chlorosrasty I mitosrondria

Wymień cechy chloroplastów świadczące o ich prokariotycznym pochodzeniu (Dowody na endosymbiozę chloroplastów)

- nowe chloroplasty tworzą się w procesie przypominającym “przewężenie” bakteryjne
- otoczone podwójną błoną (błona wewnętrzna różni się składem od innych błon komórki eukariotycznej)
- mają własne DNA i rybosomy
- można stworzyć działające hybrydy rybosomów bakteryjnych i chloroplastowych
- możliwa hybrydyzacja DNA i RNA z chloroplastów i sinic
- bakterie i chloroplasty są wrażliwe na te same inhibitory i antybiotyki, mają podobne białka opiekuńcze (Chaperony)

Opisz import białek do chloroplastów i podaj przykłady
(transport białek do chloroplastu)
(Przedstaw na przykładzie import białka chloroplastowego kodowanego przez genom jądrowy)

Białka kodowane przez genom jądrowy syntetyzowane są w formie prekursorów z peptydem (sekwencją) tranzytową na N-końcu.

Białko znajdujące się w cytozolu musi zostać rozfałdowane. Następnie w takim stanie przechodzi przez kompleksy translokonów TOC (w zewnętrznej błonie chloroplastu) i TIC (w wewnętrznej), dostając się do stromy. W tym procesie uczestniczą Chaperony, czyli białka opiekuńcze, które pomagają przy przejściu białka przez translokony, a następnie w stromie wspomagają ponowne sfałdowanie białka. W stromie odcinana jest sekwencja tranzytowa przez peptydazy.

W przypadku kiedy białko kierowane jest do błony tylakoidu ma doczepioną jedną sekwencję tranzytową, jeśli natomiast ma być transportowane do lumen (światła tylakoidu) to posiada 2 takie sekwencje (każda działa jak osobny kod pocztowy do transportu).

Opisz przykład współdziałania genomu organellarnego z jądrowym
(Podaj przykład białka chloroplastowego/ mitochondrialnego kodowanego w genomie jądrowym i opisz jego działanie)

Przykładem współdziałania genomu organellarnego z jądrowym (oraz przykładem importu białka kodowanego w genomie jądrowym do chloroplastu) jest białko RuBisCO. 

Mała podjednostka RuBisCO jest kodowana przez genom jądrowy. Jej transport do chloroplastu indukuje translację mRNA dużej podjednostki. Enzym jest składany w chloroplaście (zbudowany z 8 małych i 8 dużych podjednostek), po czym bierze udział w fotosyntezie - katalizuje reakcję przyłączenia cząsteczki dwutlenku węgla do RuBP w trakcie Cyklu Calvina.

Czym różni się plastydowe DNA od jądrowego DNA?

DNA jądrowe: liniowe cząsteczki, zazwyczaj 2 kopie każdego genu w komórce diploidalnej, bardzo duża zawartość genów, duże ilości DNA niekodującego, geny podzielone na eksony i introny

DNA plastydowe: koliste cząsteczki, od kilkudziesięciu do nawet kilkuset kopii w jednym organellum, mniejsza zawartość genów, większość genów jest ciągła (ale występują introny, niepodobne do jądrowych)

Narysuj chloroplast, opisz go i zaznacz, gdzie zachodzą poszczególne etapy fotosyntezy

Wymień cechy mitochondriów świadczące o ich prokariotycznym pochodzeniu.

• zazwyczaj podobna wielkość i morfologia

• otoczone podwójną błoną (wewnętrzna od bakterii)

• własne DNA (małe, koliste), i rybosomy (podobne do prokariotycznych)\

• możliwa hybrydyzacja DNA i RNA mitochondriów i bakterii

• wrażliwość na te same inhibitory i antybiotyki

• podobny kompleks ATP-azy

• niektóre białka enzymatyczne podobne do prokariotycznych

• podobny system transportu przez błony i białka pomocnicze (chaperony)

Transport białek do mitochondriów.
(Omów import białek do mitochondriów (podaj przykłady))

Aby białko było transportowane do mitochondrium potrzebuje mieć sekwencje tranzytowe (ilość i typ zależny od ilości przekraczanych błon).

Najpierw białko z sekwencją tranzytową przechodzi przez kompleks translokacyjny TOM (w zewnętrznej błonie mitochondrium) połączony z kompleksem TIM (w wewnętrznej błonie mitochondrium),w czym pomagają białka opiekuńcze - chaperony. Po przejściu przez oba kompleksy białko znajduje się w matriks mitochondrium gdzie sekwencja tranzytowa jest odcinana przez peptydazy.

Jeśli białko posiadało jedną sekwencję tranzytową (kierującą do matriks) to pozostaje w matriks mitochondrium gdzie chaperony pomagają w końcowym fałdowaniu i dojrzewaniu białka (np.białka uczestniczące w cyklu Krebsa).

Jeśli jednak białko miało 2 sekwencje tranzytowe (kierującą do matriks i kierującą do przestrzeni międzybłonowej) to rozpoznając kompleks translokacyjny w błonie wewnętrznej i przechodzi przez niego i znajdując się w przestrzeni międzybłonowej znowu odcinana jest od niego sekwencja tranzytowa. Chaperony pomagają w końcowym fałdowaniu i dojrzewaniu białka (np. cytochrom c).

Białka mogą być też kierowane do błon mitochondriów - jest to kontrolowane przez typ i ilość sekwencji tranzytowych.

Jak wygląda podział mitochondriów?

Tworzony jest pierścień z dynaminy od strony cytoplazmy (możliwe że też od wewnętrznej), który kurcząc się dzieli mitochondria na dwa potomne.

Porównaj DNA mitochondrialne a DNA chloroplastowe

mtDNA
- małe, koliste
- koduje białka związane z oddychaniem komórkowym (13 białek)
- znane są wyjątki od uniwersalnego kodu genetycznego (modyfikacje kodonu STOP)

cpDNA
- małe, koliste
- koduje białka związane z fotosyntezą, na ogół większe (około 300 białek)
- kod genetyczny identyczny z uniwersalnym

Czym różni się mitochondrialne DNA od jądrowego DNA?

DNA jądrowe: liniowe cząsteczki, bardzo duża zawartość genów, duże ilości DNA niekodującego, geny podzielone na eksony i introny

DNA mitochondrialne: koliste cząsteczki, mała zawartość genów (koduje 13 białek), większość genów jest ciągła (ale występują introny, niepodobne do jądrowych), występują odstępstwa od uniwersalnego kodu genetycznego (modyfikacje kodonu STOP)

1. Jakie są skutki częściowej autonomii chloroplastów i mitochondriów?

• są zdolne do podziałów

• mogą syntetyzować część z potrzebnych im białek

• konieczna jest kooperacja genomu chloroplastu/mitochondrium z genomem jądrowym

• dziedziczenie pozajądrowe - skutkuje najczęściej dziedziczeniem tylko w linii matczynej

• szybka regulacja odpowiedzi na stres i zmiany środowiska - szybka regulacja ekspresji genów w mitochondriach i chloroplastach

• różnice w kodzie genetycznym (w mtDNA odstępstwa od uniwersalnego kodu genetycznego, występują modyfikacje kodonu STOP)