Kυτταρική Bιολογία. Μιτοχόνδρια & Χλωροπλάστες - Τα Ενεργειακά Κέντρα των Ευκαρυωτικών Κυττάρων ΔIAΛEΞΕΙΣ 24 & 25 (27 /5/2016)

Transcript

1 Kυτταρική Bιολογία ΔIAΛEΞΕΙΣ 24 & 25 (27 /5/2016) Μιτοχόνδρια & Χλωροπλάστες - Τα Ενεργειακά Κέντρα των Ευκαρυωτικών Κυττάρων

2 Τα κύρια σημεία των διαλέξεων 24 & 25 Αποικοδόμηση & οξείδωση μακρομορίων, βιολογικές οξειδώσεις & παραγωγή ενέργειας Το μιτοχόνδριο και η μορφολογία του Αναπνευστική αλυσίδα & χημειωσμωτική μετατροπή της ενέργειας οξείδωσης σε ΑΤΡ Χλωροπλάστες & η μορφολογία των πλαστιδίων Λειτουργική σημασία των Χλωροπλαστών-Φωτοσύνθεση Το γένωμα & η βιογένεση των μιτοχονδρίων & πλαστιδίων

3 Παραγωγή της ενέργειας του κυττάρου με διάσπαση των τροφών

4 Γλυκόλυση & παραγωγή του ακέτυλο-coa Γλυκόλυση Παραγωγή ακέτυλο-coa από πυροσταφυλικό ένα μόριο γλυκόζης BHMA 1 BHMA 2 ενεργειακή επένδυση για μελλοντικές αποδόσεις 8 τριμερή της αναγωγάσηςτρανσακετυλάσης του λιποαμιδίου +6 διμερή της αφυδρογονάσης του διϋδρολιποϊκού +12 διμερή της αποκαρβοξυλάσης του πυροσταφυλικού BHMA 3 1, 6- διφωσφορική φρουκτόζη 2 μόρια 3-φωσφορικής γλυκεριναλδεΰδης BHMA 4 BHMA 5 BHMA 6 ένα σακχάρο με έξι άτομα άνθρακα αποικοδομείται σε παραγωγή του ακέτυλο-coa δύο σάκχαρα των τριών ατόμων άνθρακα πυροσταφυλικό BHMA 7 BHMA 8 BHMA 9 BHMA 10 παραγωγή ενέργειας ακετυλο CoA 2 μόρια πυροσταφυλικού ΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΥ ΚΑΤΑΛΥΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΑ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΓΙΝΟΝΤΑΙ ΣΤΟ ΣΤΡΩΜΑ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ

5 Oξείδωση των λιπαρών οξέων και παραγωγή του ακέτυλο-coa λιπαρό οξύ υδρογονανθρακική ουρά λιποσταγονίδιο λιπο-ακυλο CoA βραχύτερο κατά δύο άτομα άνθρακα επανάληψη του κυκλου... υδρογονανθρακική ουρά ακετυλο CoA υδρογονανθρακική ουρά υδρογονανθρακική ουρά εστερικός δεσμός

6 Tο ακέτυλο-coa που παράγεται απο τον καταβολισμό των τροφών συντίθεται στα μιτοχόνδρια σάκχαρα & πολυσακχαρίτες σάκχαρα γλυκόζη πυροσταφυλικό πυροσταφυλικό ακετυλο-coa λίπη λιπαρά οξέα λιπαρά οξέα ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΟ πλασματική μεμβράνη ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ

7 Xρησιμοποίηση του ακέτυλο-coa στον κύκλο του κιτρικού οξέος ακετυλο CoA οξαλοξικό BHMA 1 BHMA 2 κιτρικό BHMA 8 BHMA 3 BHMA 7 BHMA 4 BHMA 6 BHMA 5 ΚΑΘΑΡΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ: ΚΑΘΕ ΚΥΚΛΟΣ ΠΑΡΑΓΕΙ ΤΡΙΑ NADPH, ΕΝΑ GTP ΚΑΙ ΕΝΑ FADH2, ΕΝΩ ΑΠΕΛΕΘΕΡΩΝΕΙ ΔΥΟ ΜΟΡΙΑ CO 2

8 Σύζευξη μεταξύ της μεταφοράς ηλεκτρονίων και της βαθμίδωσης H + Ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας Μεμβρανική πρωτεΐνη Τοπολογικά, σε ποιό μεμβρανικό διαμέρισμα του κυττάρου (και σε ποιά μεμβράνη ακριβώς) λαμβάνει χώρα το φαινόμενο της σύξευξης των ηλεκτρονίων με τη βαθμίδωση του ph; Μεμβράνη Ηλεκτρόνιο χαμηλής ενέργειας

9 H δομή των μιτοχονδρίων Εξωτερική μεμβράνη Ακρολοφίες (cristae) Εξωτερική μεμβράνη Ακρολοφίες (cristae) Εσωτερική μεμβράνη Στρώμα Εσωτερική μεμβράνη Στρώμα

10 Tοποθέτηση των μιτοχονδρίων σε θέσεις μεγάλης κατανάλωσης ενέργειας μιτοχόνδρια Συσταλτική συσκευή Μυοκαρδιακό κύτταρο πυρήνας του μαστιγίου μυοϊνίδιο ουρά σπερματοζωαρίου

11 Mιτοχονδριακές αντιδράσεις παραγωγής ενέργειας εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη ATP συνθάση Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ΕΞΩ ΜΕΣΑ κύκλος του κιτρικού οξέος ΕΞΩ ακετυλο-coa πυροσταφυλικό λιπαρά οξέα πυροσταφυλικό λιπαρά οξέα ΜΟΡΙΑ ΤΗΣ ΤΡΟΦΗΣ ΑΠΟ ΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ

12 H μεταφορά των ηλεκτρονίων στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη δημιουργεί βαθμίδωση [H + ] ΔΙΑΜΕΜΒΡΑΝΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ κυτόχρωμα C εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη ΣΤΡΩΜΑ ουβικινόνη σύμπλοκο της αφυδρογονάσης του NADH σύμπλοκο των κυτοχρωμάτων b-c1 σύμπλοκο της οξειδάσης του κυτοχρώματος

13 Mοντέλο λειτουργίας μιας αντλίας πρωτονίων ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Γ (χαμηλή συγγένεια για Η + ) απελευθέρωση πρωτονίου ενέργεια της πρωτεϊνικής διαμόρφωσης ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Α (υψηλή συγγένεια για Η + ) ενεργειακή σύζευξη ΕΞΩΤΕΡΙΚ Ο ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ χαμηλή ΕΛΑΤΩΣΗ ΣΤΗ ΣΥΓΓΕΝΕΙΑ ΓΙΑ Η + (υψηλή ->χαμηλή) ΑΥΞΗΣΗ ΣΤΗ ΣΥΓΓΕΝΕΙΑ ΓΙΑ Η + (χαμηλή -> υψηλή) ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Α (υψηλή συγγένεια για Η + ) ΕΠΟΜΕΝΟΣ ΚΥΚΛΟΣ πρόσληψη πρωτονίου πρόσληψη πρωτονίου ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Β (υψηλή συγγένεια για Η + )

14 Hλεκτροχημική βαθμίδωση των πρωτονίων στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων ΔΙΑΜΕΜΒΡΑΝΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη Πρωτονιοκινητική δύναμη οφειλόμενη στο ΣΤΡΩΜΑ δυναμικό της μεμβράνης ΔΙΑΜΕΜΒΡΑΝΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη Πρωτονιοκινητική δύναμη οφειλόμενη στη ΣΤΡΩΜΑ βαθμίδωση της συγκέντρωσης Η +

15 Σύζευξη καταβολισμού άνθρακα, βαθμίδωσης [H + ] & παραγωγής ATP στα μιτοχόνδρια εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη ATP συνθάση Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ΕΞΩ ΜΕΣΑ κύκλος του κιτρικού οξέος ΕΞΩ ακετυλο-coa πυροσταφυλικό λιπαρά οξέα πυροσταφυλικό λιπαρά οξέα ΜΟΡΙΑ ΤΗΣ ΤΡΟΦΗΣ ΑΠΟ ΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ

16 Oξειδωτική φωσφορυλίωση ATP συνθάση ΣΤΡΩΜΑ αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων εσωτερική μεμβράνη εξωτερική μεμβράνη

17 Σύξευξη της κατεύθυνσης μεταφοράς των πρωτονίων με τη σύνθεση του ATP εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη ΣΤΡΩΜΑ Σύνθεση ATP Υδρόλυση ATP

18 H δομή της συνθάσης του ATP ΔΙΑΜΕΜΒΡΑΝΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ διαμεμβρανικός μεταφορέας Η + εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη ΣΤΡΩΜΑ F1 ATPαση

19 H λειτουργία της συνθάσης του ATP

20 Hλεκτροχημικές βαθμιδώσεις [H + ] προωθούν και διαδικασίες ενεργού μεταφοράς Η βαθμίδωση του δυναμικού προωθεί την ανταλλαγή ADP-ATP εξωτερική μεμβράνη εσωτερική μεμβράνη ΣΤΡΩΜΑ Η βαθμίδωση του ph προωθεί την εισαγωγή του πυροσταφυλικού πυροσταφυλικό - πυροσταφυλικό - Η βαθμίδωση του ph προωθεί την εισαγωγή των φωσφορικών

21 Oι χλωροπλάστες και η δομή τους ΧΛΩΡΟΠΛΑΣΤΗΣ ΦΥΛΛΟ στρώμα ΚΟΚΚΙΟ ανώτερη επιδερμίδα κοκκίο κατώτερη επιδερμίδα εξωτερική μεμβράνη θυλακοειδής μεμβράνη εσωτερική μεμβράνη θυλακοειδής χώρος διαμεμβρανικός χώρος

22 Hλεκτρονικές μικροφωτογραφίες χλωροπλαστών θυλακοειδή κοκκία χώρος αέρα πυρήνας κενοτόπιο κυτταρικό τοίχωμα κυτταρικό τοίχωμα κυτταρόπλασμα χλωροπλάστης μιτοχόνδριο περίβλημα χλωροπλάστη περίβλημα χλωροπλάστη άμυλο θυλακοειδές λιπίδιο κοκκία κυτταρικό τοίχωμα

23 Σύγκριση μιτοχονδρίων & χλωροπλαστών ακρολοφίες εσωτερική μεμβράνη εξωτερική μεμβράνη διαμεμβρανικός χώρος στρώμα στρώμα θυλακοειδής χώρος ριβοσωμάτια θυλακοειδής μεμβράνη ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΟ ΧΛΩΡΟΠΛΑΣΤΗΣ

24 Tα προϊόντα των αντιδράσεων καθήλωσης άνθρακα στους χλωροπλάστες χρησιμοποιούνται στα μιτοχόνδρια για παραγωγή ATP ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ ΧΛΩΡΟΠΛΑΣΤΗΣ φωτοσυνθετικές αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων στη θυλακοειδή μεμβράνη αντιδράσεις καθήλωσης άνθρακα στο στρώμα σάκχαρα & πολυσακχαρίτες λίπη σάκχαρα γλυκόζη πυροσταφυλικό πυροσταφυλικό ακετυλο-coa λιπαρά οξέα λιπαρά οξέα ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΟ πλασματική μεμβράνη ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ σάκχαρα, αμινοξέα & λιπαρά οξέα

25 H χλωροφύλλη & η κεραία ενός φωτοσυστήματος σύμπλοκο κεραίας ΦΩΣ Μόρια χλωροφύλλης στο σύμπλοκο της κεραίας υδρόφοβη ουρά θυλακοειδής χώρος θυλακοειδής μεμβράνη ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας στρώμα Ειδικό σύμπλοκο μορίων χλωροφύλλης στο κέντρο αντίδρασης κέντρο αντίδρασης ΧΛΩΡΟΦΥΛΛΗ

26 Συλλογή φωτεινής ενέργειας από τη χλωροφύλλη του κέντρου αντίδρασης φωτεινή ενέργεια διεγερμένο μόριο χλωροφύλλης με ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας δέκτης ηλεκτρονίων οξειδωμένη χλωροφύλλη ανηγμένος δέκτης ηλεκτρονίων οξειδωμένος δότης ηλεκτρονίων ανηγμένος δέκτης ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας ηλεκτρόνιο χαμηλής ενέργειας στη χλωροφύλλη ΔΙΕΓΕΡΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ ΣΤΗ ΧΛΩΡΟΦΥΛΛΗ ΤΟΥ ΚΕΝΤΡΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ μόρια χλωροφύλλης του κέντρου αντίδρασης σε κατάσταση ηρεμίας ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ηλεκτρόνιο χαμηλής ενέργειας ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ ΠΟΥ ΠΑΡΑΛΗΦΘΗΚΕ ΑΠΟ ΤΟ ΝΕΡΟ ΠΡΟΣΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΙΟΥ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΛΥΣΙΔΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ

27 H ροή των ηλεκτρονίων στη θυλακοειδή μεμβράνη κατά τη φωτοσύνθεση ΦΩΣ ΦΩΣ σύμπλοκο κεραίας ΣΤΡΩΜΑ θυλακοειδής μεμβράνη ένζυμο που διασπά νερό πλαστοκινόνη πλαστοκυανίνη φερρεδοξίνη Η μετακίνηση των ηλεκτρονίων στη φορά της ηλεκτροχημικής βαθμίδωσης τους παράγει ATP ΘΥΛΑΚΟΕΙΔΗΣ ΧΩΡΟΣ φωτοσύστημα ΙΙ σύμπλοκο κυτοχρώματος b6-f φωτοσύστημα Ι αναγωγάση NADPH

28 Χημειωσμωτική παραγωγή ATP στους χλωροπλάστες και στα μιτοχόνδρια

29 H αρχική αντίδραση καθήλωσης του διοξειδίου του άνθρακα διοξείδιο του άνθρακα 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη ενδιάμεσο προϊόν δύο μόρια 3-φωσφογλυκερινικού

30 O κύκλος του Calvin τρία μόρια τρία μόρια 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη έξι μόρια 3-φωσφογλυκερινικό 5-φωσφορική ριβουλόζη τρία μόρια έξι μόρια 1,3-διφωσφογλυκερινικό πέντε μόρια 3-φωσφορική γλυκεριναλδεΰδη έξι μόρια 3-φωσφορική γλυκεριναλδεΰδη Από τη δέσμευση τριών μορίων CO 2 αποδίδεται τελικά ένα μόριο 3 φωσφορικής γλυκεριναλδεΰδης με συνολική δαπάνη εννέα μορίων ATP και έξι μορίων NADPH. ένα μόριο 3-φωσφορική γλυκεριναλδεΰδη ΣΑΚΧΑΡΑ, ΛΙΠΑΡΑ ΟΞΕΑ, ΑΜΙΝΟΞΕΑ

31 Bιογένεση των χλωροπλαστών πρώιμο ευκαρυωτικό κύτταρο πρώιμο ευκαρυωτικό κύτταρο με δυνατότητα φωτοσύνθεσης χλωροπλάστες φωτοσυνθετικό βακτήριο

32 Σας Ευχαριστώ για την Προσοχή σας & Καλή επιτυχία στις εξετάσεις