Mitocondri
Mitocondri
Mitocondri
• Organello con doppia membrana
• 0.5-1.0 micron di larghezza,
fino a 10 micron di lunghezza
• Presente in tutte le cellule
• Principale centrale energetica della
cellula
• Energia accumulata sotto forma di
ATP
• ATP prodotto tramite il processo
della respirazione cellulare
Struttura del Mitocondrio
Due membrane
– Membrana esterna
– membrana interna che si
ripiega all’interno
• Chiamate creste
Struttura del Mitocondrio 3D
Composizione molecolare
• Molto ricco in proteine, anche nelle
membrane dove formano sia pori che
complessi enzimatici.
• Presenza di DNA e RNA
Membrana esterna regola:
- entrata e uscita di macromolecole
Simili alle porine dei batteri
Membrana esterna
regola:
- entrata e uscita di
proteine
Traslocasi TOM e TIM
Membrana esterna regola:
- interazione e movimento lungo il citoscheletro
Mitocondri
Filamenti di
Actina
Membrana interna presenta gli enzimi
per la respirazione cellulare
La matrice è sede di molte attività enzimatiche (ciclo di
Krebs, sintesi proteica…) e contiene il DNA mitocondriale
ciclo di Krebs
DNA mitocondriale
Nel mitocondrio ci sono
circa 3000 proteine…
molte sono codificate da
geni nucleari
Codice genetico simile ai batteri
mtDNA ereditato per via materna
Divisione
Mitocondri si dividono per semplice scissione
Non è collegata solo alla divisione cellulare
ma avviene continuamente, in dipendenza dalla loro attività
metabolica e dalla presenza di mitocondri danneggiati
Fusione e Fissione
Fusione:
• Mitofusina 1 e 2
(membrana
esterna)
• OPA1
(Membrana
interna)
Fissione:
• DRP1/Dnm1l
(famiglia delle
dinamine)
• Fis1 (associata
alla membrana
esterna)
Fusione e Fissione
Wild type
Mitofusin mutant
Varianti nella morfologia
• Creste differiscono per lunghezza, forma e
numero a seconda delle esigenze energetiche
della cellula
– Nella maggioranza delle cellule le creste attraversano
metà del mitocondrio.
• Creste corte significa poca richiesta di energia
– Cellule muscolari: creste attraversano tutto il
mitocondrio e hanno tantissime creste stipate
• Piu’ creste rappresentano piu’ richiesta di produrre
energia
Mitocondri con diversa morfologia
Condensati-alti livelli Ortodossi-bassi livelli di
fosforilazione ossidativa
di fosforilazione
ossidativa
• Nella maggior parte dei mitocondri
le creste sono arrangiate in ripiani
• Nelle cellule secernenti steroidi
abbiamo Creste Tubulari
Mitocondri “Classici”
Creste a ripiani
Attraversano metà della matrice
Mitocondri Attivi
Creste a ripiani strettamente impilate
Attraverso tutta la matrice
Mitocondri delle Cellule Secernenti Steroidi
Creste tubulari o circolari
Mitocondri quanti e dove?
• Tutte le cellule hanno un certo numero di
mitocondri
• La maggior parte dei mitocondri sono situati
in punti della cellula dove è necessaria piu’
energia
• Pochi mitocondri si trovano in cellule che
operano sotto condizioni anaerobiche
– Alcuni muscoli e le cellule del sangue
Cellule con pochi mitocondri
• Fibre muscolari
scheletriche tipo II
– “Fibre bianche”
– Contrazione rapida
– Lavorano in condizioni
di anaerobiosi (glicolisi)
• Epitelio della pelle
(squamoso stratificato
cheratinizzato)
– Specialmente le cellule che
non si dividono più
– Funzione protettiva
Neutrofili
• Energia prodotta
attraverso glicolisi
• Ciclo di Krebs meno
importante
• Anaerobiosi è un
vantaggio
– Possono uccidere batteri ed
eliminare residui in zone
scarsamente ossigenate
• Tessuti infiammati o necrotici
Mitocondri abbondanti
• Piu’ mitocondri si trovano in cellule che
necessitano piu’ energia:
– Cellule con motilità (spermatozoi)
– Cellule che si contraggono (c. muscolari)
– Cellule con intenso lavoro metabolico (fegato)
Epatociti
• Fino a 1000
mitocondri per
cellula
• Cellule molto
attive
metabolicamente
• Detossificano e
producono bile
• Cellule con
abbondanza di
molti organelli
Muscolo Cardiaco
• Contrazione
continua
richiede
molto ATP
Muscolo
Scheletrico
• Alta richiesta di
energia
• Specialmente le
“Fibre Rosse”
Cellule cigliate
• ATP necessario
per il movimento
delle ciglia
• Ciglia aiutano il
movimento del
muco nella
trachea e
dell’oocita nella
tuba uterina
Terminale sinaptici dei neuroni
• Vescicole contengono i
neurotrasmettitori
• Mitocondri forniscono l’energia
per l’attività sinaptica
Coda dello spermatozoo
• Flagello permette il movimento dello
spermatozoo per raggiungere
l’oocita
• Richiede ATP per il movimento
FH 18.7
T. Adiposo bruno
(animali in letargo)
• Produzione di
calore dovuta
alla presenza
di numerosi
mitocondri
• in seguito
trasmesso ai
capillari
sanguigni
circostanti
Sympathetic nerve ending
FH 4.13d
Attività metaboliche del mitocondrio
Metabolismo energetico
dei mitocondri
• Generare ATP
(molecola ad alto contenuto energetico)
tramite la degradazione di molecole carboniose
(Zuccheri, Lipidi)
(ossidazione dei legami C-C e C-H)
ADP + Pi + 7,3 Kcal = ATP
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2+ 6H2O+ 680Kcal
Come intrappolare l’energia prodotta dalla
degradazione di zuccheri o lipidi?
• Fosforilazione Ossidativa
– Il processo tramite cui i metaboliti cellulari
sono convertiti in ATP
– Usa elettroni provenienti dalle reazioni
biochimiche (ciclo di Krebs)
– Avviene nella membrana interna tramite
il sistema di trasporto degli elettroni
– Enzima chiave ATP-sintetasi
• Utilizza H+ gradiente per generare ATP
Metabolismo energetico dei mitocondri
Metabolismo energetico dei mitocondri
• Come viene degradato il glucosio
– Glicolisi (nel citosol)
– Ciclo di Krebs o degli acidi tricarbossilici
(nella matrice)
– Fosforilazione ossidativa
(nella membrana interna)
Glicolisi (nel citosol)
1 Glucosio
(6C)
2 Piruvato
(3C)
2 ATP
2 NADH
Senza ossigeno
Con ossigeno
Ciclo di Krebs o
degli acidi tricarbossilici
(nella matrice)
1 Piruvato
(3C)
1 Ac-CoA
3 CO2
(1C)
1 FADH2
4 NADH
1 ATP
Nicotinammide adenina dinucleotide
NADH
Flavin-adenin-dinucleotide
FADH2
Coenzimi ossidoriduttivi:
accettano e cedono protoni ed elettroni.
b-ossidazione degli acidi grassi
Ciclo di Krebs
Fosforilazione ossidativa (nella membrana interna)
Fosforilazione ossidativa (nella membrana interna)
• Si utilizzano le molecole di NADH e FADH2 prodotte
nella glicolisi e nel ciclo di Krebs
• Cedono elettroni alla catena respiratoria e ioni H+
nella matrice
• I complessi della catena respiratoria trasportano gli
elettroni all’ossigeno per produrre acqua
• Cambiamenti conformazionali indotti dal trasporto
degli elettroni permettono ai complessi della catena
respiratoria di far passare ioni H+ nello spazio
intermembrana contro il gradiente di concentrazione:
generazione di un potenziale elettrico e un gradiente
di pH
Fosforilazione ossidativa: ATP sintetasi
Glucosio (6C)
36 ATP
Acido
Palmitoico
(16C)
108 ATP
Intrappolato il 40% dell’energia del glucosio
Altre funzioni del mitocondrio
• Metabolismi dei lipidi:
- beta-ossidazione degli acidi grassi,
- alcuni eventi nella sintesi di ormoni steroidei
- sintesi di alcuni fosfolipidi (fosfatidil glicerolo e cardiolipina)
• Metabolismo degli aminoacidi
• Fosforilazione dei nucleosidi
• Produzione di calore: disaccoppiamento tra gradiente
protonico e sintesi di ATP
• Regolazione della morte cellulare programmata
• Omeostasi del calcio: connessioni tra mitocondri e RE
Granuli nella Matrice
• Sono accumuli di fosfato di calcio
• Aiutano a mantenere bassi livelli di
calcio (Ca2+) nel citosol
Regioni specifiche di contatto dell’RE con i mitocondri
(ER-Mitochondria Associated Membranes, MAM)
- sono riportate essere coinvolte in eventi molto importanti per la
fisiologia non solo del mitocondrio, ma di tutta la cellula
- le funzioni meglio caratterizzate riguardano il trasferimento di lipidi
e le dinamiche del calcio
MAM
