Struttura del Mitocondrio Due membrane

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1 Mitocondri

2 Mitocondri

3 Mitocondri Organello con doppia membrana 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

4 Struttura del Mitocondrio Due membrane Membrana esterna membrana interna che si ripiega all interno Chiamate creste

5 Struttura del Mitocondrio 3D

6 Composizione molecolare Molto ricco in proteine, anche nelle membrane dove formano sia pori che complessi enzimatici. Presenza di DNA e RNA

7 Membrana esterna regola: - entrata e uscita di macromolecole Simili alle porine dei batteri

8 Membrana esterna regola: - entrata e uscita di proteine Traslocasi TOM e TIM

9 Membrana esterna regola: - interazione e movimento lungo il citoscheletro Mitocondri Filamenti di Actina

10 Membrana interna presenta gli enzimi per la respirazione cellulare

11 La matrice è sede di molte attività enzimatiche (ciclo di Krebs, sintesi proteica ) e contiene il DNA mitocondriale ciclo di Krebs

12 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

13 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

14 Fusione e Fissione

15

16 Fusione: Mitofusina 1 e 2 (membrana esterna) OPA1 (Membrana interna) Fissione: DRP1/Dnm1l (famiglia delle dinamine) Fis1 (associata alla membrana esterna)

17 Fusione e Fissione Wild type Mitofusin mutant

18 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

19 Mitocondri con diversa morfologia Condensati-alti livelli di fosforilazione ossidativa Ortodossi-bassi livelli di fosforilazione ossidativa

20 Nella maggior parte dei mitocondri le creste sono arrangiate in ripiani Nelle cellule secernenti steroidi abbiamo Creste Tubulari

21 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

22 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

23 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

24 Energia prodotta attraverso glicolisi Ciclo di Krebs meno importante Anaerobiosi è un vantaggio Neutrofili Possono uccidere batteri ed eliminare residui in zone scarsamente ossigenate Tessuti infiammati o necrotici

25 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)

26 Epatociti Fino a 1000 mitocondri per cellula Cellule molto attive metabolicamente Detossificano e producono bile Cellule con abbondanza di molti organelli

27 Contrazione continua richiede molto ATP Muscolo Cardiaco

28 Muscolo Scheletrico Alta richiesta di energia Specialmente le Fibre Rosse

29 ATP necessario per il movimento delle ciglia Ciglia aiutano il movimento del muco nella trachea e dell oocita nella tuba uterina Cellule cigliate

30 Terminale sinaptici dei neuroni Vescicole contengono i neurotrasmettitori Mitocondri forniscono l energia per l attività sinaptica

31 Coda dello spermatozoo Flagello permette il movimento dello spermatozoo per raggiungere l oocita Richiede ATP per il movimento FH 18.7

32 T. Adiposo bruno (animali in letargo) Sympathetic nerve ending Produzione di calore dovuta alla presenza di numerosi mitocondri in seguito trasmesso ai capillari sanguigni circostanti FH 4.13d

33 Attività metaboliche del mitocondrio

34 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 + P i + 7,3 Kcal = ATP C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O+ 680Kcal

35 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

36 Metabolismo energetico dei mitocondri

37 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)

38 Glicolisi (nel citosol) 1 Glucosio (6C) 2 Piruvato (3C) 2 ATP 2 NADH Senza ossigeno Con ossigeno

39 Ciclo di Krebs o degli acidi tricarbossilici (nella matrice) 1 Piruvato (3C) 3 CO2 (1C) 1 FADH 2 4 NADH 1 ATP 1 Ac-CoA

40 Nicotinammide adenina dinucleotide NADH Flavin-adenin-dinucleotide FADH2 Coenzimi ossidoriduttivi: accettano e cedono protoni ed elettroni.

41 b-ossidazione degli acidi grassi Ciclo di Krebs

42 Fosforilazione ossidativa (nella membrana interna)

43 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

44 Fosforilazione ossidativa: ATP sintetasi

45 Glucosio (6C) 36 ATP Acido Palmitoico (16C) 108 ATP Intrappolato il 40% dell energia del glucosio

46 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

47 Granuli nella Matrice Sono accumuli di fosfato di calcio Aiutano a mantenere bassi livelli di calcio (Ca 2+ ) nel citosol

48 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

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