Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с Hydrogenosomes )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рис.1: Модель АТФ-синтеза в гидрогеносомах. [1]
сокр .: CoA = Коэнзим A

Гидрогеносомы является мембрана -enclosed органеллы некоторых анаэробных инфузорий , трихомонад , грибов и животных . Гидрогеносомы трихомонад (наиболее изученных из содержащих гидрогеносомы микроорганизмов) производят молекулярный водород , ацетат , углекислый газ и АТФ за счет комбинированного действия пирувата: ферредоксин оксидоредуктазы , гидрогеназы , ацетат: сукцинат-КоА трансферазы и сукцинаттиокиназы . Супероксиддисмутаза, малатдегидрогеназа (декарбоксилирование), ферредоксин , аденилаткиназа и НАДН: ферредоксин оксидоредуктаза также локализуются в гидрогеносоме. Почти повсеместно признано, что гидрогеносомы произошли из митохондрий . [2]

В 2010 году ученые сообщили об открытии первых известных анаэробных многоклеточных животных с органеллами, подобными гидрогеносомам. [3]

История [ править ]

Гидрогеносомы были выделены, очищены, биохимически охарактеризованы и названы в начале 1970-х Д. Г. Линдмарком и М. Мюллером из Рокфеллеровского университета . [4] В дополнение к этому основополагающему исследованию гидрогеносом они также впервые продемонстрировали присутствие пирувата: ферредоксин оксидоредуктазы и гидрогеназы у эукариот . Впоследствии были проведены дальнейшие исследования биохимической цитологии и субклеточной организации анаэробных простейших паразитов ( Trichomonas vaginalis , Tritrichomonas fetus , Monocercomonas sp., Giardia lamblia ,Entamoeba sp. И Hexamita inflata) . Часто забывают, что группа чехословацких ученых также описала биохимические гидрогеносомы в 1973 г. [5]

Используя информацию, полученную в результате гидрогеносомных и биохимических цитологических исследований, эти исследователи определили механизм действия метронидазола (Flagyl) в 1976 году. Сегодня метронидазол признан золотым стандартом химиотерапевтического средства для лечения анаэробных инфекций, вызываемых прокариотами ( Clostridium , Bacteroides , Helicobacter ). и эукариоты ( Trichomonas, Tritrichomonas, Giardia, Entamoeba ). Метронидазол поглощается путем диффузии. Однажды захваченный анаэробами, он неферментативно восстанавливается восстановленным ферредоксином, который вырабатывается под действием пирувата: ферредоксин оксидоредуктазы. Это сокращение создает продукты, токсичные для анаэробной клетки, и позволяет избирательно накапливать лекарство в анаэробах.

Описание [ править ]

Гидрогеносомы имеют диаметр около 1  микрометра, но в стрессовых условиях могут достигать 2  микрометров [6] и называются так потому, что производят молекулярный водород. Подобно митохондриям , они связаны отдельными двойными мембранами, одна из которых имеет внутреннюю мембрану с выступами, подобными кристам.

Гидрогеносомы произошли из митохондрий в результате потери связанных с аэробиозом свойств в нескольких ветвях (не все гидрогеносомы имеют прямое родство). [7] В большинстве случаев гидрогеносомы не имеют генома , хотя геномы сохранились в некоторых линиях, таких как Neocallimastix , Trichomonas vaginalis или Tritrichomonas fetus . [8] Тем не менее, hydrogenosomal геном был обнаружен в таракане реснитчатого Nyctotherus ovalis , [9] и stramenopile Blastocystis .

Сходство между Nyctotherus и Blastocystis , которые имеют лишь отдаленное родство, считается результатом конвергентной эволюции и ставит под сомнение наличие четкого различия между митохондриями, гидрогеносомами и митосомами (еще один вид вырожденных митохондрий). [10]

Источники [ править ]

Лучше всего изучены гидрогеносомы паразитов, передающихся половым путем, Trichomonas vaginalis и Tritrichomonas fetus, а также гидрогеносомы из хитридов рубца, такие как Neocallimastix .

Анаэробное мерцательное простейшее Nyctotherus ovalis , обнаруженное в задней части кишечника нескольких видов тараканов, имеет многочисленные гидрогеносомы, которые тесно связаны с эндосимбиотическими археями , продуцирующими метан , причем последние используют водород, продуцируемый гидрогеносомами. Матрица N. ovalis гидрогеносомы содержит рибосомы -подобных частиц одного и тот же размера , как и многочисленные тип рибосомы (70s) от эндосимбиотических метаногенных архебактерий. Это свидетельствовало о наличии органеллярного генома, который действительно был открыт Ахмановой, а затем частично секвенирован Боксмой. [9] [11]

Три многоклеточных вида Loricifera - Spinoloricus nov. sp. , Rugiloricus nov. sp. и Pliciloricus nov. sp. - были обнаружены глубоко в средиземноморских отложениях и используют гидрогеносомы в своем анаэробном метаболическом цикле. [12] [3]

Проще говоря [ править ]

Одна из причин, по которой гидрогеносомы представляют интерес, заключается в том, что они могут пролить свет на то, как могла развиться жизнь на Земле. Большая часть жизни на Земле одноклеточная, как бактерии и археи . Напротив, растения и животные состоят из множества клеток. Важно отметить, что каждая клетка растения или животного устроена совершенно иначе, чем бактериальная клетка. Помимо прочего, клетки животных и растений (которые являются частным случаем так называемых « эукариотических » клеток) содержат митохондрии .

Митохондрии подобны электростанциям для клеток: они поставляют молекулы АТФ, которые используются во всей клетке в качестве источника энергии, «сжигая» углеводы и другие виды топлива. Они производят углекислый газ и воду в качестве отходов. Для производства АТФ митохондриям требуется много кислорода .

Некоторые одноклеточные эукариоты живут в местах с дефицитом кислорода или его отсутствием и используют гидрогеносомы вместо митохондрий для производства АТФ. Митохондрии не работают с мало или нет кислорода, но гидрогеносомы в состоянии производить АТФ из большинства тех же видов топлива без использования кислорода. Помимо обычного углекислого газа, отличительным продуктом жизнедеятельности гидрогеносом является водород : производимый ими водород дает название органеллам.

У эукариот наличие митохондрий является базальным или почти базальным признаком, изучение гидрогеносом может пролить свет на то, как развивалась вся многоклеточная жизнь. Например: что появилось раньше: митохондрии, гидрогеносомы или какой-то общий предок?

См. Также [ править ]

  • Митохондрии
  • Митосома
  • Хлоропласт

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Müller M, Lindmark DG (февраль 1978 г.). «Дыхание гидрогеносом плода Tritrichomonas. II. Влияние КоА на окисление пирувата» . J. Biol. Chem . 253 (4): 1215–8. PMID  624726 .
  2. ^ Hjort K, Голдберг А.В., Tsaousis А.Д., Хирт RP, Embley TM (12 марта 2010). «Разнообразие и редукционная эволюция митохондрий среди микробных эукариот» . Филос. Пер. R. Soc. Лондон. B Biol. Sci. 365 (1541): 713–727. DOI : 10.1098 / rstb.2009.0224 . PMC 2817227 . PMID 20124340 .   
  3. ^ a b Дановаро Р., Делл'анно А., Пушедду А., Гамби С., Хайнер I, Кристенсен Р.М. (апрель 2010 г.). «Первые метазоа, постоянно живущие в бескислородных условиях» . BMC Biol . 8 (1): 30. DOI : 10.1186 / 1741-7007-8-30 . PMC 2907586 . PMID 20370908 .  
  4. ^ Линдмарк DG, Мюллер M (ноябрь 1973). «Гидрогеносома, цитоплазматическая органелла анаэробного жгутика Tritrichomonas fetus и ее роль в метаболизме пирувата» . J. Biol. Chem . 248 (22): 7724–8. PMID 4750424 . 
  5. ^ Черкасова, А., Лукасова, Г., Черкасов, Дж. Кульда, Дж. (1973) Биохимическая характеристика фракции крупных гранул плода Tritrichomonae (штамм KV1) J. Protozool. 20, 525.
  6. ^ Benchimol, M (2009). «Гидрогеносомы под микроскопом». Ткани и клетки . 41 (3): 151–68. DOI : 10.1016 / j.tice.2009.01.001 . PMID 19297000 . 
  7. ^ Embley TM. (2006) Множественные вторичные причины анаэробного образа жизни у эукариот. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361 (1470): 1055-67. Обзор.
  8. ^ Ван дер Giezen M, Tovar J, Кларк CG (2005). «Органеллы, происходящие из митохондрий, у протистов и грибов». Int. Rev. Cytol . Международный обзор цитологии. 244 : 175–225. DOI : 10.1016 / S0074-7696 (05) 44005-X . ISBN 9780123646484. PMID  16157181 .
  9. ^ a b Ахманова А., Вонкен Ф., ван Ален Т. и др. (Декабрь 1998 г.). «Гидрогеносома с геномом» (PDF) . Природа . 396 (6711): 527–8. DOI : 10.1038 / 25023 . PMID 9859986 .  
  10. ^ Stechmann, A; Hamblin, K; Перес-Брокаль, V; Гастон, Д; Ричмонд, Джонс; Ван, Дер; Кларк, Cg; Роджер, Эйджей (апрель 2008 г.). «Органеллы в Blastocystis, которые стирают различие между митохондриями и гидрогеносомами» . Текущая биология . 18 (8): 580–5. DOI : 10.1016 / j.cub.2008.03.037 . PMC 2428068 . PMID 18403202 .  
  11. ^ Boxma B, де - Граафа Р.М., ван - дер - Staay ГВ и др. (Март 2005 г.). «Анаэробная митохондрия, производящая водород» . Природа . 434 (7029): 74–9. DOI : 10,1038 / природа03343 . PMID 15744302 . 
  12. ↑ Fang J (6 апреля 2010 г.). «Животные процветают без кислорода на морском дне» . Природа . Издательская группа "Природа". 464 (7290): 825. DOI : 10.1038 / 464825b . PMID 20376121 .