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.
struttura
Sono 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.
5
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.
Epilessia
Demenza
Cancro: 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 betaossidazione (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.
