Il mitocondrio S.Beninati.

Presentazione sul tema: "Il mitocondrio S.Beninati."— Transcript della presentazione:

1 Il mitocondrio S.Beninati

2 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.

3 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)

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

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.

6 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).

7 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),

8 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.

9 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.

10 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.

11 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.

12 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.

13 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.

14 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

15 Funzioni La funzione più importante del mitocondrio consiste nell'estrarre energia dai substrati organici (amminoacidi, zuccheri e grassi) per produrre adenosintrifosfato (ATP) in un processo definito Respirazione Cellulare.

16 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.

17 Respirazione cellulare
La respirazione cellulare che si attua in presenza di ossigeno comprende: La glicolisi aerobica Il ciclo di krebs La fosforilazione ossidativa

18 CO2 + H2O

19 Produzione di energia È la funzione principale del mitocondrio e viene svolta utilizzando il principale prodotto della glicolisi (glucosio) e della beta-ossidazione (grassi): l’acetil Coenzima A Questo viene sfruttato in due processi: il ciclo di Krebs la fosforilazione ossidativa.

20 Glicolisi aerobica Nel citoplasma gli zuccheri sono inizialmente trasformati in glucosio e questo è demolito con reazioni che avvengono in assenza 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.

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22 Glicolisi Le reazioni finali di demolizione del glucosio possono 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 in 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.  

23 Resa energetica I prodotti della glicolisi aerobia sono 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.

24 O2 O2 Acido lattico (fermentazione)

25 H2O H2O H2O

26 Foforilazione ossidativa
La fosforilazione ossidativa è un processo biochimico cellulare per la produzione di ATP nei mitocondri, fondamentale e ubiquitario. Si tratta della fase finale della respirazione cellulare, dopo glicolisi e ciclo di Krebs.

27 Negli eucarioti, si attua nelle creste mitocondriali, mentre nei procarioti, nella membrana cellulare. La fosforilazione ossidativa si divide in due fasi: Catena di trasporto degli elettroni sintesi di ATP tramite fosforilazione di ADP dall'enzima ATP sintasi

28 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.

29 Perossisomi I perossisomi esercitano molte azioni che vanno dall'ossidazione degli acidi grassi a lunga catena (detta beta-ossidazione), alla sintesi del colesterolo e degli acidi biliari nelle cellule epatiche. Intervengono altresì nel metabolismo degli amminoacidi e delle purine e prendono parte al processo di smaltimento dei composti metabolici tossici. (vedi lezione 12 citologia)