Hidrogenosoma — struktūra, funkcija ir ATP gamyba anaerobinėse ląstelėse

Hidrogenosoma: anaerobinių ląstelių organelė, ATP gamyba be deguonies, struktūra ir evoliucija nuo mitochondrijų — sužinokite funkciją, metabolizmą ir naujausius atradimus.

Hidrogenosoma - tai kai kurių anaerobinių ciliatų, trichomonadų, grybų ir kai kurių metazoa membrana apgaubta organelė. Geriausiai ištirtų trichomonadų hidrogenosomos gamina ATP pagal sudėtingą medžiagų apykaitos ciklą. Skirtingai nei mitochondrijose, šiame cikle nenaudojamas deguonis. Manoma, kad hidrogenosomos išsivystė iš mitochondrijų; jų struktūra gana panaši.

Struktūra

Hidrogenosomos yra membrana apgaubti dariniai, dažniausiai rutulio arba kiaušinio formos, paprastai mažesni už tipiškas mitochondrijas. Jos dažniausiai neturi išsivysčiusių kristų (vidinių plokštelių), kurių būna mitochondrijose. Daugelyje rūšių hidrogenosomos neturi savo DNR ir jų baltymai yra koduojami ląstelės branduolyje — šie baltymai vėliau importuojami į organelę. Tačiau kai kuriose rūšyse rasta ir likučių mitochodrialinio genomo ar specializuotų genų, todėl organelės evoliucinis ryšys su mitochondrijomis laikomas tikslu.

Funkcija ir medžiagų apykaita

Pagrindinė hidrogenosomų funkcija — suteikti ląstelei energiją anaerobinėmis sąlygomis ir šalinti perteklines redukuotas jungtis. Pagrindiniai hidrogenosomų metaboliniai žingsniai yra:

• Piruvato skaidymas fermentu pyruvate:ferredoxin oxidoreductase (PFO), kuris paverčia piruvatą į acetil‑CoA ir CO2, tuo pačiu sumažindamas feredoksiną.
• Vandenilio gamyba — redukuotas feredoksinas oksiduojamas vandenilio fermento (hidrogenazės) pagalba, išlaisvindamas molekulinį vandenilį (H2) kaip šalinį produktą.
• Acetil‑CoA konversija į acetatą kartu gaminant ATP per substrato lygmens fosforilinimą (pvz., per ADP‑formuojančią acetil‑CoA sintazę / acetato ferūlio transferazės sistemas).

Fosforilinimas ir ATP gamyba

Skirtingai nuo aerobinių mitochondrijų, hidrogenosomos nenaudoja elektronų pernašos grandinės ir oksidacinio fosforilinimo, todėl jų energijos išgavimas yra mažiau efektyvus vienai gliukozės molekulei, bet leisdamas ląstelei gyventi visiškai be deguonies. ATP susidaro substrato lygmens fosforilinimu: acetil‑CoA paverčiamas acetatu, ir šis procesas generuoja ATP tiesiogiai. Be to, hidrogenosomos leidžia atstatyti oksidacines fermentų formas (pvz., feredoksiną) per vandenilio išskyrimą, taip užtikrindamos nuolatinį piruvato skaidymo srautą.

Evoliucija ir kilmė

Dauguma duomenų rodo, kad hidrogenosomos yra mitochondrijų homologai, atsiradę per ilgametę evoliucinę specializaciją anaerobinėms sąlygoms. Tai paaiškina panašumus baltymų importo mechanizmuose, tam tikrų fermentų homologijose ir dvigubos membranos buvime. Kai kuriose rūšyse matomi pereinamojo tipo organelės, turinčios tiek hidrogenosomoms, tiek mitochondrijoms būdingų bruožų.

Įvairovė ir ekologinė reikšmė

Hidrogenosomos aptinkamos įvairiuose anaero buveinėse ir taksonuose: trichomonadose (pvz., Trichomonas gentis), kai kuriuose anaerobiniuose ciliatuose ir anaerobiniuose grybeliuose (pvz., žarnyno grybai, sukelti žolėdžių fermentacijos). Jos leidžia gyventi aplinkoje, kurioje nėra deguonies, ir dalyvauti anglies bei vandenilio mainuose ekosistemose.

2010 m. mokslininkai pranešė atradę pirmuosius žinomus anaerobinius metazoanus, turinčius į hidrogenosomas panašias organeles. Šie organizmai buvo Loricifera, gyvenantys nuosėdose, esančiose giliavandenių sūrymo baseinų, tokių kaip L'Atalantės baseinas, nuosėdose. Šiuose sūrymo baseinuose visiškai nėra deguonies (anoksiniai), tad atradimas parodė, kad sudėtingesni organizmai taip pat gali prisitaikyti prie visiško deguonies trūkumo, naudodami hidrogenosomų tipo organeles energijai gauti.

Trumpas santraukinis sąrašas: pagrindiniai fermentai ir produktai

• Pagrindiniai fermentai: pyruvate:ferredoxin oxidoreductase (PFO), hidrogenazė, ADP‑formuojanti acetil‑CoA sintazė (ar kiti acetato formavimo fermentai).
• Pagrindiniai galutiniai produktai: ATP (per substrato lygmens fosforilinimą), acetatas, CO2 ir H2 (vandenilis).

Hidrogenosomos yra svarbūs modeliai nagrinėjant organelių evoliuciją, ląstelių prisitaikymą prie anoksinių sąlygų ir alternatyvius energijos gavimo mechanizmus gyvybei be deguonies. Tyrimai toliau aiškina jų molekulinius skirtumus, baltymų importo kelius ir ekologinę reikšmę įvairiose aplinkose.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra hidrogenosoma?

K: Koks hidrogenosomų vaidmuo trichomonadose?

K: Kaip išsivystė hidrogenosomos?

K: Kurie organizmai turi į hidrogenosomas panašių organelių?

K.: Kokio tipo aplinka vyrauja tokiuose sūrymo baseinuose kaip L'Atalantės?

K: Ar visi anaerobiniai ciliatai, trichomonados, grybai ir metazoa turi hidrogenosomų?

K: Kuo skiriasi hidrogenosomų ir mitochondrijų medžiagų apykaitos ciklas?

Paieška pagal raidę