생체에너지 대사과정, 미토콘드리아

미토콘드리아는 지질, 탄수화물을 분해하며 자기만의 genome을 가져 전사, 번역까지 할 수 있다.

미토콘드리아는 이중막으로 구성되어 있으며 그 사이는 intermembrane space로 구성되어 있다.

이는 산화적 인산화(CAC)를 통해 ATP를 생성한다. (Producing most of ATP derived from breakdown of carboxydrate and fatty acid.)

이중막에서 inner membrane은 matrix가 접혀서 cristae를 형성하는데, inner는 이온같은 작은 물질들에게 비투과성을 가지고 양성자 농도 구배를 가진다.

matrix는 CAC 효소와 유전자를 보유하고 있는데 glycolgsis로 pyruvate가 들어가게 된다.

CAC는 matrix에서 발성하게 되는데 pyruvate를 CO2로 완전히 산화시키며 ATP와 Acetyl coA로 산화하게 된다. (The citric acid cycle consisted of the oxidation of acetyl CoA to produce CO2, NADH, FADH2.)

outer는 porin으로 작은 분자들이 통과하기 쉬운 통로를 가지고 있다. (The mitochondrial outer membrane contains channels composed of protein called porin.)

미토콘드리아의 특징으로 에너지를 많이 쓰이는 곳에 많이 존재하는데 그 예시가 바로 시냅스이다.

이들은 정적 소기관이 아니라 스스로 융합과 분열을 하며 서로 연결되어 network를 유지하게 되는데 이는 유전 물질 교환, autophagy 감도를 통제한다.

미토콘드리아의 유사 생물체로 a(alpha)-proteobacteria가 예상하고 있다. (The orgarnisms most simllar to mitocondria are alpha-proteobacteria.)

미토콘드리아는 원형 DNA를 가지고 있으며 여러 복제 유전체를 보유하고 있다.

산화적 인산화에 필요한 단백질 몇개로만 암호화하고 rRNA와 tRNA도 가지고 있으며 일반적인 생물체와는 다르게 다른 유전 암호를 사용한다.

1개 tRNA가 2개 이상 코돈을 인식하며 이를 wobble 염기쌍이라 한다.

하지만 DNA 복제, 전사, 번역에 사용하지만 단백질은 암호화 하지 않는다.

몇 코돈이 공통 암호와 다르게 특정 아미노산을 지정하기도 한다.

DNA가 바뀌어 돌연변이가 가능하며 (이는 모계만 통한다.) 이로써 레버 시신경 질환(Leber's hereditary)  또는 비만, 당뇨등을 유발할 수 있다.

미토콘드리아 핵 유전자로 암호화된 단백질은 리보솜에서 합성되어 폴리펩티드 사슬이 되는데 단백질은 폴리펩티드 사슬에 비해 이중막을 뚫기 힘들다.

단백질은 presequence(positively charge, alpha helix)란 아미노산 말단의 20~25개의 아미노산으로 구성된 시퀀스로 단백질을 유입시키게 된다.

프리 시퀀스는 가수분해로 절단되며 tom complex로 외막에서 단백질 복합체로 결합하게 된다.

이후, Tim complex로 이동시키며 이동서열로 내막에 삽입되며 ATP를 사용하여 Hsp70 샤페론을 분해가 되고 나가며 내막에 들어온 것은 Hsp70 샤페론과 결합하게 된다.

이후 MPP로 전서열(Presequence)가 제거가 된다. (mitocondrial protein presequence is cleaved off by a protease called matrix processing peptidase(MPP).)

내막에서의 단백질 이동은 Tim9-Tim10 샤프론에서 Tim22 complex, 이후 Oxal translocase로 내막으로 이동하게 된다.

대부분 인지질 수송 단백질로 ER에서 운반되는데 인지질은 4개 지방산 사슬로 cardiolipin의 합성을 촉매하여 산화적 인산화 반응을 증가시키며 이후 NADH, 그 다음 O2, 이로써 -52.5Kcal/mol 깁스 에너지를 방출하게 된다.

전자전달 사슬은 inner membrane에서 진행되는데 조효소 Q(유비퀴논)이 complex 1에서 complex 3으로 전자전달하게 된다. (Electron transport and oxidative are perform by protein in inner membrane.) (Coenzye Q carries electrons from complex 1 to complex 3.)

이후, cytochrome C가 complex 3에서 complex 4로 이동시키는데 이때 농도구배에 상관이 없이 진행된다.

이렇게 전자전달을 통해 ATP를 생성한 것을 peter michell이 명명한 Chemiosmotic hypothesis로 불려지게 되었다.