure imperméable. Dans des mitochondries typiques du foie , par exemple, la superficie, y compris des cristae, est les environ cinq temps qui de la membrane externe. Les mitochondries des cellules qui ont une plus grande demande de triphosphate d'adénosine, tel que des cellules de muscle, contiennent plus de cristae que les mitochondries typiques de foie. Les 13 peptides mitochondriques chez l'homme sont integrated dans la membrane mitochondrique intérieure, avec les protéines codée par les gènes qui résident au noyau du de la cellule hôte.

Organisation et distribution

Des mitochondries sont trouvées dans presque tous les Eukaryotes qu'elles varient en nombre et endroit selon le type de cellules. Les nombres substantiels des mitochondries sont dans le foie, avec environ 1000&ndash ; 2000 mitochondries par cellule composant le 1/5th du volume de cellules. L'évidence récente suggère le Vimentin , un des composants du cytosquelette, est la critique à l'association avec le cytosquelette.

Fonction

Le mitochondrion est bien connu pour que sa capacité produise le triphosphate d'adénosine et métabolisme cellulaire de réglementation de .

Pyruvate : le cycle d'acide citrique

voient également : Décarboxylation ,

pyruvate de du cycle d'acide citrique

Chaque molécule de pyruvate produite par glycolyse est le activement transporté à travers la membrane mitochondrique intérieure, et dans la matrice où c'est oxydé par et combiné avec le coenzyme A pour former CO₂, Acétyle-CoA et nadh . Le cycle d'acide citrique oxyde l'acétyle-CoA à l'anhydride carbonique, et, dans le processus, produit des cofacteurs réduits (trois molécules de nadh et une molécule de FADH₂ ) qui sont une source des électrons pour la chaîne de transport d'électron de , et une molécule du GTP (qu'est aisément converti en triphosphate d'adénosine).

À mesure que la concentration en proton augmente dans l'espace d'intermembrane, un gradient électrochimique fort est établi à travers la membrane intérieure. Les protons peuvent retourner à la matrice par le complexe du synthase de triphosphate d'adénosine de , et leur énergie potentielle est employée pour synthétiser le triphosphate d'adénosine d'ADP et de phosphate inorganique (P_i). qui a été attribué le prix 1978 Nobel de en chimie pour son travail. Plus tard, une partie du prix 1997 Nobel en chimie a été attribuée au Paul D. Boyer et au marcheur de John E. de pour leur clarification du mécanisme fonctionnant du synthase de triphosphate d'adénosine.

Production de chaleur

Dans certaines conditions, les protons peuvent réintroduire la matrice mitochondrique sans contribuer à la synthèse de triphosphate d'adénosine. Ce processus est connu en tant que la fuite de proton de ou désaccouplant mitochondrique et est dû à la diffusion facilitée par des protons dans la matrice. Le processus a comme conséquence l'énergie potentielle unharnessed du gradient électrochimique de proton étant libéré comme chaleur. Thermogenin est une protéine de 33k DA d'abord découverte en 1973. Thermogenin est principalement trouvé en tissu adipeux de Brown de , ou graisse de brun, et est responsable du thermogenesis de non-tremblement. Le tissu adipeux de Brown est trouvé dans les mammifères, et est à ses niveaux plus élevés dans la vie tôt et chez les animaux hibernating. Chez l'homme, le tissu adipeux de brun est présent à la naissance et diminue avec l'âge. En fait, leur capacité de rentrer rapidement le calcium pour le dégagement postérieur leur fait le " très bon ; buffers" cytosolique ; pour le calcium. Le calcium est pris dans la matrice par un de calcium Uniporter sur la membrane mitochondrique intérieure . Il est principalement conduit par le potentiel mitochondrique de membrane de .
Glutamate - dommages neuronaux négociés de du excitotoxic
Règlement cellulaire de prolifération
Règlement de cellulaire du métabolisme (voir également : Porphyrine ) de
Synthèse stéroïde du

Quelques fonctions mitochondriques sont remplies seulement dans les types spécifiques de cellules. Par exemple, les mitochondries en cellules de foie contiennent les enzymes qui leur permettent de détoxifier l'ammoniaque , des déchets de métabolisme de protéines. Une mutation dans les gènes réglant quelconque d'entre ces fonctions peut avoir comme conséquence les maladies mitochondriques

Origine

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la théorie d'Endosymbiotic de Les mitochondries ont beaucoup de dispositifs en commun avec les Prokaryotes qu'elles contiennent les ribosomes et l'ADN et sont formées seulement par la division d'autres mitochondries. En conséquence, elles sont censées pour être à l'origine dérivées des prokaryotes endosymbiotic du . Les études d'ADN mitochondrique , qui est souvent circulaire et utilise un code génétique variable, prouvent que leur ancêtre, le soi-disant proto-mitochondrion, était un membre du Proteobacteria . En particulier, le pre-mitochondrion a été probablement lié à la rickettsie . Cependant, la position exacte de l'ancêtre des mitochondries parmi l'alpha-proteobacteria demeure controversée. Le rapport d'Endosymbiotic des mitochondries avec leurs cellules hôtes a été popularisé par le Lynn Margulis . L'hypothèse endosymbiotic suggère que les mitochondries soient descendues des bactéries spécialisées (bactéries nonnes soufré probablement pourpres) qui a survécu de façon ou d'autre au Endocytosis par une autre cellule, et sont devenues incorporées au cytoplasme . La capacité des bactéries symbiant de conduire la respiration cellulaire en cellules hôtes qui s'étaient fondées sur la glycolyse et la fermentation aurait fourni un avantage évolutionnaire considérable. De même, les cellules hôtes avec les bactéries symbiotiques capables de la photosynthèse auraient également eu un avantage. L'incorporation des symbiotes pourrait avoir augmenté le nombre d'environnements dans lesquels les cellules pourraient survivre. Ce rapport symbiotique s'est probablement développé il y a 1. De l'évidence que les mitochondries ont leur origine des bactéries contraste que leurs ribosomes sont plutôt ceux des bactéries, taille du 70S , avec les ribosomes du 80S trouvés ailleurs dans la cellule.

Quelques groupes de mitochondries unicellulaires de manque d'eukaryotes : le Metamonads de Microsporidians et Archamoebae . Ces groupes sont évident comme eukaryotes les plus primitifs sur les arbres phylogénétiques construits using l'information du RRNA , proposant qu'ils soient apparus avant l'origine des mitochondries. Cependant, ceci est maintenant connu pour être un objet façonné de long &ndash de l'attraction de branche de ; ils sont apparemment les groupes dérivés et maintiennent des gènes ou des organelles dérivés des mitochondries (par exemple, Mitosomes et Hydrogenosomes . Il code 37 gènes : 13 pour les sous-unités de complexes respiratoires I, III, IV, et V, 22 pour le mitochondrique TRNA , et 2 pour le RRNA .

Comme dans les prokaryotes, il y a une proportion très élevée d'ADN de codage et d'une absence des répétitions. Les gènes mitochondriques sont la transcription en tant que transcriptions multigenic, qui sont fendues et polyadenylated par pour rapporter à mûr MRNAs non toutes les protéines nécessaires pour la fonction mitochondrique sont codés par le génome mitochondrique ; les la plupart sont codées par des gènes au noyau de cellules de et importées vers le mitochondrion. Le nombre exact de gènes codés par le noyau et le génome mitochondrique diffère entre les espèces. D'une façon générale, les génomes mitochondriques sont circulaires, bien que des exceptions aient été rapportées. Généralement, l'ADN mitochondrique manque des introns de même que le cas dans le génome mitochondrique humain. Ceci a été vu dans la levure et les Protists comprenant le discoideum de Dictyostelium .

Tandis que de légères variations sur le code standard avaient été prévues plus tôt, aucun n'a été découvert jusqu'en 1979 où les chercheurs étudiant les gènes mitochondriques humains ont découvert qu'ils ont employé un code alternatif. Beaucoup de légères variantes ont été découvertes puisque, y compris de divers codes mitochondriques alternatifs. De plus, les codons sont tous d'AUA, d'AUC, et d'AUU des codons non-sens permis.

Réplique et transmission

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mitochondrique du génome Les mitochondries replient leur ADN et se divisent principalement en réponse aux besoins énergétiques de la cellule. En d'autres termes, leur croissance et division n'est pas liée au cycle de cellules de . Quand les besoins énergétiques d'une cellule sont hauts, les mitochondries se développent et se divisent. Quand l'utilisation d'énergie est basse, des mitochondries sont détruites ou deviennent inactives. À la division cellulaire, des mitochondries sont distribuées aux cellules de fille essentiellement aléatoirement pendant la division du cytoplasme . Les mitochondries se divisent par la fission binaire semblable à la division cellulaire bactérienne ; à la différence des bactéries, cependant, les mitochondries peuvent également fondre avec d'autres mitochondries.

Des gènes mitochondriques ne sont pas hérités par le même mécanisme que les gènes nucléaires. À la fertilisation d'une cellule d'oeufs de par un sperme, le noyau et le noyau chacun d'oeufs de sperme contribuent également au maquillage génétique du noyau de Zygote . En revanche, les mitochondries, et donc l'ADN mitochondrique, vient habituellement de l'oeuf seulement. Les mitochondries du sperme entre dans l'oeuf mais ne contribue pas l'information génétique à l'embryon. Au lieu de cela, des mitochondries paternelles sont identifiées par le Ubiquitin pour les choisir pour la destruction postérieure à l'intérieur de l'embryon . La cellule d'oeufs contient relativement peu de mitochondries, mais c'est ces mitochondries qui survivent et se divisent pour peupler les cellules de l'organization adulte. Des mitochondries dans la plupart des cas sont donc héritées en bas de la ligne femelle, connue sous le nom de transmission maternelle . Ce mode est vu dans la plupart des organizations comprenant tous les animaux. Cependant, des mitochondries dans quelques espèces peuvent parfois être héritées paternellement. C'est la norme parmi les usines coniféres de certain bien que pas dans les arbres de pin et les arbres d'if de on lui ait également suggéré de se produire très à un de bas niveau chez l'homme.

La transmission d'Uniparental mène à peu d'occasion pour la recombinaison génétique entre différentes lignées des mitochondries, bien qu'un mitochondrion simple puisse contenir 2&ndash ; 10 copies de son ADN. Pour cette raison, l'ADN mitochondrique habituellement est considérée comme se reproduisant par la fission binaire . Quelle recombinaison place maintient l'intégrité génétique plutôt que la diversité de maintien. Cependant, il y a des études mettant en évidence la recombinaison en ADN mitochondrique. Les enzymes nécessaires pour la recombinaison sont clairement présentes en cellules mammifères. De plus, l'évidence suggère que les mitochondries animales puissent subir la recombinaison. Les données sont un peu plus controversées chez l'homme, bien que, l'évidence indirecte existe. Si la recombinaison ne se produit pas, l'ordre mitochondrique d'ADN de totalité représente un Haplotype simple , qui le rend utile pour étudier l'histoire évolutionnaire des populations.

Études génétiques de population

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mitochondrique humain de la génétique

La proche-absence de la recombinaison génétique en ADN mitochondrique lui fait une source de l'information utile pour des scientifiques impliqués dans la génétique de population et la biologie évolutionnaire . Puisque toute l'ADN mitochondrique est héritée en tant qu'une unité simple, ou Haplotype , les rapports entre l'ADN mitochondrique de différents individus peuvent être représentés comme arbre de gène de . Des modèles dans ces arbres de gène peuvent être employés pour impliquer l'histoire évolutionnaire des populations. L'exemple classique de ceci est dans la génétique évolutionnaire humaine, où l'horloge moléculaire peut être utilisée pour fournir une date récente pour le Eve mitochondrique . Ceci est souvent interprété comme soutien important pour un humain moderne récent d'expansion hors de l'Afrique . Un autre exemple humain est l'ordonnancement de l'ADN mitochondrique des os de Néanderthal du . La distance évolutionnaire relativement grande entre les ordres mitochondriques d'ADN des Neanderthals et les humains vivants a été interprétée comme évidence faute de croisement entre les Neanderthals et les humains anatomiquement modernes.

Cependant, l'ADN mitochondrique reflète l'histoire des femelles seulement dans une population, et ainsi peut ne pas représenter l'histoire de la population dans son ensemble. Ceci peut être partiellement surmonté en employant des ordres génétiques patrilinéaires, tels que la région de non-recombinaison du Y-chromosome . Cependant, la recombinaison génétique signifie qu'il peut être difficiles analyser ces études.

Dysfonctionnement et maladie

Les maladies mitochondriques

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mitochondrique de la maladie

Avec leur endroit central dans le métabolisme de cellules, les dommages et le dysfonctionnement dans des mitochondries sont un facteur important dans un éventail des maladies humaines. Les désordres mitochondriques souvent actuels en tant que désordres neurologiques mais peuvent se manifester comme Myopathy , diabète , manifestations endocrinopathy et ou une série d'autres systémiques multiples. Les maladies provoquées par mutation dans le mtDNA incluent le syndrome de Kearns-Sayre de , le syndrome du MELAS et la neuropathie optique héréditaire de Leber de . Dans la grande majorité de cas, ces maladies sont communiquées par une femelle à ses enfants, car le Zygote dérive ses mitochondries et par conséquent son mtDNA de l'ovule. Les maladies telles que le syndrome de Kearns-Sayre de , le syndrome de Pearson, et l'ophthalmoplegia externe progressif sont vraisemblablement dues aux remises en ordre à grande échelle de mtDNA, alors que d'autres maladies telles que le syndrome du MELAS, la neuropathie optique héréditaire de Leber de , l'épilepsie myoclonique avec les fibres rouges loqueteuses (MERRF) et d'autres sont dues aux mutations ponctuelles dans le mtDNA. Ces maladies sont héritées dans un rapport de dominance de , comme s'applique à la plupart des autres maladies génétiques. Une série de désordres peuvent être causés des mutations nucléaires des enzymes de phosphorylation oxydante, telles que l'insuffisance et le syndrome du coenzyme Q10 de Barth de .

D'autres maladies pas directement liées aux enzymes mitochondriques peuvent comporter le dysfonctionnement des mitochondries. Celles-ci incluent la schizophrénie , le désordre bipolaire , la démence , la maladie d'Alzheimer , le :maladie de Parkinson, l'épilepsie , la course , la maladie cardio-vasculaire , le pigmentosa de Retinitis de , et le diabète mellitus de . Le fil commun liant ces conditions apparemment indépendantes est des dommages cellulaires causant à l'effort oxydant et l'accumulation des espèces réactives de l'oxygène de . Ces oxydants endommagent alors l'ADN mitochondrique, ayant pour résultat la mort mitochondrique de dysfonctionnement et de cellules. On pense un cycle vicieux pour se produire pendant que l'effort oxydant mène aux mutations mitochondriques d'ADN, qui peuvent mener aux anomalies enzymatiques et davantage à d'effort oxydant. Un certain nombre de changements se produisent aux mitochondries pendant le processus de vieillissement. Les tissus de vieux patients montrent une diminution de l'activité enzymatique des protéines de la chaîne respiratoire. Les grandes suppressions dans le génome mitochondrique peuvent mener aux niveaux élevés de l'effort oxydant et de la mort neuronale dans le :maladie de Parkinson . Les liens présumés entre le vieillissement et l'effort oxydant ne sont pas nouveaux et ont été proposés sur il y a 50 ans ; cependant, il y a beaucoup de discussion si les changements mitochondriques sont des causes du vieillissement ou simplement des caractéristiques du vieillissement. Une étude notable chez les souris n'a démontré aucune augmentation des espèces réactives de l'oxygène en dépit d'augmenter des mutations mitochondriques d'ADN, suggérant que le processus de vieillissement ne soit pas dû à l'effort oxydant. En conséquence, les rapports exacts entre des mitochondries, de l'effort oxydant, et du vieillissement n'ont pas été encore arrangés.

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