3. Morte cellulare

Un danno che interagisce con la membrana e la rende permeabile al calcio.

 La mancanza di ATP cellulare perché il calcio deve sempre essere tenuto all’esterno.

 Inoltre dobbiamo ricordare che il calcio è presente all’interno della cellula dentro il

 reticolo endoplasmatico, il quale è il deposito di Ca intracellulare (mantenuto dalle

calcio ATPasi: tanto consumo di ATP per mantenere il Ca ad alte concentrazioni dentro

queste cisterne)

Cosa provoca un eccesso di calcio citosolico?

1. Altera la composizione ionica: dà instabilità mitocondriale (anche il mitocondrio ha

le calcio ATPasi, ma a bassa attività quindi può captare calcio solo quando è presente in

elevate quantità). Il mitocondrio quindi comincia a captare il calcio e viene meno il

gradiente protonico e l’integrità delle membrane, facendo uscire il citocromo C ed

aumenta così il polo di transizione mitocondriale (collassa il gradiente protonico

mitocondriale) ; tutti questi fenomeni ovviamente provocano una diminuita sintesi di

ATP. Quindi anche il danno di membrana si ripercuote sul mitocondrio; in questo stato le

ATPasi devono lavorare tantissimo e consumano un sacco di ATP che non consumano

quando la cellula si mantiene uno stato di permeabilità normale per riuscire a mandare

via il calcio. Quindi: quando la cellula è danneggiata si ha maggiore consumo di ATP, con

la conseguente diminuzione di concentrazione della stessa all'interno della cellula, che

causa un interrompimento della funzionalità delle ATPasi.

2. Attiva molti enzimi:

Fosfolipasi : attaccano i fosfolipidi destrutturando la membrana stessa e gli acidi

 grassi che ne derivano hanno un effetto molto dannoso, sia in sede extracellulare

dove vengono tamponati dalle albumine, che in sede intracellulare dove, a livello

di mitocondri, disaccoppiando la fosforilazione ossidativa (amplificazione del

danno).

Proteasi: distruggono le proteine, in particolare quelle del citoscheletro dando la

 tipica conformazione della cellula che sta per morire; in alcuni casi la distruzione

del citoscheletro si accompagna all'accumulo di proteine particolari come i corpi

di Mallory.

Endonucleasi: danno condensazione e figure caratteristiche a livello nucleare.



Risulta adesso evidente come i danni mitocondriali e di membrana siano interconnessi; se si

danno inibitori delle fosfolipasi e delle proteasi si ha una parziale protezione da danno cellulare;

lo stesso se si usano antagonisti recettoriali per il calcio che riescono a non farlo passare dalla

membrana (rimane comunque molto difficile contrastare la morte da Ca). La morte da calcio

può essere riprodotta nelle cellule attraverso un calcio ionoforo (una sostanza che permette

l’entrata del calcio nelle cellule).

Il calcio quindi è causa di morte?

Certo partecipa a questo fenomeno, ma potremmo anche considerarlo come la via finale di

molte altre cause di morte (sembra quindi l’esecutore finale) e probabilmente è così. Un

esempio di morte da calcio e quello che avviene nei neuroni glutammatergici.Normalmente

il glutammato viene sintetizzato nella vescicola presinaptica, viene rilasciato nella sinapsi e

trova dei recettori nella membrana postsinaptica. Questo si lega ad un canale, cioè è un

recettore-canale (canale del calcio), quando si attiva, attraverso questo canale entra un

quantità discreta di calcio determinando la trasmissione delle informazioni. L’entrata di calcio

però deve essere una cosa molto breve e molto ben controllata a livello nervoso perché troppo

calcio non deve restare nel neurone, perciò il glutammato deve agire per poco tempo, infatti

glutammina-

viene in parte ricaptato dalla parte presinaptica e in parte quindi degradato dalla

sintetasi in glutammina che è ATP-dipendente! Se non c’è ATP quindi non possiamo fare questa

trasformazione.Questo è un bel problema perché il sistema nervoso ha già grossi problemi se

c’è un’irrorazione parziale (perché ha bisogno sfrenato di ossigeno e nutrienti), in più ha una

debolezza in questo meccanismo per quanto riguarda i neuroni glutaminergici perché questo

comporta che l’ipossia mantenga il canale-recettore aperto (perché non c’è ATP disponibile per

smaltire il glutammato che rimane attaccato al recettore-canale e il calcio entra in

continuazione) e allora il calcio non è più un segnale di trasmissione dell' informazione, ma a

questo punto metterà in moto i meccanismi di morte cellulare; si avrà quindi morte di quel

neurone, perché il calcio sarà in concentrazioni troppo elevate. Esistono degli antagonisti

recettoriali che possono proteggere da questa morte.Questo ci fa capire il concetto di

amplificazione del danno nell’ischemia cerebrale: questo meccanismo in una zona ischemica,

che già tende ad andare incontro alla morte cellulare, fa si che il glutammato nei neuroni

glutamminergici si attivi questo canale e si abbia amplificazione del danno cellulare! Questo

meccanismo non è di per sé il promotore della morte cellulare, ma amplifica il danno che fa

l’ischemia.

In sintesi: Il mitocondrio è sicuramente il punto fondamentale che determina la morte

cellulare, perché sia nell’ipossia, sia nella presenza di calcio, sia nella degradazione dei

fosfolipidi e quindi di Acidi Grassi, tutti vanno ad interferire poi nella sintesi di ATP.

Per esempio se il calcio attiva le fosfolipasi che tagliano i fosfolipidi e danno gli acidi grassi,

questi ultimi vanno ad arrecare un dano perchè sono disaccoppianti per il mitocondrio (quindi

c’è amplificazione), al primo danno ne segue un altro, è tutta una catena di eventi, l’uno si

ripercuote sull’altro e il bersaglio fondamentale è proprio il mitocondrio perché inizierà a

produrre poco ATP. Quindi tutte queste sostanze come calcio, acidi grassi che si formano,

disaccoppiano il mitocondrio e la perdita della permeabilità della membrana plasmatica è

associata ad una perdita di permeabilità del mitocondrio stesso, che rilascia sempre più

citocromo C e questo, oltre che attivare un meccanismo apoptotico, soprattutto non sarà più in

grado di far trasportare gli elettroni nella catena respiratoria, e pertanto bloccherà totalmente

la sintesi di ATP per mancanza del gradiente protonico. A questo punto oltre al citocromo

usciranno anche i protoni, si avrà un collasso del gradiente protonico e morte cellulare: il

bersaglio principale della morte cellulare è rappresentato dal mitocondrio.

Il doppio volto dell’ossigeno:

Qui c’è una contraddizione, è vero che l’ATP è fondamentale per il corretto funzionamento, ma

diversi anni fa la comunità scientifica si sorprese perché provocando infarti per vedere quanto

un organo (es. cuore) potesse resistere ad un’ipossia si vide che se si chiudevano rami piccoli si

aveva sì, una diminuzione di ATP, ma la permeabilità cominciava a alterarsi quando l’ATP

diminuiva veramente tanto. Quello che sorprese ancora di più era che oltre alla mancanza di

ossigeno ed ATP ci doveva esser qualcos’altro: se dopo 1h di ischemia andavo a riperfondere

avevo una necrosi massiva di quella zona. Perché se do ossigeno dove ho un’ischemia ho un

danno maggiore? L’ossigeno ha mostrato quindi avere un doppio volto:

Eccesso di ossigeno: nei trapianti molti organi muoiono nella riperfusione.

 Mancanza di ossigeno: mancanza di ATP ed acidificazione



Tra gli anni ’40-’50 nei laboratori si avevano le prime evidenze per cui l’iperossia poteva avere

un ruolo tossico nelle cellule perché si videro delle alterazioni alveolari; però questo dato restò

confinato nel laboratorio.

Negli anni ’60-’80 si vedeva che quando le persone avevano delle difficoltà respiratorie e gli

veniva somministrato l’ossigeno puro, avevano degli edemi polmonari molto estesi a livello

alveolare e, a varie generazioni, l’ epitelio alveolare andava incontro a morte. Questo fu visto

anche nei neonati: i neonati con difficoltà respiratorie (soprattutto nati pretermine) ai quali

veniva dato ossigeno puro in grosse quantità (si pensava così di migliorere la loro respirazione).

Quello che si pensava era che non fosse colpa dell’ossigeno, si pensava che fossero le

macchine, che ci fosse qualche virus all’interno di queste macchine cheinducesse l’alterazione

polmonare.Quindi le alterazioni che si ritrovavano nei polmoni di queste persone morte, che

respiravano ossigeno puro, si pensava fossero dovuti ad inquinamenti virali.Si notava che i

neonati che venivano messi a pO2 elevate, quindi in camere iperbariche per problemi enormi

con l’ossigeno e problemi respiratori, avevano alterazione oculare molto grave che era la

fibroplasia retrolenticolare (perdita delle proteine del cristallino e della retina) e diventavano

addirittura ciechi.

Ad un certo punto ci si comincia a chiedere se sia veramente l’ossigeno ad avere un ruolo in

questi meccanismi (non ci dovrebbe stupire la tossicità dell’ossigeno dal momento che durante

la fagocitosi produciamo i radicali dell’ossigeno per difenderci dai batteri; radicali che per noi

non risultano essere tossici dal momento che vengono prodotti all’interno di una membrana); a

supporto di questo furono alcuni modelli di danno da ischemia-riperfusione.

Perché l’ossigeno è un killer? Ossigeno e radicali dell’ossigeno:

Il danno avviene perché l’ossigeno molecolare (O2) è una molecola particolare: presenta

nell’orbitale più esterno due elettroni spaiati con lo stesso spin, e questo va contro il

principio di Pauli; pertanto è un radicale poco reattivo perché in questa conformazione

difficilmente si riesce ad inserire altri elettroni se non con spin diversi, quindi l’ossigeno non è

tossico di per sé.

Per rompere questa barriera che ha la molecola di ossigeno dobbiamo riuscire ad introdurre gli

elettroni uno per volta e questo prende il nome di “riduzione monovalente dell’ossigeno”;

quindi l’ossigeno ha bisogno che questi gli siano trasferiti da:

Metalli di transizione (ferro/rame): che possono cambiare lo stato di ossidazione.

 Aiuto di un enzima



Senza questi due metodi non si potrebbe ridurre l’ossigeno.

Ci sono degli enzimi (es. citocromi) nel nostro organismo che riescono ad inserire un elettrone

spaiato nell’ossigeno e nella molecola principale prima che si formi (perché se ne può mettere

l’anione superossido

uno per volta e non di più) si forma così che è un radicale ed antiossidante

e quindi può acc