Mitocondri. -sono visibili al MO (Ø 0,5 µ e lunghezza da 1 a 6 µ) -assenti nei batteri e presenti in tutte le cellule eucariotiche

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1 Mitocondri sono organelli deputati alla produzione dell energia, capaci di ossidare i prodotti dell assorbimento intestinale degradandoli e di convertire l energia liberata in ATP processo chiamato respirazione cellulare -sono visibili al MO (Ø 0,5 µ e lunghezza da 1 a 6 µ) -assenti nei batteri e presenti in tutte le cellule eucariotiche -forma, dimensioni e distribuzione intracellulare sono soggetti a continui cambiamenti in base allo stato funzionale della cellula -sono da 1000 a 2000 in una cellula normale ma il numero può variare -i mitocondri subiscono rapide e profonde alterazioni per effetto di agenti tossici e patogeni sono sensibili indicatori di condizioni di sofferenza cellulare -i mitocondri degenerati sono avvolti da lisosomi (autofagosoma)

2 Struttura sono definiti da due membrane concentriche che delimitano uno spazio intermembrana -una membrana mitocondiale esterna (50% lipidi, 50% proteine) permeabile grazie alla presenza di porine -una membrana mitocondriale interna (rapporto proteine/lipidi 3:1), priva di colesterolo, ricca di cardiolipina -altamente impermeabile -ricca di proteine coinvolte nella cattura e rilascio del Ca++

3 -in genere orientate all asse longitudinale -il loro numero è variabile - possono subire cambiamenti strutturali reversibili All interno sono presenti una serie di pieghe membranose chiamate creste

4 Le membrane dividono il mitocondrio in due compartimenti pieni di fluido -uno al centro detto matrice gel con alta concentrazione di proteine idrosolubili, ribosomi e DNA circolare a doppio filamento -può presentare grandi granuli densi che si pensa deputati a legare cationi bivalenti -uno tra le membrane detto spazio intermembrana in continuità con il citosol

5 dalla membrana interna sporgono nella matrice delle sferette chiamate complessi F1 ciascun complesso F1 è collegato tramite un breve peduncolo proteico ad un complesso Fo Il complesso FoF1 è una ATP sintetasi

6 I mitocondri hanno: - un proprio DNA di tipo batterico, - hanno ribosomi, trna, RNA ribosomiali ed mrna per una propria modesta sintesi proteica (13 polipeptidi) - hanno una DNA polimerasi originano da mitocondri preesistenti, duplicandosi come batteri nei mammiferi i mitocondri sono soltanto di origine materna

7 Funzione dei mitocondri: ruolo centrale nella respirazione aerobia e produzione di ATP

8 Il funzionamento della cellula richiede la disponibilità continua di energia La respirazione cellulare è un processo mediante il quale le cellule viventi ottengono energia dalle molecole organiche molecole organiche + O2 CO2 + H2O + Energia La prima tappa della degradazione del glucosio avviene nel citoplasma, dove il glucosio, assunto dall esterno, viene degradato a 2 molecole di piruvato con liberazione di energia in un processo chiamato glicolisi La glicolisi è evolutivamente molto antica GLICOLISI sequenza di reazioni in dieci tappe che converte una molecola di glucosio in due molecole di piruvato Gli enzimi della glicolisi si trovano nel citosol La degradazione di ogni molecola di glucosio richiede 2 molecole di ATP e ne produce 4

9 Il destino del piruvato dipende dalla disponibilità di ossigeno In condizioni aerobie il piruvato si trasforma in una forma attivata dell acetato In condizioni di anaerobiosi il piruvato si trasforma in lattato (nella maggior parte delle cellule animali) o in etanolo e CO2 (nella maggior parte delle cellule vegetali)

10 respirazione cellulare il piruvato attraversa la membrana mitocondriale e si localizza nella matrice dove viene trasformato in acetato gruppo acetile La seconda tappa consiste nel ciclo di Krebs (Nobel 1953) in cui si liberano 2 molecole di CO2 e per deidrogenazione atomi di idrogeno che si legano a dei vettori e si formano 3 NADH ed un FADH2 Si forma un ATP con il GTP come intermedio

11 La Terza tappa è rappresentata dalla catena respiratoria I nucleotidi NADH e FADH2 ridotti composti ad alto contenuto energetico sono trasferiti dalla matrice sulle creste. Essi cedono gli atomi di idrogeno tolti al substrato e tornano alla forma ossidata gli e- vengono trasferiti ad una catena di trasporto formata da 5 grossi aggregati di proteine chiamati trasportatori di elettroni della catena respiratoria

12 Il trasferimento di elettroni rilascia una grande quantità di energia che viene utilizzata per generare un gradiente elettrochimico di protoni Il trasferimento di e- è accompagnato dal pompaggio unidirezionale di protoni dalla matrice verso l esterno e fornisce la forza necessaria alla sintesi di ATP (Mitchell Nobel 1978) La quarta tappa dalla sintesi di ATP o fosforilazione ossidativa il fosfato è aggiunto all ADP impiegando l energia prodotta dall ossidazione La reazione è catalizzata dall enzima ATP-sintetasi (Boyer e Walker Nobel 1997)

13 La prima fase della glicolisi Glucosio (6C) è degradata in 2 Phosphoglyceraldehyde - molecole a 3 atomi di carbonio Questo richiede due ATP - 2 ATP La seconda fase della glicolisi 2 PGAL's (3C) vengono convertiti in due piruvato Questo crea 4 ATP e 2 NADH La produzione netta di ATP è di 2 ATP il piruvato viene ossidato per formare acetil-coa, Il gruppo acetile entra nel ciclo di Krebs 2 NADH sono generati (1 per piruvato) 2 CO 2 sono rilasciate (1 per piruvato) + 4 ATP + 2 NADH + 2 NADH Il ciclo di Krebs 6 NADH (3 per ogni Acetil CoAche entra) + 6 NADH 2 FADH 2 (1 per ogni Acetil CoA che entra) + 2 FADH 2 2 ATP (1 per ogni Acetil CoA che entra) + 2 ATP 4 CO 2 vengono rilasciati (2 per Acetil CoA che entra) Produzione energetica netta nella respirazione aerobica Glicolisi: 2 ATP Ciclo di Krebs: 2 ATP fosforilazione ossidativa: 32 ATP Ogni NADH prodotto nella glicolisi vale 2 ATP (2 x 2 = 4) - il NADH vale 3 ATP, ma costa un ATP per il trasporto del NADH nei mitocondri, quindi c'è un guadagno netto di 2 ATP per ogni NADH prodotto in glicolisi Ogni NADH prodotto nella trasformazione del piruvato in acetil-coa e ciclo di Krebs vale 3 ATP (8 x 3 = 24) Ogni FADH 2 vale 2 ATP (2 x 2 = 4) = 32 PRODUZIONE NETTA: 36 ATP! Produzione di energia sarebbe di 38 ATP ma ne servono 2 per trasportare il NADH nei mitocondri