Wandeln Mitochondrien Glukose einfach automatisch in ATP um?

Ich frage mich, ob es in den Mitochondrien irgendeine intelligente Entscheidungsfindung im Timing ihrer Operation gibt.

Beginnen sie einfach mit der ATP-Produktion, sobald die richtigen Reaktanten vorhanden sind?

Oder haben sie, weil sie ihre eigene DNA haben, komplexere Strategien, die variieren, um die gegenseitige Zusammenarbeit mit der Wirtszelle zu fördern? Dies setzt voraus, dass die einfache zirkuläre DNA beim Schalten Entscheidungen auf höherer Ebene trifft.

Mitochondrien haben nur eine Handvoll Gene; Ihre Regulierung ist vollständig mit ihrem Wirt verflochten. Außerdem findet in den Mitochondrien nur der TCA-Zyklus (Krebs, Zitronensäure ...) statt; Glykolyse findet im Zytosol statt.
@NickT, bedeutet das, dass der Wirt die Aktivität der Mitochondrien "kontrolliert"?

Antworten (2)

Mitochondrien bestehen aus etwa 3000 Proteinen. Das mitochondriale Genom hat jedoch nur 13-14 proteinkodierende Gene. Die restlichen 99,6 % der mitochondrialen Proteine ​​werden von Genen im Kerngenom kodiert. ( Wikipedia ) Chloroplastengenome sind nur geringfügig größer (~100 Gene).

Die Genregulation und Signalübertragung zwischen Zellkern und Mitochondrien (und zwischen Zellkern und Chloroplasten in Pflanzen/Algen) erfolgt in beide Richtungen. Die anterograde Regulation ist die Signalübertragung vom Kern zu den Mitochondrien und galt einst als die einzige Methode zur Regulierung der Organellenfunktion. Wir wissen jetzt auch, dass eine retrograde Regulation stattfindet, bei der die Mitochondrien Signale an den Zellkern senden.

Um Ihre Frage direkt (aber nicht vollständig) zu beantworten, erfassen sowohl die Mitochondrien als auch der Zellkern die Umgebung und die Bedürfnisse der Zelle und signalisieren sich gegenseitig, die ATP-Produktion zu regulieren.

Wenn Sie mehr über retrograde Signalgebung erfahren möchten, wird das Googeln von „retrograde Regulation“ viele Artikel zu diesem Thema in verschiedenen Organismen hervorbringen. Dieses Papier enthält auch einige Diagramme von Signalwegen.

Das ist sehr interessant, wie es eine bilaterale Kommunikation zwischen DNA und Mitochondrien gibt. Müssen Mitochondrien arbeiten, um zu überleben? Z.B. wenn sie kein ATP produzieren, sterben sie dann?
Hallo @Amy =) Obwohl ich weiß, dass Ihr Block ziemlich klein ist, versuchen wir, erweiterte direkte Zitate aus Wikipedia zu entmutigen ( siehe Meta ). Es könnte eine bessere Idee sein, den Artikel selbst zusammenzufassen und als Quelle für Ihre Antwort darauf zu verlinken =)
@RoryM - bearbeitet :)
@Vass Das finde ich das Coolste an eukaryotischen Zellen. Die Zelle kann keine Mitochondrien "von Grund auf neu" bauen, weil die Mitochondrien gerade genug Gene auf ihrem eigenen Genom behalten haben - aber Mitochondrien können außerhalb der Zelle nicht überleben, weil sie so viele Gene verloren hat. Wenn sie kein ATP produzieren, sterben sie, weil die Zelle stirbt. Sowohl die Zelle als auch die Mitochondrien haben ein begründetes Interesse daran, die Maschinerie am Laufen zu halten. :)
@Amy, warum ist diese Symbiose so viel vorteilhafter als das Szenario, dass alle Regulierungen im Kern enthalten sind?
@Amy vielen Dank, das sieht wirklich viel besser aus =D
@Vass - Das aktuelle Arrangement ist nicht unbedingt das perfekte Arrangement, es ist nur das Beste, was bisher in der zufälligen Evolutionsgeschichte erreicht wurde. Es ist sehr wahrscheinlich, dass es besser wäre, wenn sich alle mitochondrialen Gene im Kern befinden würden, da die sexuelle Rekombination von Genen, die der Kernmechanismus bereitstellt, eine bessere Erhaltung und Verbesserung von Genen ermöglicht (im Gegensatz zur rein asexuellen DNA-Reproduktion in den Mitochondrien). Aus diesem Grund sind viele Gene aus dem mitochondrialen Genom in das nukleäre Genom gewandert und 99 % der mitochondrialen Proteingene sind nukleär.
@mgkrebbs, welche Gene sind von den Mitochondrien in das Kerngenom gewandert? Die, die es benötigt hätte, um unabhängig von der Wirtszelle zu überleben?
Mitochondrien haben nur noch sehr wenige Gene übrig, viel weniger als ein frei lebender Organismus benötigen würde. Nahezu alle ursprünglich vorhandenen Gene sind als unnötig verloren gegangen, durch funktionelle Äquivalente aus dem Zellkern ersetzt worden oder tatsächlich vom Mitochondrium in den Zellkern gewandert. Die in den Mitochondrien verbleibenden Gene sind hauptsächlich die Proteine ​​der Elektronentransportkette und die Ribosomen- und tRNA-Gene, die zum Aufbau dieser Proteine ​​​​benötigt werden.

Die Lehrbuchversion zur Regulierung von ATP beinhaltet eine Rückkopplungsschleife mit Phosphofructokinase (PFK). Die relativen Konzentrationen von ADP und ATP sind charakteristisch für den Energiezustand der Zelle. Wenn die Zelle Energie verbraucht, liegt ein ADP-Überschuss vor. Wenn nicht, dann ATP.

ATP ist ein Inhibitor von PFK, der wiederum die Glykolyse verlangsamt (wodurch die Produktion von neuem ATP reduziert wird). Im Gegensatz dazu ist ADP ein allosterischer Aktivator von PFK, der wiederum die Glykolyse beschleunigt (wodurch die Produktion von ATP erhöht wird).

Es gibt also eine stabile Gleichgewichtskonzentration zwischen diesen beiden Verbindungen? Und ist es so, dass die Verwendung (oder Nichtverwendung) von ATP die Produktion von mehr ATP aus ADP anregt?
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