Citologia - Mitocondri e cloroplasti

I MITOCONDRI

Sono organelli presenti negli organismi eucarioti, animali e vegetali. Vengono considerati il centro energetico della cellula. Al loro interno avviene la RESPIRAZIONE CELLULARE: produzione di energia sottoforma di molecole ATP (adenosinatrifosfato).

⚠ I mitocondri saranno presenti in quantità maggiore in cellule che richiedono un grande consumo di ATP.

STRUTTURA:

Organello cellulare di forma differente a seconda della tipologia di cellula, con diametro compreso tra 0,5-1 µm e lunghezza di 1-6 µm. È costituito da due membrane indipendenti e altamente specializzate, tra le quali vi è uno spazio: spazio intermembrana, costituito dalla matrice intermembrana.

Le parti che lo compongono sono:

• MEMBRANA ESTERNA
• SPAZIO INTERMEMBRANA (camera esterna)
• MEMBRANA INTERNA
• MATRICE MITOCONDRIALE (camera interna)

MEMBRANA ESTERNA (50% lipidi 50% proteine di forma regolare)

La membrana esterna delimita il perimetro del mitocondrio. Contiene...

Mitochondrial membrane), che riconoscono specifiche sequenze segnale presenti nelle proteine da trasportare. La membrana interna è selettivamente permeabile e composta per il 20% da lipidi e per l'80% da proteine. La sua forma irregolare è dovuta alle creste che generano pieghe e introflessioni, aumentando così la superficie della membrana. La concentrazione di ioni e piccole molecole come il glucosio nello spazio intermembrana è identica a quella citoplasmatica.Il trasporto di molecole e ioni è mediato da vari complessi di membrana specifici per i diversi tipi di molecole, che partecipano al trasporto degli elettroni. La membrana interna presenta delle particelle (particelle elementari), sulle quali sono disposti in serie ordinate gli enzimi (4 complessi della catena di trasporto degli elettroni e l'enzima ARP-Sintasi) della respirazione (fosforilazione ossidativa). I 4 complessi della membrana interna che, durante la fosforilazione ossidativa, trasportano gli elettroni sono: - ATP sintetasi (F + F0) - NADH-Coenzima Q reduttasi (composto da 40 proteine che ricevono elettroni dal NADH e li trasportano al coenzima-Q CoQ) - Coenzima QH2-citocromo C reduttasi (11 proteine ricevono elettroni dal CoQ ridotto e li trasportano al citocromo C) - Citocromo C ossidasi (riceve elettroni dal citocromo C e li trasferisce a O2) *A differenza della membrana plasmatica,

Questa NON contiene colesterolo.

MATRICE MITOCONDRIALE

La matrice mitocondriale (MITOPLASMA) è una soluzione densa e ricca di molecole. Nella matrice mitocondriale sono contenuti gli enzimi coinvolti nei processi metabolici del mitocondrio (ciclo di Krebs e Beta-ossidazione) e i loro substrati energetici, le molecole di DNA mitocondriale*, i ribosomi (MITORIBOSOMI) e granuli contenenti ioni calcio (Ca2+) o altre molecole.

All'interno della matrice avviene il Ciclo di Krebs e vi è poi il complesso della fosforilazione ossidativa.

STATI DEL MITOCONDRIO E DIMENSIONI

• MITOCONDRIO A RIPOSO (forma ortodossa): la matrice occupa gran parte dello spazio (poca camera esterna);
• MITOCONDRIO CON ATTIVITÀ METABOLICA (forma condensata): si amplia lo spazio intermembrana (camera esterna espansa).

IL DNA MITOCONDRIALE

Il mitocondrio presenta un proprio DNA, diverso da quello nucleare, ma nonostante sia quindi in grado di sintetizzare proteine autonomamente, esso importa delle proteine

proteina, si legano a una proteina di membrana chiamata TOM (Translocase of the Outer Membrane). La TOM complex è responsabile del riconoscimento e del trasporto delle proteine attraverso la membrana esterna del mitocondrio. TIM COMPLEXUna volta attraversata la membrana esterna, la proteina viene riconosciuta e trasportata attraverso la membrana interna dal TIM (Translocase of the Inner Membrane) complex. Questo complesso proteico è responsabile del trasporto delle proteine nella matrice mitocondriale. IMPORTAZIONE DI PROTEINE DI MEMBRANA MITOCONDRIALELe proteine di membrana mitocondriale vengono importate attraverso canali proteici chiamati TOM e TIM. Questi canali permettono il passaggio delle proteine attraverso le membrane esterna e interna del mitocondrio. IMPORTAZIONE DI PROTEINE SOLUBILI NELLA MATRICE MITOCONDRIALELe proteine solubili nella matrice mitocondriale vengono importate attraverso il TOM complex e il TIM complex. Una volta attraversata la membrana interna, queste proteine vengono rilasciate nella matrice mitocondriale. IMPORTAZIONE DI PROTEINE DI MEMBRANA INTERNA MITOCONDRIALELe proteine di membrana interna mitocondriale vengono importate attraverso il TOM complex e il TIM complex. Una volta attraversata la membrana interna, queste proteine vengono inserite nella membrana interna del mitocondrio. CONCLUSIONEIl processo di importazione delle proteine nei mitocondri è un processo complesso che coinvolge diversi complessi proteici e meccanismi di riconoscimento. Questo processo è essenziale per il corretto funzionamento dei mitocondri e per la produzione di energia all'interno delle cellule eucariotiche.

proteina (α-elica), sono posizionati su uno stesso lato. Per permettere il passaggio della proteina, dei traslocatori della membrana interna si legheranno a dei traslocatori su quella esterna (vengono unite le due membrane), formando un canale unico: SITO DI CONTATTO.

COMPLESSI DI TRASLOCAZIONE SULLA MEMBRANA ESTERNA: TOM COMPLEX e SAM COMPLEX.

COMPLESSI DI TRASLOCAZIONE SULLA MEMBRANA INTERNA: TIM 23 COMPLEX, TIM 22 COMPLEX e OXA COMPLEX.

PROCESSO DI ENTRATA NEL MITOCONDRIO:

1. Sul traslocatore della membrana esterna (TOM), un recettore della sequenza segnale, riconosce la sequenza segnale della proteina da importare. La sequenza segnale, dunque, si aggancia al recettore.
2. Srotolamento della proteina in struttura primaria grazie a delle chaperonine citoplasmatiche (proteine che intervengono nel corretto ripiegamento/srotolamento). Struttura rettilinea.
3. La proteina passa attraverso il canale, formato dal complesso del traslocatore TOM (membrana esterna) e TIM 23 (membrana interna).

Essa entra nella matrice mitocondriale (grazie a chaperonine mitocondriali) e dopo la rimozione della sequenza segnale (grazie ad una peptidasi del segnale), è libera di riacquistare la sua struttura secondaria.

Hsp 70 ATPase (chaperonina mitocondriale associata al traslocatore TIM 23 richiede energia)

PROCESSO DI ENTRATA E STAZIONAMENTO NELLO SPAZIO INTERMEMBRANA:

a. La proteina presenta una sequenza segnale idrofobica nel mezzo. Dopo che la proteina è entrata nella matrice, la seconda sequenza segnale si aggancerà al complesso di traslocazione OXA. La sequenza segnale rimane bloccata nella membrana e la proteina resta inserita nello spazio intermembrana.

b. La proteina presenta una sequenza segnale idrofobica subito dopo la sequenza segnale di importazione (la parte idrofobica può essere classificata come il segnale di stop). Dopo che la sequenza segnale ha attraversato TOM e TIM 23, la sequenza idrofobica non consente alla proteina di entrare nella matrice e la proteina rimane nello spazio intermembrana.

della membrana interna
entrare nel mitocondrio e, di conseguenza, la parte idrofobica rimane inserita
con il resto della proteina nello spazio intermembrana.
Se nello spazio intermembrana è presente una PROTEASI DEL SEGNALE, dopo l'inserimento della partec. idrofobica nella membrana interna, l'enzima taglia la sequenza segnale e la proteina rimane libera nello spazio
intermembrana.
PROCESSO DI ENTRATA E INSERIMENTO NELLA MEMBRANA INTERNA:
Non è necessario il segmento idrofobico, vengono sfruttate delle chaperonine situate nello spazio intermembrana.
Dopo che la proteina attraversa il traslocatore TOM, delle chaperonine situate nello intermembrana, si agganciano ad essa.
La proteina viene riconosciuta dal complesso TIM 22 e le parti idrofobiche si inseriscono nella membrana formando delle
sporgono all'interno della camera interna
anidrofiliche, che ed esterna. Intervengono delle chaperonine per permettere il
corretto ripiegamento della proteina nella membrana.

CLOROPLASTIe si trovano all'interno diFanno parte dei proto-plastidi cellule appartenenti ad organismi vegetali.All'interno di questo organulo si svolge il processo della fotosintesi clorofilliana: l'energia luminosa viene catturata daipigmenti di clorofilla (e non solo) e viene convertita in energia chimica (ATP e NADPH).

STRUTTURA:

• MEMBRANA ESTERNA (permeabilea molte molecole)
• SPAZIO INTERMEMBRANA
• MEMBRANA INTERNA(selettivamente permeabile, attraversatasolo da specifiche proteine di trasporto)
• STROMA (liquido interno che contienemolti enzimi metabolici, granuli diamido o lipidi, DNA circolare e ribosomisimili a quelli nei batteri). All'internodello stroma si trovano anche dellemembrane denominate TILACOIDI, incui avvengono le prime fasi dellafotosintesi. Lo spazio interno deitilacoidi è denominato lumen.

A seconda della forma posseduta dai tilacoidi, possono esserci:

• GRANA DI TILACOIDE (forma disco impilati)
• LAMELLAE STROMATICHE/TILACOIDI INTERGRANA

(connettono la grana tra loro). La diversa struttura dei tilacoidi rappresenta una diversa ripartizione dei complessi fotosintetici: FOTOSISTEMA I (PSI) localizzato a livello lamelle stromatiche e il FOTOSISTEMA II (PSII), localizzato nei dischi dei grana.