Mitochondrium, Peroxisom, glattes endoplasmatisches Retikulum, Lipidtropfen, Glykogen, Zytosol Dr. Orsolya Kántor Institut für Anatomie, Histolgie und Embryologie Semmelweis Universität Budapest 2011 September

Mitochondrium – „Kraftwerk” LM, Mitoch.: rot 0,1- mehrere μm, rund-länglich Größe, Anzahl hängt von Energiebedarf des Zelltyps ab (viele Mitoch. z. B. in Leber, Herzmuskel) EM: Doppelte Membranumhüllung Außenmembran Innenmembran } dazwischen Intermembranraum Ausstülpungen: Crista, Tubulus (Steroidbildende Zellen) (Vesikel: nur in Zona fasciculata der Nebenniere) Matrix (ma): ringförmige DNS, Ribosomen au EM in ma Crista-Typ: Leberzelle Tubulus-Typ: Nebenniere Interm. Raum

Mitochondrien – intrazelluläre Verteilung In den meisten Zellen ungeordnet, oft entlang Mikrotubuli In manchen Zellen: dort, wo besonders viel ATP verbraucht wird Spermium Nierentubulus mitochondriale Hülle Herzmuskulatur

Mitochondrien – molekularer Aufbau Innenmembran EM DNS, RNS, Transkription-, Translationsapparat → semiautonom Außenmembran: Porine: offene, nicht spezifische Kanäle → < 5kDa lässt alles durch→ Intermembranraum = Zytosol (hins. <5kDa) Innenmembran: Protein Reichtum! Elektronentransportkette, Protonenpumpe, ATP-Synthase, spezielle Transporter Kontaktstellen: TIM, TOM= Protein Translokatoren

Mitochondrien - Funktionen Weitere Funktionen: Wärmeproduktion (braunes Fettgewebe) Ca2+-Speicher Rolle in Apoptose Schritte der Steroidhormonsynthese Endoxydation von Nahrung (Zucker, Fett) Zitronensäurezyklus → CO2 energiereiche Elektronen → Elektronentransportkette: H+-Gradient →treibt die ATP-Synthase an Zellatmung

Elektronentransportkette = Atmungskette pH ≈ 7 positiver pH ≈ 8 negativer An beiden Seiten der inneren Membran entsteht ein elektrochemischer Gradient (= Ladungsdifferenz (Membranpotential) + Konzentrationsgradient) Durchlauf von zwei Elektronen → zehn Protone werden ausgepumpt

ATP-Synthase Sehr konservativ, in Innenmembran 1 ATP/ 3 H+ 40% Wirkungsgrad!

Mitochondrium - Wärmeproduktion Normale Funktion: Proton-Gradient → Proton Rückfluß durch ATP-Synthase → ATP Synthese Wärmeproduzierende Funktion in braunen Fettzellen: Proton-Gradient → Proton Rückfluß durch ein Proton-Kanal (Thermogenin) → freigesetzte Energie in Wärme umgewandelt (Elektronentransportkette und ATP-Synthese entkoppelt). Mitochondrien Braune Fettzelle: Viele Mitochondrien, Mehrzahl von ihnen wärmeproduzierend (Thermogenin), im Cytoplasma viele Lipidtröpfchen und Glykogen-Granulen (Energiequellen). Die braune Farbe stammt von der braunen Farbe der Cytochrome in Komplexen der Atmungskette. Rolle: Wärmeproduktion im Unterhaut-Fettgewebe bei Neugeborenen und bei Tieren mit Winterschlaf. EM Bild einer braunen Fettzelle Zellkern Fetttröpfchen Glykogen-Granulen

Entstehung von Mitochondrien – Endosymbiose-Hypothese Ureukaryoten haben Prokaryoten aufgenommen, die zu speziellen Organellen geworden sind (Mitochondrien, Chloroplasten, Peroxisom). Großteil der mitgebrachten Gene liegt jetzt im Zellkern → Mitochondrien sind nur semiautonom. Beweise: doppelte Membranumhüllung, ringförmige DNA ohne Histonproteine, 70S Ribosome, Teilung durch Spaltung Sich teilendes Mitochondrium Vermehrung von Mitochondrien: nur aus Mitochondrien! Wachstum, Teilung Vererbung von Mitochondrien: nur von der Mutter → mütterliche Erblinie

Peroxisom 0,1-1 μm, membranbegrenzt, kugelig In EM homogener Inhalt (bei Tieren: Kristalle) Inhalt: oxidative Enzyme: Peroxidase, Katalase, Uratoxidase, D-Aminosäure Oxidase Peroxidase R-H2 + O2 R + H2O2 Katalase 2 H2O2 2 H2O + O2 Rolle: Lipidsynthese und Oxidation Entgiftung (Leber, Niere) z. B. von Phenol, Ethanol, Formaldehyd Schutz gegen Sauerstoffradikale

Glattes endoplasmatisches Retikulum rER 3D Netzwerk aus Tubuli, Zysternen Entstehung: Abknospung aus rER Funktion: Lipidsynthese: Phospholipid, neutrales Fett Cholesterin (Leber) Steroidhormone Entgiftung: Hydroxilierungsprozess, gER Cytochrom P-450 H-C-H H-C-OH Lipophil Hydrophiler Ca2+-Speicher, in Herz/Skelettmuskulatur: Sarkoplasmatisches Retikulum Retinapigmentepithel: Retinal Reisomerisierung (Isomerohydrolase) Glukose-6-Phosphatase

Glykogenpartikel EM Glykogen (↓) = 1,4-Polyglukosid mit vereinzelten 1,6-Glukosid Bindungen → verzweigt Form von Rosetten (~50 nm): Glykogen + Auf/Abbauenzyme Kohlenhydratespeicherform Große Menge in: Leberzellen, Skelettmuskelzellen, Knorpelzellen,Herzmuskulatur Glykogen Leber, Glykogenfärbung nach Nahrungsaufnahme Nach 18 St. Hungern

Lipidtropfen LM, Nebenniere Entstehung: in gER, innerhalb der Phospholipid-Doppelschicht , Abknospung→ durch eine Phospholipidschicht umgeben Außen: können Proteine assoziiert sein (Perilipin, Adipophilin, Vimentin) Inhalt: Triglyceride Vorkommen: Fettzellen, Milchdrüse, in Leberzellen: Stoffwechselstörung! EM, Talgdrüse FM, Leber, pathologisch!

Zytosol Überstand, der nach Abzentrifugieren aller geformten Organellen überbleibt, 50% des Zellvolumens Wässrige Grundsubstanz, je nach Aktingehalt viskös (Zellkortex: gelartig, im Inneren: solartig) pH ≈7,2 (Stoffwechsel)prozesse: Glykolyse Pentose-Phosphat-Zyklus Proteinsynthese (an freien Ribosomen) Harnstoffzyklus (teils) Proteinabbau in Proteasomen: Proteasekomplexe, die fehlgefaltete, überaltete (mit mehreren Ubiquitin markiert) Proteine abbauen Regulation des Ca2+-Gehalts durch Ca2+-bindende Proteine (z. B. Troponin, Calmodulin) Entgiftung z. B. durch Superoxid-Dismutase

Literaturquelle Plattner, Hentschel: Zellbiologie, Thieme, 2011 Alberts: Lehrbuch der molekularen Zellbiologie, Wiley VCH, 2005 Welsh: Lehrbuch Histologie, 2010 Lüllmann-Rauch: Histologie, Thieme, 2003 Folien von Prof. Pál Röhlich

Vesikulärer Transport Transport von Substanzen in membranbegrenzten Vesikeln zwischen membranbegrenzten Kompartimenten Richtung: nach innen nach außen Transportiert wird: gelöste Substanz in Vesikelinnere ein Stück Membran! Reguliert werden muss: Inhalt der Vesikeln Zielmembran Abknospung: Beschictung →beschichtete Vesikeln (Clathrin, COPI, II)