Mitocondri

MITOCONDRI
Mitocondri
Generazione di energia metabolica
MITOCONDRI:
generano energia dalla demolizione di lipidi,
carboidrati e aminoacidi
CLOROPLASTI:
(cellula vegetale) catturano e utilizzano
energia solare per generare ATP
PEROSSISOMI:
Partecipano alla demolizione degli acidi
grassi
Membrana esterna
Spazio intermembrana
Membrana interna
con creste
Matrice
pH matrice
=8
pH spazio
intermembrana = 7
Mitocondrio normale
mitocondrio in cellula
in apoptosi
La Membrana
Mitocondriale interna
Forma creste che si
estendono all’interno
della
Matrice Mitocondriale
Matrice e membrana
interna sono sede dei
processi mitocondriali
Mitocondri
MEMBRANA MITOCONDRIALE INTERNA
IL PRINCIPALE SITO DI PRODUZIONE
ATP
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# ha superficie elevata per la presenza delle
creste
# ricca di proteine
# impermeabile a Ioni e piccole molecole
# mantiene il gradiente protonico
°°°° e’ una barriera funzionale
Mitocondri
MEMBRANA MITOCONDRIALE ESTERNA
°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°
# permeabile a Ioni e piccole molecole perche’
contiene le Porine, canali per diffusione libera
Mitocondri
La maggior parte dei componenti proteici di
queste strutture viene sintetizzata sui
ribosomi citoplasmatici liberi
… ma --> MITOCONDRI e CLOROPLASTI
Contengono un genoma proprio
Mitocondri
I MITOCONDRI si replicano autonomamente
all’interno della cellula replicando anche il
proprio DNA
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# i mitocondri presenti nelle cellule umane
sono esclusivamente di
ORIGINE MATERNA
Mitocondri
Il GENOMA MITOCONDRIALE UMANO
- Codifica per tutti gli RNA ribosomiali e per
molti RNA transfer mitocondriali
- Codifica per 13 proteine necessarie al
trasporto di elettroni ed alla fosforilazione
ossidativa
Tutte le altre proteine derivano dal GENOMA
NUCLEARE --> importate al mitocondrio
Mitocondri
Le Proteine da importare (sintetizzate sui
ribosomi liberi citoplasmatici) entrano nel
mitocondrio grazie ad una
Sequenza di localizzazione mitocondriale
ricca di aa carichi positivamente
15-35 aa che vengono rimossi una volta che la
proteina e’ entrata nel mitocondrio
Degradazione delle macromolecole
(lisosomi, perossisomi, citoplasma)
Prima degradazione dei componenti
di base delle macromolecole
(citoplasma)
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INGRESSO NEL MITOCONDRIO
Completa degradazione a:
- CO2
- NH3
- H2O
-SINTESI DELL’ATP
Carboidrati --> prima ossidazione
GLICOLISI
Amminoacidi
deaminati
Acidi Grassi
O2
piruvato
Seconda ossidazione
Ciclo di Krebs
CO2
ATP
GLUCOSIO
C6H12O6--> 6CO2 + 6H2O
ΔG<0
La reazione e’ suddivisa in 4 passaggi:
1)GLICOLISI
2)CICLO DI KREBS (acido citrico)
3) CATENA DI TRASPORTO DEGLI
ELETTRONI
4) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
1) GLICOLISI
avviene nel CITOPLASMA
2) CICLO DI KREBS (acido citrico)
3) CATENA DI TRASPORTO DEGLI
ELETTRONI
4) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
avvengono nel MITOCONDRIO
Glicolisi
ESOCHINASI
Esochinasi
viene inibito a
Feedback negativo
dal Glucosio-6-P
Se Glucosio-6-P
FOSFOFRUTTO accumula, diventa
CHINASI
glucosio-1-P e
devia alla sintesi
del GLICOGENO
TAGLIO
MOLECOLA
da 6 a 3
atomi di C
STEP INIZIALE
CONSUMO DI
ENERGIA
reazioni in doppio
molecole a 3 atomi
di carbonio
RILASCIO
DI ENERGIA
Ingresso nel mitocondrio
GLICOLISI
GLUCOSIO --> PIRUVATO
Consumo di
Ricavo di
2 ATP
4 ATP
------2 ATP
x iniziare le reazioni
2 per ogni trioso
+ 2 molecole di NAD+ --> NADH
ulteriore ATP
via fosforilazione
ossidativa
GLICOLISI
divisa in 2 parti:
A. di ATTIVAZIONE (consumo ATP)
B. di PRODUZIONE (Glicolitico)
Ogni tappa della via glicolitica utilizza un enzima
specifico
Reazione finale:
C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD+ --> 2piruvato+2NADH+2ATP
NEI LIEVITI
LIEVITO DI BIRRA
Saccharomyces cerevisiae
Condizioni
Aerobiche
nel
CO2 --> Lievitazione del pane
EtOH -->gradzione alcoolica
mitocondrio
Il PIRUVATO in
- Condizioni anaerobiche:
va a lattato oppure ad etanolo
- Condizioni aerobiche
entra nel mitocondrio
L’ACETIL COENZIMA A entra nel
CICLO DI KREBS o dell’ACIDO CITRICO
L’ACETIL COENZIMA A entra nel
CICLO DI KREBS o dell’ACIDO CITRICO
gli enzimi del ciclo di Krebs sono tutti
nella MATRICE MITOCONDRIALE
L’Acetil-CoA puo’ derivare dal Piruvato, ma
anche dalla beta-ossidazione degli acidi
grassi
Mitocondri
-Metabolismo del GLUCOSIO
Inizia nel citosol (in assenza di O2)
glucosio --> piruvato
Continua e termina nel mitocondrio
piruvato --> acetil-CoA
Acetil-CoA --> CO2 +H2O +(ATP)n
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2 meccanismi per generare ATP
- FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL
SUBSTRATO
- FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
Mitocondri
La FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA richiede:
1.Un sistema che GENERA ELETTRONI ad elevati livelli
energetici
[Ciclo di Krebs]
2. Un sistema di TRASPORTO DEGLI ELETTRONI in grado
di creare un gradiente di protoni (H+)
[membrana mitocondriale interna]
3. Un sistema che GENERA ATP che sfrutta il gradiente
protonico (H+)
[ATP sintetasi --> la vera fosforilazione ossidativa]
<-- acidi grassi provenienti dalla idrolisi dei trigliceridi
Entrano nel mitocondrio
viene rilasciata una molecola di FADH2 ed una di
NADH ad ogni ciclo di beta-ossidazione
Da un acido grasso C18 si ottengono
9 molecole di Acetil-CoA
<-- viene rimosso un Acetil-CoA
ad ogni ciclo di beta-ossidazione
l’Acetil-CoA entra nel ciclo di Krebs
Gli elettroni liberati dal
Ciclo di Krebs vengono
catturati da NADH e
FADH2 e rilasciati ai
complessi che
trasportano elettroni
presenti sulla membrana
mitocondriale interna.
Infine gli elettroni si
accoppiano all’O2
molecolare e H+ dando
H2O
Il passaggio di elettroni dal
NADH --> O2
libera molta energia
°°°°°°°°°°
L’energia viene suddivisa in
salti nella
CATENA DI
TRASPORTO
DEGLI ELETTRONI
passata ai PROTONI che
formano il GRADIENTE
ELETTROCHIMICO
ai lati della
MEMBRANA
MITOCONDRIALE INTERNA.
Elettroni dal NADH
Coenzima Q
(Ubichinone)
Citocromo C
Elettroni dal FADH2
Mitocondri
Ogni trasporto di elettroni (complesso I, III e IV) è accoppiato al
trasporto di protoni (H+) dall’interno all’esterno della membrana
mitocondriale interna
GRADIENTE PROTONICO
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10 H+ x ogni 2e- del NADH
6 H+ x ogni 2e- del FADH2
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I protoni possono rientrare nella matrice solo
attraverso un trasportatore per protoni presente
nella ATP sintetasi
Mitocondri
ATP Sintetasi (Complesso V) ## 2 componenti:
- Fo --> intramembrana = transito di H+
- F1 --> utilizza l’energia degli H+ per sintetizzare
ADP + Pi --> ATP
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L’ENERGIA POTENZIALE associata al
GRADIENTE ELETTROCHIMICO
dovuta al
GRADIENTE PROTONICO
Viene trasformata in energia cinetica, nel flusso di protoni verso la
matrice attraverso Fo del complesso V della fosforilazione
ossidativa (ATP sintetasi)
Mitocondri
DEMOLIZIONE DEL
GLUCOSIO
x GLICOLISI
4 molecole
ATP
(direttamente)
x CICLO DI KREBS
10 molecole di NADH
2 molecole di FADH2
e- ---> O2
TOTALE
36-38 molecole
di ATP
FOSFORILAZIONE
OSSIDATIVA
32-34 molecole di ATP
(indirettamente)
PEROSSISOMI
Assemblaggio e divisione dei
PEROSSISOMI
Si replicano per divisione come i
mitocondri, ma non contengono
genoma proprio
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I perossisomi sono organelli
racchiusi da membrana che
contengono enzimi del
METABOLISMO ENERGETICO
Durante le reazioni di ossidazione degli acidi
grassi, i Perossisomi producono
H2O2 (acqua ossigenata)
e la degradano tramite la CATALASI ad
O2 ed H2O