Il mitocondrio

S.Beninati

mitocondrio

• Un mitocondrio è un organulo cellulare di forma generalmente allungata (reniforme o a forma di fagiolo), presente in tutti gli eucarioti.

• Mancano solo nelle cellule procariotiche, cioè i batteri, dove le funzioni respiratorie vengono espletate da proteine enzimatiche contenute nella membrana cellulare e nelle sue invaginazioni, dette mesosomi.

strutturaSono costituiti da due membrane:la membrana interna (1) e la membrane esterna (2);lo spazio fra queste due membrane è detto spazio intermembrana (3). Lo spazio delimitato dalla membrana interna è detto matrice mitocondriale (4)

Creste mitocondriali

• la membrana interna si estende nella matrice formando delle pieghe dette creste mitocondriali (5) che contengono molecole cruciali per la produzione di ATP a partire da altre molecole.

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Creste • La funzione delle creste è quella di aumentare la

superficie di membrana che permette di disporre un numero maggiore di complessi di ATP sintetasi, l’enziam responsabile della sintesi del’ATP.

• Le due membrane identificano due differenti regioni:

• lo spazio intermembrana cioè quello interposto tra la membrana esterna e quella interna, e la matrice, spazio circoscritto dalla membrana interna.

Membrana esterna

• La membrana esterna è composta per il 50% da lipidi e per il resto da svariati enzimi dalle molteplici attività tra cui:

• l'ossidazione dell'adrenalina,• l'allungamento degli acidi grassi• la degradazione del triptofano

(amminoacido).

Membrana interna

• La membrana interna ha un rapporto in peso proteine/lipidi che si aggira intorno a 3:1

• L'elevato contenuto proteico è rappresentato da tutti gli enzimi alla alla produzione di ATP attraverso il complesso dell'ATP Sintasi (o Sintetasi),

Matrice

• La matrice mitocondriale ha consistenza gelatinosa a causa della concentrazione elevata di proteine idrosolubili (circa 500 mg/ml).

• Contiene, numerosi enzimi, ribosomi (70S, più piccoli di quelli presenti nel resto della cellula) e molecole di DNA circolare a doppio filamento.

Genoma mitocondriale

• La presenza di DNA ammette un genoma mitocondriale.

• Quello umano contiene possiede 37 geni codificanti per due RNA ribosomiali (rRNA), 22 RNA di trasporto (tRNA) e 13 proteine che fanno parte dei complessi enzimatici deputati alle funzioni del mitocondrio.

Proteine extramitocondriali

• Il resto delle proteine presenti nel mitocondrio deriva da geni del DNA nucleare i cui prodotti vengono appositamente trasportati.

• Le proteine destinate al mitocondrio generalmente vengono riconosciute grazie ad una sequenza leader presente sulla loro parte N-terminale.

DNA mitocondriale

• La presenza di ribosomi permette al mitocondrio di svolgere una propria sintesi proteica.

• Il DNA mitocondriale umano viene ereditato per via materna, in quanto durante il processo di fecondazione i mitocondri dello spermatozoo sono marcati con ubiquitina, una proteina che si lega ad altre proteine che devono essere degradate.

Malattie mitocondriali

• Il genoma mitocondriale della prole sarà quasi uguale a quello materno (fatte salve eventuali mutazioni) ed, inoltre, se la madre è affetta da una malattia a trasmissione mitocondriale, la erediteranno tutti i figli, mentre se ne è affetto il padre, non la erediterà nessuno.

Malattie mitocondriali• Sindrome di Leigh: malattia infantile che provoca

deterioramento della vista, dell’udito e della capacità motorie.Sindrome di Kearns-Sayre (KISS): deterioramento della funzionalità del cuore, dei muscoli e della vista.EpilessiaDemenzaCancro: soprattutto al cervello.Sindrome di Pearson: malattia del midollo osseo. Spesso è una malattia mortale. Si sviluppa soprattutto in età infantile.

cure

• Non esistono cure per questa malattie. Esistono però alcune terapie che consentono di rallentare il processo di acutizzazione della malattia e la proliferazione di mitocondri mutati

Funzioni

• La funzione più importante consiste nell'estrarre energia dai substrati organici (amminoacidi, zuccheri e grassi) per produrre adenosintrifosfato (ATP).

Altre funzioni

• Gli altri processi in cui il mitocondrio interviene sono:

• la morte programmata (apoptosi) e la morte neuronale da tossicità da glutammato,

• regolazione del ciclo cellulare,• regolazione dello stato redox della cellula,• sintesi dell'eme (dell’emoglobina),• sintesi del colesterolo,• produzione di calore.

Produzione di energia

• È la funzione principale del mitocondrio e viene svolta utilizzando il principale prodotto della glicolisi (glucosio) e della beta-ossidazione (grassi): l’acetil Coenzima A

• Questo viene sfruttato in due processi:• il ciclo di Krebs• la fosforilazione ossidativa.

Glicolisi aerobica

• Infatti, nel citosol gli zuccheri sono inizialmente trasformati in glucosio e questo è demolito con reazioni che avvengono in presenza di ossigeno, dette di glicolisi (lisi del glucosio) che conducono ad una molecola di piruvato. Questa digestione è parziale e la resa in energia bassa.

• Nei mitocondri la degradazione del piruvato si completa trasformandolo in acetil CoenzimaA e la sua ossidazione si completa nel ciclo di Krebs.

•

Glicolisi anaerobica• La glicolisi ha la particolarità di potere avvenire sia in

presenza che in assenza di ossigeno, anche se, nel secondo caso, viene prodotta una minore quantità di energia

• In condizioni aerobie, le molecole di acido piruvico (piruvato) possono entrare nel ciclo di Krebs e subire una serie di reazioni che ne determinano la completa degradazione ad anidride carbonica e acqua

• In condizioni anaerobie, invece, le molecole di acido piruvico vengono degradate in altri composti organici, come l'acido lattico o l'acido acetico, mediante il processo di fermentazione.

Resa energetica

• I prodotti di questa reazione vengono utilizzati dalla catena di trasporto degli elettroni per produrre molecole ad alta energia (ATP).

• In questo modo, l'energia immagazzinata nelle molecole di ATP è molto più alta: infatti da ogni molecola di glucosio vengono prodotte 36 molecole di ATP, mentre la glicolisi a livello del citosol ne produce soltanto 2.

Ossidazione dei lipidi

• L’ossidazione dei grassi si attua nei perossisomi (beta–ossidazione) e si completa nella matrice mitocondriale trasformando i lipidi pre-ossidati in acetilcoenzima A.

• La resa energetica si completa con il ciclo di Krebs.