Mitochondrien und Chloroplasten PDF

Preview

Summary

Zusammenfassung der Folien aus der Vorlesung "Mitochondrien und Chloroplasten" BP01 Biologie der Zellen und Gewebe...

Description

Chloroplasten und Mitochondrien - Entwicklung der eukaryotischen Zellen ging einher mit der Entstehung vieler Kompartimente mit unterschiedlicher Funktion

Tierische Zelle - spezifische Strukturen: → Lysosomen → Centrosom (z.T bei niedrigen Pflanzen)

Pflanzliche Zelle

→ Chloroplasten (Plastiden) → Zentralvakuole mit Tonoplast → Zellwand (aus Cellulose) WESENTLICHE UNTERSCHIEDE ZWISCHEN PFLANZEN/TIEREN

Aufbau eukaryotische Zelle - haben aufgrund ihres gemeinsamen Ursprungs alle einen ähnlichen Aufbau - haben „echten“ Kern umgeben von Kernmembran - besitzen Endomembransystem und damit viele Sub-Kompartimente → dadurch wird Zelle in unterschiedliche Reaktionsräume geteilt - besitzen zusätzlich Organellen endosymbiotischen Ursprungs - Pflanzen/Tieren haben fast die gleichen Organellen/Kompartimente

Plasmamembran: - äußere Abgrenzung - Aufnahme und Abgabe von Stoffen - Kontaktstelle zu anderen Zellen - interzelluläre Kommunikation

Cytosol: - Stoffwechselwege wie Glykolyse uvm. - Fettsäuresynthese (bei Tieren) - Proteinsynthese und Abbau

Komponenten des Endomembransystems → Kernmembran → Endoplasmatisches Retikulum → Golgi → Endosomen → Lysosomen (Tier.) → Zellsaftvakuolen (Pfl.) → Plasmamembran - Organellen: → Mitochondrien → Chloroplasten (Pfl.) → Peroxisomen

Kern - keine wesentlichen Unterschiede

ER - als Netzwerk über ganze Zelle verteilt → in Pflanzen können Ers von Nachbarzellen miteinander verbunden sein → Pflanzen bilden über ER Lipidspeicher (Olesomen); von Monomer umgebene pfl. Speicher für Triglyceride die während der Synthese vom ER abgeschnürt werden

Golgi - Proteinsortierung im Endomembransystem - Protein- und Lipidmodifikation

→ Pflanzen: Synthese von Zellwandmaterial

Vakuole → Pflanzen: - Zellsaftvakuole der Pflanzen ist verantwortlich für den Tugor und zur Speicherung sek. Metabolite, toxischer Komponenten oder wasserlöslicher Pigmente - Lytische Vakuole, entspricht etwas dem Lysosom bei Tieren

Peroxisomen - Zellentgiftung, Isoprenoidbiosynthese → beta-Oxidation von Fettsäuren bei Pflanzen und Pilzen → Tiere: langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren

Mitochondrien und Chloroplasten - Ursprung in einem endosymbiotischen Ereignis - sind semi-autonom - dienen der Generierung (Chloroplast) bzw. Regenerierung (Mitochondrium) von ATP (haben aber auch andere Funktion) Merkmale,die endosymbiotische Herkunft beweisen: - eigenes, zirkuläres Genom mit prokaryotischer Organisation z.B. bakterielle Promotorenstrukturen Operonstrukturen, wenige Introns, keine Histone - prokaryotische Translationsmaschienerie, kein fMet am Translationsstart - Doppelte Hüllmembren mit prokaryotischer Lipidkomposition der jeweils inneren Membran, beta-Barrel Porine in äußerer Membran - semiautonome Vermehrung durch binäre Teilung

Mitochondrien - aerob, Säugetiere, Pflanzen - Citratzyklus und Atmungskette, ATP-Synthase -Schwefelcluster-Biosynthese → Tiere: beta-Oxidation von Fettsäuren - Zytosol: → Substratketten-Phosphorylierung → Bildung von NADH und FADH2 als Grundlage für die oxidative Phosphorylierung - Unterschiede Tiere ↔ Pflanzen → mtDNA in tierischen Zellen start konserviert, sehr klein (16kb, Mensch) mit wenig Introns → kodiert nur für 13 Proteine, 22tRNAs und rRNAs → kodierte Proteine gehören meist zu Untereinheiten der Atmungskette - Pflanzen: → Größe variabel (200-2500kb) mit vielen Introns und repetitiven Elementen → im Vergleich zu Tieren häufige Veränderung durch Verlust, Zugewinn, Dublikation und GenRearrangements Erstes Produkt dieser Endosymbiose war der photosynthetisch aktive Chloroplast - aufgrund ihres Ursprungs haben Pflanzen in der Chloroplasten besondere Lipide → MGDG, DGDG, SQDG

Chloroplast - Größe ~ 4-8 mikroMeter - Photosynthese, Calvinzykluse - Fettsäurebiosynthese bis C16/C18 - Aminosäurebiosynthese

Chloroplastenbiogenese

- in höheren Pflanzen werden undifferenzierte, sogenannte Proplastischen weitervererbt → daraus entstehen im Laufe der Ergrünung die Chloroplasten → Pflanzen: weitere spezialisierte Plastidenformen entwickelt

→ Etioplast, Chromoplast, Leukeplast, Gerontoplast uvm.

Chromoplast: - Färbung von Blüten und Früchten - Anlockung zur Bestäubung oder Verzehr

Amyloplast: - Stärkespeicherung

Leukoplast: → Inhomogene Gruppe - farblos - in Grund- und Speichergewebe - Elaioplasten (Ölspeicherung) - Proteinoplasten (Proteinspeicherung) - Amyloplasten - Photosynthese - Fettsäurebiosynthese - Häm-Biosynthese -Isopren-Biosynthese - Nitritreduktion - Synthese verzweigter und aromatischer Aminosäuren - Sulfatreduktion → Chloroplasten zeichnen sich auch durch ihre Thylakoide aus - diese bilden ein eigenes, von Membran umschlossenes Sub-Kompartmient - Thylakoidmembran ist die architektonische Plattform der Photosysteme → Gesamtlichtprozess der Photosynthese besteht aus licht-abhängigen (Lichtreaktion) und einer lichtunabhängigen Reaktion (Calvinzykluse - In Photosynthese fixiertes O2 wird in versch. Stoffwechselwegen zur Energiegewinnung verwendet → Chloroplasten besitzen eigenes genetischen Material (ctDNA) - findet sich in Stroma - ist zirkulär, durchschnittlich 100 Kopien in Nukleoiden organisiert → Plastidäre DNA (ctDNA) ist von unterschiedlicher Größe (30-200kb) - kodiert 49 Proteine, 30-31 tRNA und 4 rRNAs → häufig exklusiv maternal vererbt: wichtig für grüne Biotechnologie - Kerncodierte Proteine werden post-translational in die Chloroplasten transportiert

Proteinsortierung: → mRNA → Protein → Kern = gerichteter Transport → Transmembrantransport: zwischen Cytosol und Chloroplast, Peroxisomen, Mitochondrien und ER → Vesikeltransport: zwischen ER, Golgi, Lysosomen, Vakuole und Zelloberfläche - Toc: Translocon on the outer chloroplast envelope - Tic: Translocon on the inner chloroplast envelope → Chloroplasten müssen noch innerhalb des Kompartiments weitersortieren, daher gibt es hier mehrfache Signalpeptide → versch. Wegen führen in/über Thylakoidmembran, davon einer für plastiden-kodierte Proteine auch cotranslational Proteinsortierung= keine Erfindung der Eukaryoten → Bakterien sortieren Protein auch zum Export → nutzen dabei ähnliche Wege wie in die Thylakoide/ER: phylogenetische Konservierung → in Mitochondrien und Chloroplasten kodierte Protein verbleiben exklusiv im Organell: kein Export ins Zytosol...