მიტოქონდრიონი

მიტოქონდრიონი ორი ბერძნული სიტყვისგან არის წარმოებული: მიტო - ძაფი, ქონდრიონი - მარცვალი, გრანულა.

მიტოქონდრიონების სტრუქტურა, ფორმა და რაოდენობა უჯრედში მეტად

ცვალებადია. მათი რაოდენობა 1-1000-მდე მერყეობს. უჯრედებში, სადაც ენერგიის

ხარჯი დიდია, მიტოქონდრიონები ბევრია და პირუკუ - ენერგეტიკულად არააქტიურ

უჯრედებში მიტოქონდრიონების რიცხვი მცირეა, თუმცა მრავალ ერთუჯრედიან

ორგანიზმს ერთადერთი მიტოქონდრიონი აქვს. ჟანგბადის ნაკლებობის პირობებში

მიტოქონდრიონების რაოდენობა უჯრედში სწრაფად იზრდება, რაც განსაკუთრებით

კარგად ჩანს უჯრედულ კულტურებში. მიტოქონდრიონების რიცხვი უჯრედის გაყოფის წინ იზრდება. ასევე მრავალგვარია მიტოქონდრიონების ფორმა და ზომა. მიტოქონდრიონების სიგრძე სხვადასხვა უჯრედში 1-10 მკმ-მდე, ხოლო სიგანე კი 0, 25-1 მკმ-მდე იცვლება. რაც შეეხება ფორმას, უჯრედებში გვხვდება მრგვალი, ოვალური, გაჭიმული და დატოტვილი მიტოქონდრიონებიც კი.

ამჟამად დადგენილია, რომ მიტოქონდრიონს თვითრეპროდუქციის უნარი აქვს: ახალი მიტოქონდრიონები არსებული წინამორბედების გაყოფის შედეგად წარმოიქმნება.

ფუნქციები:

• ენრგიის გამომუშავება
• უჯრედების პროგრამული კვდომა
• კალციუმის შენახვა
• სითბოს წარმოება

ქემიოსმოსური თეორია

რთული ბიოქიმიური გარდაქმნების შემდეგ, მატრიქსში გროვდება პროტონები და ელექტრონები. გამონთავისუფლებული ელექტრონები ერთვება ე.წ. სუნთქვით ჯაჭვში. ელექტრონების გადატანის პროცესის დროს გამოყოფილი ენერგია ხმარდება მატრიქსიდან ინტრამემბრანულ სივრცეში, შიდა მემბრანაში ჩაშენებული იონური არხებით, პროტონების (H+) გადასვლა თითო თითოდ, რომელთაც მიაქვთ რაღაც ენერგია. პროტონების გადანაცვლებას თან ახლვს მემბრანაზე პოტენციალთა სხვაობის წარმოქმნა ანუ ინტრამემბანულ სივრცეში გვაქვს პლიუს მუხტი, ხოლო მატრიქსში მინულ მუხტი და როდესაც ეს პოტენციალთა სხვაობა მიაღწევს გარკვეულ მნიშვნელობას, იხსნება ატფ-სინთაზას არხი, რომლის მეშვეობითაც ინტრამემბრანულ სივრცეში დაგროვილი პროტონების მიტოქონდრიონის მატრიქსში, ჭავლის სახით (ანუ ერთდროულად დიდი რაოდნობით) შემოტანა ხდება, რასაც მოყვება დიდი ენერგიის გამოთავისუფლება, რის ხარჯზე ადფ-ს უკავშირდება ფოსფატი მაკროერგული ბმით და სინთეზდება ატფ.

ადფ და ატფ შემოდიან ციტოპლაზმიდან ცილოვანი არხებით.

რატომ გადადიან H+ -ები მატრიქსიდან ინტრამემბრანულ სივრცეში?

შიდა მემბრანაში ჩაშენებულია ელემენტარული სხეულაკი რომელსაც აქვს ორმაგი ბუნება (რეცეპტორული და ფერმენტული) ამ შემთხვევაში განვიხილოთ მისი რეცეპტორული ფუნქცია.

ელემტარული სხეულაკი როგორც რეცეპტორი შედგება სამი დომენისგან: ექსტრაუჯრედული დომენი, ინტრაუჯრედული დომენი და შუალედური დომენი.

H+ ( ამ შემთხვევაში მოქმედებს როგორც ლიგანდი) რომ შეასრულოს თავისი ფუქნცია, ანუ ენრეგია რომ გადაიტანოს ამისათვის აუცილებელია ის დაუკავშირდეს რეცეპტორის ექსტრაუჯრედულ დომენს და შეუცვალოს მას კონფორმაცია.

რეცეპტორის ექსტრაუჯრედული დომენი მოთავსებულია ინტრამემბრანულ სივრცეში, და სწორედ ამიტომ აუცილებელია მათი გადასვლა მემბრანათ შორის სივრცეში.

მიტოქონდრიული დაავადებები

• მიტოქონდრიონის დისფუნქცია იწვევს ისეთ დაავადებებს როგორებიცაა: გულის დაზიანება, დიაბეტი, ეპილეფსია და ნეიროდეგენერაციული დაავადებები.
• მიოკლონიკური ეპილეფსია (MERRF-Myoclonic Epilepsy with Ragged Red Fibers), ამ დაავადების დროს დამახასიათებელია, კუნთის სისუსტე, ატაქსია, კრუნჩხვები, გულისა და სასუნთქი სისტემის დაზიანება.
• მიტოქონდრიონის დეფექტი გამოიხატება ელექტრონების მატრანსპორტირებელი ჯაჭვისა, სუნთქვის ჯაჭვის და ატფ-ის სინთეზის შეფერხებაში.

მიტოქონდრიონი და ენდოპლაზმური ბადე

მიტოქონდრიონი ფართოდაა ასოცირებული ენდოპლაზმურ ბადესთან. ენდოპლაზმური ბადის მიტოქონდრიონთან ურთიეთქმედების რამდენიმე გზა არსებობს. ყველაზე მნიშვნელოვანი გზა არის მემბრანული სტრუქტურები, რომლებიც ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ მაგრამ ერთმანეთს არ ეკვრიან. (ისინი ინარჩუნებენ თავიანთ ინდივიდუალურ მახასიათებლებს.) კონტაქტის ადგილი არის 10-30 ნმ სისქის და მასზე რიბოსომებს შეუძლიათ მიმაგრება.კონტაქტის ადგილი ორ ორგანელას შორის არის იმდენად სტაბილური რომ, როცა ენდოპლაზმური ბადე და მიტოქონდრიონი მოძრაობენ ციტოსკელეტონის გასწვრივ, ეს ორი ორგანელა ინარჩუნებს ერთმანეთთან კონტაქტს. ეს სტაბილური კონტაქტები უზრუნველყობს ურთიერთქმედების საფუძველს მიტოქონდრიონსა და ენდოპლაზმურ ბადეს შორის, რათა კოორდინაცია გაუწიონ უჯრედულ ბიოლოგიურ ფუნქცებს, როგორიცაა:

• კალციუმის სიგნალი
• აპოპტოზის რეგულაცია
• ენდოპლაზმური ბადის სტრესის პასუხი
• ფოსფოლიპიდების სინთეზი და მათი ტრანსლოკაცია ენდოპლაზმური ბადის მემბრანიდან მიტოქონდრიულ მემბრანაზე.

კონტაქტის ამ ადგილს უწოდებენ მიტოქონდრიონისა და ენდოპლაზმური ბადის მემბრანების ასოციაციას (MAM). MAM-სი მდიდარია:

• კალციუმის მატრანსპორტირებელი არხებით
• ფერმენტებით - რომლებიც ლიპიდებს ასინთეზებენ და ატრანსპორტირებენ
• ცილებით - რომლებიც არეგულირებენ სიგნალების გზებს და თრგუნავენ სიმსვნურ უჯრედებს. ამიტომ ცვლილებები ზემოთ არნიშნულ მექანიზმში (მემბრანების კავშირი?) შესაძლოა დაკავშირებული იყოს კიბოს განვითარებასთან. MAM-ის ცილა, შესაძლოა ჩაერთოს სიმსივნის განვითარებაში

შესაბამისად ეს კონტაქტი უზრუნველყოფს:

• ენდოპლაზმური ბადიდან აქ სინთეზირებული ფოსფოლიპიდების ტრანსპორტს მიტოქონდრიაზე
• კალციუმს ტრანსპორტს მიტოქონდრიაზე
• გლუკოზის გადატვირთვას მიტოქონდრიაზე
• ამ კალციუმში არის ის ცილები რომლებიც თრგუნავენ სიმსივნური უჯრედების პროლიფერაციას შესაბამისად თუ მოცემული კონტაქტი დაირღვევა შეიძლება განვითარდეს სიმსივნე.

რა გზით მიმდინარეობს კალციუმის გადატვირთვა

მოცემულ კონტაქტში კალციუმის გადატვირთვა მიმდინარეობს სპეციალური რეცეპტორის ინოზიტორ ტრიფოსფატის რეცეპტორით IP3R-ის მეშვეობით რომელიც აქტიურდება.

გადატვირთავს კალციუმის იონებს მიტოქონდრიონის გარეთ მემბრანაზე (OMM) და გარეთა მემბრანიდნ ინტრამემბრანულ სივრცეში კალციუმი ხვდება პოტენციალ-დმოკიდებული ანიონური არხებით (VDACs).

კალციუმი ინტრამემბრანული სივრციდან მიიტანება მიტოქონდრიონის შიდა მემბრანის ცილოვან არხში (MCU) და შეიტანება მატრიქსში.

ზოგიერთი კალციუმი მიდის კრებსის ციკლში და გამოიყოფა ატფ

ზოგიერთი გროვდება და შემდეგ ერთვება გლიკოლიზში (ROS).

• ასევე ხდება გლუკოზის გადატვრითვა სპეეციალური GRP75 ცილით
• მიტოფუსინი 2 ენდოპლაზმურ ბადეზე უთიერთქმედებს მიტოფუსინ 1-თან ან მიტოფუსინ 2-თან მიტოქონდრიონის გარეთა მემბრანაზე და არეგურილებს კავშირს ორ ორგანელას შორის.
• ასევე მიტოქონდრიონსა და ენდოპლაზმურ ბადეს შორის იცვლება ლიპიდები, რათა მათ მიაღწიონ ორი საბოლოო ლიპიდურ კომპოზიციას.

მიტოქონდრიონი და ბირთვი

• მიტოქონდიონი არის ორგაელა რომელიც ეუფლება საკუთარ გენომს ეუკარიოტულ უჯრედში. უჯრედულ ციკლში მიტოქონდრიონს გააჩნია საკუთარი სიცოცხლის ხამგრძლივობა.
• 1200 მიტოქონდრიული ცილიდან მხოლოდ 13 არის კოდირებული მიტოქონდრიონის მიერ დანრჩენი კი კოდირებულია მირთვის მიერ.
• მიტოქონდრიონის ბიოგენეზი მოდულირებულია ბირთვისა დ მიტოქონდრიების გენომის მიერ, ამრიგად, რსებობს ზუსტი და ზედმიწევნითი რეგულატორული მექანიზმი ბირთვსა და მიტოქონდრიონს შორის (მიტოქონდრიონის სტაბილურობისთვის).
• დიზფუნქციური ურთიერთობა ამ ორ ორგანელას შორის იწვევს
  • მიტოქონდრიული და ბირთვული დნმ-ის დაზიანებას
  • კალციუმის ზედმეტ გადატვირთვას
  • ზრდის ფაქტორების ანომალურ აქტივობას

ისევე როგორც მეტაბოლიზმის დარღვევა, ესეც არის კარცინომის ნიშნები.

კომუნიკაცია

არაკოდურებული რნმ-ი ბირთვულ მიტოქონდრიულ რეგულაციაში (მაგალითისთვის RMPR) ბირთვში RMPR ტრანსკრიფციის შემდეგ იგი გადის მიტოქონდრიაში და მისი სამიზნეა დნმ. ზემოთხსენებული პროცესის განმავლობაში მიტ-დნმ აკოდირებს მცირეარაკოდირებად რნმ-ს (snmt-RNA), რომელიც შესაძლოა გადავიდეს ბირთვში. ორივე პრცესი მოითხოვს რნმ-ის ცილასთან დაკავშირებს, როგორიცაა HuR და GRSF1.

ანტეროგრადული რეგულაცია - სხვადასხვა ციტოპლაზმური ფაქტორი იწყებს სასიგნალო მეტაბოლურ გზას და ააქტივეს Ca- აქტივატორებს PGC1a, რომელიც შემდგომში აგაზნებს სხვადასხვა ტრანსფიკაციის ფაქტორებს და ბირთვულ რეცეპტორებს, რომელიც მიტოქონდრიულ ბიოგენეზს აკონტროლებს.

დილიმილირებადი/დეგენირებადი/რეტროგრადული რეგულაცია - რეტრგრადული სიგნალი გამოწვეულია OXPHOS-ის დისფუნქციორთა და მიტ-დნმ-ის დეფექტით, რაციწვევს მიტოქონდრიონის პოტენციალის/უნარის დაკარგვას.რეტროგრადულ პროცესშიერთვება Ca-კალციუმი AMPK და მოლეკულების აგზნება, როგორიცააHnRNP A2, რომელიც სიმსივნის ნიშანია.