METABOLISMO ENERGETICO MITOCONDRIALE · 2011. 6. 21. · I mitocondri sono organuli citoplasmatici...
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Prof. LAMBERTO COPPOLA Centro Medico Tecnomed Nardò, (LE) I mitocondri sono organuli citoplasmatici presenti nelle cellule eucariotiche e deputati alla produzione di energia. E’ in questi organuli, infatti, che ha luogo il processo della fosforilazione ossidativa, mediante il quale viene sintetizzato ATP in seguito al trasferimento degli elettroni attraverso la catena respiratoria e alla riduzione dell’ossigeno molecolare ad acqua. La misura del consumo di ossigeno nei mitocondri delle cellule eucariotiche è, quindi, un parametro che consente di valutare la funzionalità mitocondriale. I mitocondri presenti negli spermatozoi sono differenti da quelli presenti nelle cellule somatiche da un punto di vista sia morfologico che biochimico. Pertanto, il ruolo che questi organuli rivestono nel determinare la qualità del liquido seminale e nella funzionalità degli spermatozoi è oggetto di studio da parte di numerosi gruppi di ricerca. Zuccheri Grassi Proteine ATP + CO 2 O 2 ATP Movimento Accrescimento Omeostasi Trasporto Stato 3 Stato 4 3,6 + 0,4 9,1 + 1,2 ICR v3 v4 = 2,5 + 0,2 Al fine di ottenere informazioni sulla funzionalità mitocondriale, abbiamo effettuato delle determinazioni del consumo di ossigeno in spermatozoi, utilizzando uno strumento, l’ossigrafo, che consente di misurare, in modo semplice, preciso e riproducibile, rapidi cambiamenti nella velocità della respirazione cellulare. Gli spermatozoi, sono stati sottoposti a swelling ipotonico mediante incubazione in un opportuno tampone e successivi lavaggi con un tampone isotonico. E’ stata quindi determinata la funzionalità respiratoria mitocondriale calcolando l’indice di controllo respiratorio (ICR), parametro in grado di dare indicazioni sull’integrità dei mitocondri e sulla loro capacità di sintetizzare ATP. L’ICR è stato calcolato come rapporto tra la velocità del consumo di ossigeno registrata in seguito all’aggiunta di ADP e la velocità del consumo di ossigeno registrata in presenza di malato e piruvato. A questo punto abbiamo iniziato uno studio in cui abbiamo sottoposto al test diversi campioni di soggetti normozoospermici. Abbiamo effettuato il saggio utilizzando 20 milioni di spermatozoi permeabilizzati ed abbiamo registrato i valori di V 3 (velocità del consumo di ossigeno in presenza di substrati + ADP), V 4 (velocità del consumo di ossigeno in presenza dei soli substrati) e l’ICR, quale indice della funzionalità mitocondriale. In particolare, i valori di ICR ottenuti (2,5 + 0,2) hanno evidenziato un buon grado di accoppiamento tra respirazione e fosforilazione nei mitocondri degli spermatozoi di soggetti normozoospermici. Abbiamo quindi voluto verificare se effettivamente esisteva una differenza tra i valori di V 3 ,V 4 e ICR riscontrati in campioni di soggetti normozoospermici, e quindi con spermatozoi dotati di buona motilità, e quelli ottenuti in campioni di soggetti astenozoospermici, in cui gli spermatozoi presentavano una ridotta motilità. In queste condizioni, i mitocondri si trovano nelle migliori condizioni per la determinazione della loro funzionalità: il trattamento ipotonico degli spermatozoi, infatti, consente la rottura della membrana plasmatica dei gameti ed i lavaggi sequenziali consentono di allontanare i substrati citoplasmatici endogeni coinvolti nel metabolismo energetico. Sono state effettuate, quindi, delle determinazioni del consumo di ossigeno in campioni di cellule permeabilizzate in condizioni basali e dopo aggiunta di substrati metabolici, come piruvato e malato. La successiva aggiunta di ADP ha evidenziato un aumento della velocità del consumo di ossigeno. Come è evidente, nei campioni di spermatozoi con ridotta motilità è stata riscontrata una significativa diminuzione della velocità nello stato attivo della respirazione (V 3 ). Poichè i valori di V 4 non hanno mostrato variazioni significative, anche i valori di ICR sono risultati significativamente più bassi. Campioni normozoospermici Campioni astenozoospermici Motilità (%) 58,0 + 6,1 36,3 + 1,7 V 3 (nmoli O 2 · ml -1 · min -1 ) 9,1 + 1,2 4,0 + 0,4 V 4 (nmoli O 2 · ml -1 · min -1 ) 3,8 + 0,5 3,6 + 0,4 ICR 2,5 + 0,2 1,1 + 0,2 Indagine di routine da eseguire nei centri di PMA e nei laboratori di fisiopatologia seminale per valutare la capacità degli spermatozoi a fecondare la cellula uovo METABOLISMO ENERGETICO MITOCONDRIALE E INFERTILITA’ MASCHILE Prof. VINCENZO ZARA Dott.ssa ALESSANDRA FERRAMOSCA Laboratorio di Biochimica Di.S.Te.B.A. Università del Salento, Lecce
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Prof. LAMBERTO COPPOLACentro Medico Tecnomed
Nardò, (LE)
I mitocondri sono organuli citoplasmatici presenti nelle cellule eucariotiche e deputati alla produzione di energia. E’in questi organuli, infatti, che ha luogo il processo della fosforilazione ossidativa, mediante il quale vienesintetizzato ATP in seguito al trasferimento degli elettroni attraverso la catena respiratoria e alla riduzionedell’ossigeno molecolare ad acqua. La misura del consumo di ossigeno nei mitocondri delle cellule eucariotiche è,quindi, un parametro che consente di valutare la funzionalità mitocondriale.I mitocondri presenti negli spermatozoi sono differenti da quelli presenti nelle cellule somatiche da un punto divista sia morfologico che biochimico. Pertanto, il ruolo che questi organuli rivestono nel determinare la qualità delliquido seminale e nella funzionalità degli spermatozoi è oggetto di studio da parte di numerosi gruppi di ricerca.
ZuccheriGrassi
Proteine
ATP + CO2O2 ATP
Movimento
Accrescimento
Omeostasi
Trasporto
Stato 3
Stato 4
3,6 + 0,4
9,1 + 1,2
ICRv3
v4
= 2,5 + 0,2
Al fine di ottenere informazioni sulla funzionalità mitocondriale, abbiamo effettuatodelle determinazioni del consumo di ossigeno in spermatozoi, utilizzando uno strumento,l’ossigrafo, che consente di misurare, in modo semplice, preciso e riproducibile, rapidicambiamenti nella velocità della respirazione cellulare.Gli spermatozoi, sono stati sottoposti a swelling ipotonico mediante incubazione in unopportuno tampone e successivi lavaggi con un tampone isotonico.
E’ stata quindi determinata la funzionalità respiratoria mitocondriale calcolando l’indice di controllorespiratorio (ICR), parametro in grado di dare indicazioni sull’integrità dei mitocondri e sulla lorocapacità di sintetizzare ATP. L’ICR è stato calcolato come rapporto tra la velocità del consumo diossigeno registrata in seguito all’aggiunta di ADP e la velocità del consumo di ossigeno registrata inpresenza di malato e piruvato.A questo punto abbiamo iniziato uno studio in cui abbiamo sottoposto al test diversi campioni di soggettinormozoospermici. Abbiamo effettuato il saggio utilizzando 20 milioni di spermatozoi permeabilizzatied abbiamo registrato i valori di V3 (velocità del consumo di ossigeno in presenza di substrati + ADP), V4
(velocità del consumo di ossigeno in presenza dei soli substrati) e l’ICR, quale indice della funzionalitàmitocondriale. In particolare, i valori di ICR ottenuti (2,5 + 0,2) hanno evidenziato un buon grado diaccoppiamento tra respirazione e fosforilazione nei mitocondri degli spermatozoi di soggettinormozoospermici. Abbiamo quindi voluto verificare se effettivamente esisteva una differenza tra ivalori di V3, V4 e ICR riscontrati in campioni di soggetti normozoospermici, e quindi con spermatozoidotati di buona motilità, e quelli ottenuti in campioni di soggetti astenozoospermici, in cui glispermatozoi presentavano una ridotta motilità.
In queste condizioni, i mitocondri si trovano nelle migliori condizioni per la determinazione della loro funzionalità: il trattamentoipotonico degli spermatozoi, infatti, consente la rottura della membrana plasmatica dei gameti ed i lavaggi sequenziali consentonodi allontanare i substrati citoplasmatici endogeni coinvolti nel metabolismo energetico.Sono state effettuate, quindi, delle determinazioni del consumo di ossigeno in campioni di cellule permeabilizzate in condizionibasali e dopo aggiunta di substrati metabolici, come piruvato e malato. La successiva aggiunta di ADP ha evidenziato un aumentodella velocità del consumo di ossigeno.
Come è evidente, nei campioni di spermatozoi con ridotta motilità è statariscontrata una significativa diminuzione della velocità nello stato attivo dellarespirazione (V3). Poichè i valori di V4 non hanno mostrato variazioni significative,anche i valori di ICR sono risultati significativamente più bassi.
Campioni
normozoospermici
Campioni
astenozoospermici
Motilità (%) 58,0 + 6,1 36,3 + 1,7
V3 (nmoli O2 · ml-1· min-1) 9,1 + 1,2 4,0 + 0,4
V4 (nmoli O2 · ml-1· min-1) 3,8 + 0,5 3,6 + 0,4
ICR 2,5 + 0,2 1,1 + 0,2
Indagine di routine da eseguire
nei centri di PMA
e nei laboratori di fisiopatologia seminale
per valutare la capacità degli spermatozoi
a fecondare la cellula uovo
METABOLISMO ENERGETICO MITOCONDRIALE
E INFERTILITA’ MASCHILE
Prof. VINCENZO ZARA
Dott.ssa ALESSANDRA FERRAMOSCALaboratorio di Biochimica
Di.S.Te.B.A.Università del Salento, Lecce
