Biologia cellulare - i mitocondri

BIOLOGIA CELLULARE E MOLECOLARE — CORSO AVANZATO Moduli: 01-05 (Completo)

Manuale Integrato di Bioenergetica Livello: Universitario / L-13

Mitocondriale & LM-6

Argomento: Il Mitocondrio

Sintesi del Corso: Il mitocondrio è l'organello centrale della respirazione cellulare e

dell'omeostasi metabolica negli eucarioti. Oltre alla generazione di ATP mediante

fosforilazione ossidativa, regola il segnale di apoptosi, la gestione delle specie

2+

reattive dell'ossigeno (ROS), l'omeostasi dello ione Ca e l'integrazione delle vie

biosintetiche della cellula.

Modulo 1: Architettura Subcellulare e Compartimentazione

I mitocondri sono organelli pleiomorfi e dinamici dotati di un sistema a doppia membrana, ciascuna

caratterizzata da una composizione lipidica e proteica specifica che ne riflette le funzioni specializzate:

MEMBRANA ESTERNA (OMM) MEMBRANA INTERNA (IMM)

Altamente permeabile grazie alle porine (VDAC). Altamente selettiva e priva di colesterolo; arricchita del

Permette il libero passaggio di metaboliti fino a ~5 kDa. fosfolipide doppio cardiolipina (~20%). Le

Sede di enzimi come la monoamino ossidasi e la acil- invaginazioni (creste) ospitano i complessi della catena

CoA sintetasi. respiratoria.

I Compartimenti Interni

Spazio Intermembrana (IMS): Presenta un ambiente ionico e di soluti simile al citosol per via della

+

porosità della OMM. Accumula lo stock di protoni (H ) generato dai complessi respiratori ed ospita

fattori pro-apoptotici tra cui il Citocromo c, Smac/DIABLO ed Endonucleasi G.

Matrice Mitocondriale: Compartimento gel-simile ad elevata densità proteica. Contiene il complesso

della piruvato deidrogenasi (PDH), gli enzimi del ciclo di Krebs, i macchinari della β-ossidazione, il

genoma mitocondriale (mtDNA) e i ribosomi di tipo batterico (70S).

1.2 Modello della Membrana e Trasporto di Protoni

4H 4H 2H

⁺ ⁺ ⁺

I II III IV

IMM (Cardiolipina) F F -Sintasi

₀ ₁

ADP + Pi → ATP

Appunti di Biologia Cellulare — Il Mitocondrio ed Energia Cellulare Pagina 1 di 5

Modulo 2: La Catena di Trasporto degli Elettroni (ETC)

La catena di trasporto degli elettroni è costituita da quattro complessi multiproteici immersi nella

membrana interna e due trasportatori mobili: il Coenzima Q (Ubichinone), liposolubile, e il Citocromo c,

proteina idrosolubile periferica dell'IMS. +

Complesso Nomenclatura Enzymatica Gruppi Prostetici / Cofattori Stechiometria H

NADH:Ubichinone +

Complesso I FMN, Centri Ferro-Zolfo [Fe-S] 4 H espulsi

Ossidoreduttasi

Succinato Deidrogenasi (Ciclo +

Complesso II FAD, Centri [Fe-S], Eme b 0 H espulsi

Krebs) Eme b , Eme b , Proteina di Rieske

CoQH :Citocromo c L H

2 +

Complesso III 4 H (Ciclo Q)

[2Fe-2S], Eme c

Ossidoreduttasi 1

Eme a, Eme a , Centri Rame Cu e

3 A +

Complesso IV Citocromo c Ossidasi 2 H espulsi

Cu B

2.1 Termodinamica e Meccanismo del Ciclo Q

Il flusso di elettroni è guidato dal potenziale di riduzione standard (E'°), che aumenta progressivamente

dal rame/NADH (-0.32 V) fino all'ossigeno molecolare (+0.82 V), l'a