ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11. Βιοενεργητική & Μεταβολισµός: Μιτοχόνδρια, Χλωροπλάστες & Υπεροξειδιοσώµατα. Μέρος A

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 Βιοενεργητική & Μεταβολισµός: Μιτοχόνδρια, Χλωροπλάστες & Υπεροξειδιοσώµατα Μέρος A

2 ΠΕΡΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Α. Η λειτουργία απλών µηχανών εξαρτάται από ενέργεια: - κίνηση αυτοκινήτου= βενζίνη / πετρέλαιο - θέρµανση χειµώνα= πετρέλαιο - λειτουργία computer = ηλεκτρική ενέργεια Β. Το κύτταρο: µία πολυ-αυτο-συναρµολογούµενη εξαιρετικά σύνθετη µηχανή και η δοµή, λειτουργία & εξέλιξη της βασίζεται στην ενέργεια από ΑΤΡ ΠΩΣ ΕΓΙΝΕ & ΓΙΝΕΤΑΙ Η ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΒΙΩΣΗ & ΑΝΑΠΤΥΞΗ? 1. Αρχικά µε αναερόβια ζύµωση: αρχέγονων ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ µορίων ή τροφών (ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ) ATP 2. Μηχανισµός µεταφοράς e- (ΣΕ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ) Φωτεινή ενέργεια Φωτοσύνθεση ΦΥΤΙΚΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ Αερόβια αναπνοή ΧΡΗΣΗ Ο 2 ΖΩΪΚΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ATP ATP

3 ΤΑ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΑΠΟΚΤΟΥΝ ΑΤΡ µε 2 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥΣ Α. Χωρίς µεµβράνες: η γλυκόλυση στο ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ Η γλυκόλυση Η γλυκόλυση στο κυτταρόπλασµα Α1. Το ATP είναι το κύριο ενεργειακό «νόµισµα» (τριφωσφορική αδενοσίνη) 3X φωσφορικές οµάδες 2 NADH Α2. Η γλυκόλυση παράγει: 2 µόρια πυροσταφυλικού & καθαρό ενεργειακό κέρδος 2 µορίων ATP Άρα: παράγει χαµηλά επίπεδα ενέργειας σε ΑΤΡ

4 Β. Μέσω ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ στα ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ Ο δια-µεµβρανικός µηχανισµός παραγωγής ενέργειας ATP, ΑΠΑΙΤΕΙ: 1. ηλεκτρόνια (e-) υψηλής ενέργειας (από οξείδωση τροφών) 2. αλυσίδα φορέων µεταφοράς e- (ενσωµατωµένη στη µιτοχονδριακή µεµβράνη) 3. πρωτόνια Η + (από το Η 2 Ο) 4. µία πρωτονιακή αντλία 5. µία συνθάση ATP ή ένζυµο σύνθεσης ATP Ο Διαµεµβρανικός µηχανισµός παράγει µόρια ATP

5 ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ & ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ - Ανακαλύφθηκαν από τον Robert Altman & o όρος µιτοχόνδριο προέρχεται από τα Ελληνικά: µίτος (κλωστή) + χόνδρος (κοκκίο, κόκκος) - Μιτοχόνδρια υπάρχουν σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα: φυτά & ζώα, αλλά - Μιτοχόνδρια ΔΕΝ υπάρχουν στα αερόβια βακτήρια Ποιά είναι η σπουδαιότητα των µιτοχονδρίων? 1. Στις µιτοχονδριακές µεµβράνες συντίθεται το µεγαλύτερο ποσοστό ATP ενός κυττάρου 2. Χωρίς µιτοχόνδρια η κυτταρική ανάπτυξη & επιβίωση θα ήταν εξαιρετικά δύσκολη 3. Στα µιτοχόνδρια γίνεται η ολοκλήρωση οξείδωσης γλυκόζης ή η ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ, που παράγει µόρια ΑΤΡ

6 Τα ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ: Βασικά χαρακτηριστικά 1. Παίζουν καθοριστικό ρόλο στην παραγωγή ενέργειας 2. Παράγουν ενέργεια από τον µεταβολισµό υδατανθράκων & λιπών 3. Η ενέργεια παράγεται µέσω οξειδωτικής φωσφορυλίωσης που αποθηκεύεται ως ΑΤΡ 4. Οι περισσότερες πρωτεϊνες τους µεταφράζονται σε κυτταροπλασµατικά ριβοσώµατα 5. Σε αντίθεση µε άλλα κυτταροπλασµατικά οργανίδια, διαθέτουν δικό τους DNA 6. Το DNA τους κωδικοποιεί: για µεταφορικό trna και ριβοσωµατικό rrna 7. Δοµικά συγκροτούνται: από πυρηνικές αλλά και µιτοχονδριακές πρωτεϊνες 8. Επειδή διαθέτουν δικό τους DNA και µπορούν να αναπαράγονται ανεξάρτητα από τη διαίρεση του κυττάρου είναι ΗΜΙ-ΑΥΤΟΝΟΜΑ οργανίδια

7 ΟΡΓΑΝΩΣΗ & ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ - Ι Ι. Σχηµατική αναπαράσταση ΙΙ. Φωτογραφία µικροσκοπίου Δοµικά αποτελούνται από ένα σύστηµα 2 µεµβρανών: µία εξωτερική και µία εσωτερική, που σχηµατίζει αναδιπλώσεις (cristae) και τον εσωτερικό χώρο το στρώµα

8 ΟΡΓΑΝΩΣΗ & ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ - ΙΙ - Κάθε µιτοχονδριακό διαµέρισµα έχει διακριτό ρόλο: 1.1 Το ΣΤΡΩΜΑ: είναι το σηµαντικότερο τµήµα του µιτοχονδρίου - Περιέχει το Γενετικό σύστηµα (µιτοχονδριακό DNA) & τα ένζυµα του οξειδωτικού µεταβολισµού ΚΥΤΤΑΡΟΔΙΑΛΥΜΑ Ο µεταβολισµός στο Στρώµα - Τα λιπαρά οξέα & το πυροσταφυλικό οξύ εισάγονται στο στρώµα από το κυτταροδιάλυµα -Μετατρέπονται σε ακετυλο-coa που οξειδώνεται σε CO 2 µέσω του κύκλου του κιτρικού οξέος, ή κύκλου Krebs παράγοντας τα ενεργειακά µόρια NADH & FADH 2

9 Ο κύκλος του κιτρικού οξέος ή κύκλος του Krebs Σηµαντικές Διεργασίες 1. Αναγωγή 3Χ NAD + & 1Χ FAD Παραγωγή 2Χ CO 2 Ενδιάµεσοι µεταβολίτες του κύκλου Krebs και Παραγωγή NADH, FADH 2 & CO 2

10 ΣΥΝΟΛΙΚΑ: 1.2. Στο Στρώµα: επιτελείται η οξείδωση του Ακετυλο-CoA : α. προς CO 2 & β. αναγωγή των NAD + & FAD + σε NADH και FADH 2: ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ενέργειας & επανοξείδωση των NADH & FADH 2 σε NAD & FAD, παράγοντας ATP: ΠΑΡΑΓΩΓΗ ενέργειας Ο µεταβολισµός στο Στρώµα

11 ΟΡΓΑΝΩΣΗ & ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ-ΙΙΙ 2. Η ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ: παραγωγή της ενέργειας - Τα e- υψηλής ενέργειας από την επανοξείδωση των NADH και FADH2 µεταφέρονται στο Ο2 µέσω της εσωτερικής µεµβράνης - Η µεταφορά e- αποθηκεύεται ως διαβάθµιση Η+ εκατέρωθεν της µεµβράνης - Το µεγάλο ποσοστό µεταφοράς e- εξασφαλίζεται από την ΜΕΓΑΛΗ ΕΚΤΑΣΗ της επιφάνειας των µιτοχονδριακών αναδιπλώσεων (cristae), που υπάρχουν cristae Αναδιπλώσεις (cristae)

12 Ο µηχανισµός παραγωγής ATP στην ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Πρώτο ΣΤΑΔΙΟ: Οξείδωση Δεύτερο ΣΤΑΔΙΟ: Φωσφορυλίωση πολλά Η+ αντλία πρωτονίων Συνθάση ATP εσωτερική διλιπιδική στοιβάδα αφαίρεση Η+ από Η 2 Ο 2 λίγα Η+ Αντίδραση παραγωγής ATP (φωσφορυλίωση ADP) Τα χαρακτηριστικά της Εσωτερικής Μιτοχονδριακής Μεµβράνης: 1. αποτελείται κατά 70% από πρωτεϊνες που συµµετέχουν στην οξειδωτική φωσφορυλίωση 2. ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΔΙΑΠΕΡΑΤΗ από πολλά ιόντα και µικρά µόρια 3. Αντιπροσωπεύει την ΚΥΡΙΑ ΘΕΣΗ παραγωγής ενέργειας ATP 4. Φέρει την αντλία πρωτονίων και την συνθάση ΑΤΡ

13 ΟΡΓΑΝΩΣΗ & ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ-ΙV 3. Η ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ: 1. Είναι υψηλά διαπερατή από µικρά µόρια, µέσω διάχυσης 2. Η διαπερατότητά της εξασφαλίζεται από τους διαύλους ΠΟΡΙΝΗΣ 3. Από τις πορίνες διέρχονται µόρια < Da (1kDa) 4. ΔΙΑΜΕΜΒΡΑΝΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ: έχει την ίδια σύσταση µε το κυτταροδιάλυµα * Ο µόνος ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΣ ΦΡΑΓΜΟΣ διέλευσης µικρών µορίων είναι η ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

14 Η σηµαντικότητα των µιτοχονδρίων: η θέση & ο αριθµός τους - Ι - Αποτελούν τη κύρια πηγή ενέργειας για τη λειτουργία & βιωσιµότητα των κυττάρων - Δεν είναι στατικά: συνεχώς συνενώνονται & διαιρούνται - Μπορεί να βρίσκονται και σε συγκεκριµµένες θέσεις ιδιαίτερης ανάγκης σε ενέργεια - Ο αριθµός τους µπορεί να αυξάνεται ανάλογα µε τις ανάγκες του οργανισµού π.χ: α. στα σκελετικά µυϊκά κύτταρα, 5-10 φορές (Πύρρος Δήµας, Ολυµπιονίκης) β. σε συνάψεις νευρικών κυττάρων γ. µε ασκήσεις στα Γυµναστήρια ή τρέξιµο

15 Η θέση και ο αριθµός των µιτοχονδρίων-ιι - Βρίσκονται στο κυτταρόπλασµα - Ευθυγραµµίζονται µε το κυτταροσκελετό των µικροσωληνίσκων χρώση ροδαµίνης-123 (µιτοχόνδρια) Χρώση/αντίσωµα α-τουµπουλίνης (κυτταροσκελετός) - Ο αριθµός τους ποικίλει ανάλογα µε το κυτταρικό τύπο π.χ: ωοκύτταρο αµφιβίων =10x10 6 αµοιβάδα Chaos = ηπατοκύτταρο ανθρώπου = (1/5 του όγκου του)

16 Μέρος B

17 Τα µιτοχόνδρια πολλαπλασιάζονται - I Το Πείραµα του David Luck Neurospora crassa (κόκκινη ζύµη) α. παροδική στέρηση χολίνης (δοµικό συστατικό µεµβρανών) β. προσθήκη Ν 15 -χολίνης για 24h (ΣΗΜΑΝΣΗ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ) Αποµόνωση µιτοχονδρίων 1ης γενεάς & έστω: Α cpm/100 µιτοχόνδρια *cpm=counts per minute (µονάδα µέτρησης ραδιενέργειας) Αποµόνωση µιτοχονδρίων 2ης γενεάς. Βρήκε Α/2 cpm/100 µιτοχόνδρια Αποµόνωση µιτοχονδρίων 3ης γενεάς. Βρήκε Α/4 cpm/100 µιτοχόνδρια ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ: τα µιτοχόνδρια δεν συντίθενται de novo αλλά πολλαπλασιάζονται από προϋπάρχοντα

18 Τα µιτοχόνδρια πολλαπλασιάζονται - ΙΙ Τα χαρακτηριστικά του πολλαπλασιασµού των µιτοχονδρίων Α. Διαιρούνται κατά την κυτταρική διαίρεση αλλά και στη µεσόφαση (µεταξύ 2 διαιρέσεων) * Άρα: οι διαιρέσεις κυττάρου και µιτοχονδρίου: είναι ανεξάρτητες Β. Επιλέγονται προς διαίρεση, τυχαία µιτοχόνδρια * Άρα: άλλα δεν πολλαπλασιάζονται ενώ άλλα πολλαπλασιάζονται περισσότερο

19 ΠΟΙΑ ΕΙΝΑΙ Η ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ? πρώϊµο αναερόβιο ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ ΑΕΡΟΒΙΟ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟ αναερόβιο ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟ χωρίς ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ 1ο γεγονός ΣΥΜΒΙΩΣΗ των 2Χ ΚΥΤΤΑΡΩΝ 2ο γεγονός ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΓΟΝΙΔΙΩΝ Εως ΣΗΜΕΡΑ ΣΗΜΕΡΙΝΟ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ *Γεγονότα που συνέβησαν πρίν ~1Χ10 9 χρόνια

20 ΣΥΝΟΛΙΚΑ: Ποιά είναι η ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ? - Πιστεύεται ότι η εξέλιξη των Ευκαρυωτών βασίσθηκε στα ΥΠΟΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΟΡΓΑΝΙΔΙΑ - ΤΑ ΟΡΓΑΝΙΔΙΑ προέκυψαν µε ΕΝΔΟΣΥΜΒΙΩΣΗ: ενός κυττάρου µέσα στο άλλο αποτελώντας εξέλιξη προκαρυωτικών στο εσωτερικό πρόγονων ευκαρυωτών -Τα µιτοχόνδρια & χλωροπλάστες: προήλθαν από βακτήρια, µέσα σε µεγαλύτερα κύτταρα OI ΙΣΧΥΡΕΣ ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ είναι: 1. έχουν παρόµοιο µέγεθος µε τα βακτήρια 2. αναπαράγονται µε διαίρεση όπως τα βακτήρια 3. έχουν δικό τους DNA µε δυναµικό διαίρεσης όπως τα βακτήρια 4. το DNA τους αναδιπλασιάζεται όταν διαιρείται το οργανίδιο 5. τα γονίδιά τους µεταγράφονται & µεταφράζονται στα δικά τους ριβοσώµατα δηλ. έχουν γενετικά συστήµατα διαφορετικά του πυρηνικού γονιδιώµατος 6. Τα Ριβοσώµατα & το Ριβοσωµικό RNA τους µοιάζουν µε εκείνο των βακτηριακών και όχι του πυρήνα

21 ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ - I ΤΑ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ: 1. Προήλθαν εξελικτικά από βακτήρια που παρήγαγαν ΟΞΥΓΟΝΟ διαµορφώνοντας την σηµερινή ατµόσφαιρα σε 21% οξυγόνο 2. Τα πρωτόγονα ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ κύτταρα «ΚΑΤΑΒΡΟΧΘΗΣΑΝ» τα αερόβια βακτήρια που εξελίχθηκαν σε ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ: φαινόµενο ΕΝΔΟΣΥΜΒΙΩΣΗΣ 3. Η επιτυχής συµβίωση ευκαρυωτικών & βακτηρίων διατηρείται ΜΕΧΡΙ ΣΗΜΕΡΑ 4. Έχουν δικό τους Γενετικό Σύστηµα: αυτόνοµο & διακριτό από το πυρηνικό γονιδίωµα (είναι ηµι-αυτόνοµα οργανίδια) * ΓΕΝΙΚΑ: Τo γονιδίωµα των µιτοχονδρίων είναι µικρό και οµοιάζει πολύ µε εκείνο των α-πρωτεοβακτηρίων (Rickettsia prowazekii) που είναι ενδοκυτταρικά παράσιτα

22 ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ - II - Tα µιτοχονδριακά γονιδιώµατα: α. είναι ΚΥΚΛΙΚΑ µόρια DNA σε πολλά αντίγραφα και µοιάζουν µε το βακτηριακό DNA β. είναι µικρά: άνθρωπος & ζωϊκοί οργανισµοί έχουν ~16Kb & ζυµοµύκητες ~80 Kb Οργανισµός Μέγεθος Αριθµός πρωτεϊνών Πρωτόζωο Reclinomonas americana 69 Kb 67 Φυτό Arabidopsis thaliana 367 Kb 31 Πρώτιστο Plasmodium falsiparum 6 Kb 3 Άνθρωπος (Homo sapiens) 16 Kb 13 γ. οι κωδικοποιούµενες πρωτεϊνες είναι συστατικά της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης δ. οι υπόλοιπες µιτοχονδριακές πρωτεϊνες κωδικοποιούνται από πυρηνικά γονίδια που µεταφέρθηκαν στο ΠΥΡΗΝΑ από το αρχέγονο µιτοχονδριακό DNA

23 ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΟΥ - ΙΙΙ Tο µιτοχονδριακό γονιδίωµα του ανθρώπου κωδικοποιεί για: Α. 13 πρωτείνες που συµµετέχουν: α. στην αλυσίδα µεταφοράς e- & β. οξειδωτική φωσφορυλίωση : στα σύµπλοκα Ι ΙΙΙ ΙV V Β. 2 µόρια rrna: 16S και 12S Γ. 22 µόρια trna µετάφρασης µιτοχονδριακών πρωτεϊνών ( *= µεταφερόµενο αµινοξύ ) Βρόγχος D έναρξης αντιγραφής DNA & Θέσεις: µεταγραφικών υποκινητών * Στις µιτοχονδριακές πρωτεϊνες ΔΕΝ χρησιµοποιούνται πυρηνικά κυτταρικά trna

24 ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΟΥ - ΙV Tο µιτοχονδριακό γονιδίωµα έχει ιδιαίτερο γενετικό κώδικα ως προς τον Παγκόσµιο χρήση αµινοξέος στάση µετάφρασης διαφορετικά αµινοξέα α. η µετάφραση του Παγκόσµιου Κώδικα απαιτεί τουλάχιστον 30 trna για 20 αµινοξέα β. το µιτοχονδριακό γονιδίωµα κωδικοποιεί 22 trna: τα µόνα που χρησιµοποιούνται γ. φαινόµενα ταλάντωσης επιτρέπουν µετάφραση των µιτοχονδριακών mrna: *δηλ. η βάση U του αντικωδικονίου του trna σχηµατίζει ζεύγος µε οποιαδήποτε από τις 4 βάσεις στη τρίτη θέση του κωδικονίου του mrna και αναγνώριση 4 κωδικονίων από ένα µόνο trna. Έτσι, τα 22 trna µεταφέρουν περισσότερα αµινοξέα

25 ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ των ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑΚΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ: -Τα µιτοχόνδρια των θηλαστικών περιέχουν µόνο πρωτεϊνες ή ~5% των πρωτεϊνών που κωδικοποιούνται, συνολικά, από το πυρήνα -Το 50% των µιτοχονδριακών πρωτεϊνών δεν είναι ταυτοποιηµένες -Μιτοχόνδρια διαφορετικών ιστών έχουν διαφορετικές πρωτεϊνες & ποσοστό <50% είναι κοινές σε όλους τους ιστούς -Οι πρωτεϊνικές αυτές διαφορές ίσως οφείλονται σε ιστοειδικές λειτουργίες των µιτοχονδρίων Π.χ. σύνθεση στεροειδών στα επινεφρίδια, βιοσύνθεση της αίµης του µυελού οστών, συµβολή στο Σχήµα, Αριθµό των/κύτταρο & στη µιτοχονδριακή Κληρονοµικότητα

26 ΤΑ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ ΕΧΟΥΝ ΜΗΤΡΙΚΗ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΣΤΗΝ ΖΥΜΗ (Ευκαρυώτης) Ζυγωτό Απόγονοι µε συνδυασµό µιτοχονδρίων ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ Ζυγωτό Γονιµοποίηση αποκοπή µαστιγίου Απόγονα κύτταρα ΜΟΝΟ µε µητρικά µιτοχόνδρια * Η φυλογενετική ανάλυση θηλυκών µπορεί να ανιχνεύσει την «ανθρώπινη µιτοχονδριακή Εύα»

27 Μοριακή Ιατρική: ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ & ΑΝΘΡΩΠΙΝΕΣ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ - Ι - Οι µεταλλάξεις µιτοχονδριακού DNA µπορεί να είναι δυσλειτουργικές για το οργανίδιο αλλά και το κύτταρο, αφού συνδέεται άµεσα µε ενέργεια - Τέτοιες µεταλλάξεις σε ωοκύτταρα συνδέονται µε Γενετικές Ασθένειες σε απογόνους ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ 1. Μεταλλάξεις σε γονίδιο trna, συνδέονται µε παχυσαρκία & σακχαρώδη διαβήτη 2. Η Μυοκλωνική επιληψία & νόσος των Κόκκινων Μυϊκών ινών (MERRF) ΣΥΜΠΤΩΜΑΤΑ: τύφλωση, επιληψία ή/& άνοια & µυϊκή αδυναµία, καρδιακά προβλήµατα Αιτία: µετάλλαξη trna σύνθεσης πρωτεινών για µεταφορά e- Πρωτείνες µε αδυναµία µεταφοράς e- Άρα νευρικά κύτταρα Αδυναµία σύνθεσης ATP σε: καρδιακά κύτταρα υψηλές απαιτήσεις ATP

28 Μοριακή Ιατρική: ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ & ΑΝΘΡΩΠΙΝΕΣ ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ - ΙI 3. Η γήρανση ίσως είναι αποτέλεσµα συσσώρευσης µιτοχονδριακών µεταλλάξεων 4. Η κληρονοµική οπτική νευροπάθεια LHON: Leber s Hereditary Optic Neuropathy 1. είναι καθαρά µιτοχονδριακή ασθένεια 3. εκφυλίζει το οπτικό νεύρο & προκαλεί τύφλωση 4. ηλικία εµφάνισης: έτη 5. τα αρσενικά άτοµα προσβάλλονται συχνότερα 6. δεν είναι φυλοσύνδετη ασθένεια αφού τα αρσενικά δεν µεταδίδουν την ασθένεια στους απογόνους 7. κληρονοµείται πάντα από την µητέρα Τα χαρακτηριστικά της LHON 2. συνδέεται µε µεταλλάξεις των µιτοχονδριακών πρωτεϊνών της αλυσίδας µεταφοράς e- 8. η κληρονοµικότητά της είναι κυτταροπλασµατική (µιτοχόνδρια) και όχι πυρηνική

29 Η Μοριακή & Κυτταρική Βάση της LHON - I - Για την ασθένεια: ΕΥΘΥΝΟΝΤΑΙ / ΣΥΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ: 5 µεταλλάξεις που µειώνουν την ικανότητα των µιτοχονδρίων για οξειδωτική φωσφορυλίωση & παραγωγή ΑΤΡ - 1 µετάλλαξη στο σύµπλοκο ΙΙΙ (Cyt b) - 4 µεταλλάξεις στο σύµπλοκο Ι (αφυδρογονάση του NADPH)

30 Η Μοριακή & Κυτταρική Βάση της LHON - II -Οι 5 µεταλλάξεις µειώνουν την µιτοχονδριακή ικανότητα παραγωγής ATP -Οι µεγαλύτερες επιπτώσεις αφορούν ιστούς µε µεγαλύτερη ανάγκη για ATP όπως το οπτικό νεύρο και ο εγκέφαλος. Εποµένως, η ασθένεια δεν είναι συστηµική αφού αφορά συγκεκριµµένα όργανα -Οι µεταλλαγές LHON δεν οδηγούν πάντοτε σε εκδήλωση της ασθένειας. Αυτό οφείλεται στο λόγο: µεταλλαγµένα / φυσιολογικά µιτοχόνδρια, σε ένα κύτταρο. Π.χ. µόνο 50% ατόµων µε µεταλλάξεις εκδηλώνουν την ασθένεια - Η ανάλυση αριθµού 1-5 µεταλλάξεων πιστοποιεί στην διάγνωση της νόσου - Μία προσέγγιση στη αντιµετώπιση της νόσου είναι η Γονιδιακή Θεραπεία στοχεύοντας: α. την ενσωµάτωση ενός φυσιολογικού αλληλόµορφου στο πυρηνικό γονιδίωµα, & β. µε προσθήκη σήµατος που θα οδηγεί το προϊόν στο µιτοχόνδριο αντικαθιστώντας τη µεταλλαγµένη πρωτεϊνη