I mitocondri

L'aspetto fondamentale degli imitocondri

L'aspetto fondamentale che deve essere messo in evidenza quando si esaminano gli imitocondri è la presenza di due membrane, una che circoscrive l'altra. Questo è un fatto un po' speciale se si confrontano i vari organuli all'interno della cellula. La ragione della presenza di queste membrane fa riferimento a quella che si chiama "ipotesi endosimbiontica".

L'ipotesi endosimbiontica trae origine dal fatto che gli imitocondri altro non sarebbero che degli ancestrali procarioti che sono stati internalizzati attraverso un fenomeno di endocitosi. Sono stati internalizzati in corrispondenza di cambiamenti dell'atmosfera e arricchimento di ossigeno, il che rendeva molto importanti, anche a fini energetici, reazioni di tipo ossidativo dove l'ossigeno (come vedremo più avanti) era l'ultimo accettore degli elettroni che venivano strappati da vari substrati molecolari che erano anche dei rossi combustibili. Queste cellule che qui sono indicate

come cellule pur essendo molto semplici e ancora procariotiche in senso stretto, avevano sviluppato questo tipo di metabolismo che invece non era presente in altre cellule che avevano un destino eucariotico; quelle che vengono definite "cellule pre-eucariotiche" erano più grandi della media e avevano già sviluppato, anche se in maniera grossolana, un sistema di membrane interne per cui avevano queste grandi potenzialità pur non potendo avvalersi di un metabolismo di tipo ossidativo (non avevano gli enzimi, le proteine ovvero tutto ciò che era necessario per attivare quel tipo di metabolismo) per portare dentro cellule più piccole, caratteristica posseduta invece verdi dalle cellule. D'altra parte, anche le cellule si avvalevano del fatto di essere in un ambiente confinato, definito dal punto di vista biochimico all'interno della verde cellula e pur essendo capaci di un'autonomia sintetica dal punto di vista delle proteine.

Potevano usufruire di proteine che venivano sintetizzate dalla stessa cellula e i vantaggi erano per entrambe. Per cui l'ipotesi endosimbiontica, parola composta da due parole, ha questo duplicesignificato: ENDOCITOSI operata dalla cellula verde e SIMBIOSI ovvero una condizione che verde rossa avvantaggiava entrambe le controparti (sia la che la ).

Ci sono prove che questa ipotesi sia corretta. Premessa: come spesso accade nell'ambito scientifico la maggior parte degli scienziati è d'accordo sulla validità di questa teoria anche perché ci sono delle prove consistenti a favore però c'è qualcuno che non lo è.

Quali sono le prove a favore della teoria endosimbiontica? Prima di tutto le due membrane e la loro diversità biochimica, perché nonostante entrambe le membrane, sia interna che esterna, rispondano allo stesso impianto strutturale (cioè costituite da un doppio strato lipidico con immerse proteine e...

glicoproteine) la loro composizione biochimica non è esattamente equivalente. C'è un dato fondamentale, al di là della variabilità che troviamo in certi fosfolipidi che sono più tipici del mondo procariotico piuttosto che eucariotico, quello che nella membrana interna (antica membrana plasmatica del procariote internalizzato) non è presente il colesterolo. Il colesterolo è un marker piuttosto significativo (non assoluto) ma il colesterolo tende a non essere presente nella membrana dei batteri, esclusi batteri particolari MICOPLASMI con caratteristiche veramente speciali che affronteremo nei corsi di microbiologia. In generale, i procarioti non hanno colesterolo nella loro membrana e anche nella membrana interna dei mitocondri non è presente il colesterolo; questo è già un dato. Gli aspetti più rilevanti si ricavano dall'analisi della matrice mitocondriale. Nella matrice mitocondriale è presente un fluido

(come inqualsiasi organulo) nel quale sono immersielementi veramente speciali che sonorappresentati sia da componenti macromolecolariDNA circolare non lineare come lo troviamo neinostri cromosomi o per meglio dire cromosominucleari. E’ già un fatto eccezionale che ci sia delDNA all’interno di un organulo e in più questoDNA ha caratteristiche particolari: si richiude suse stesso formando degli anelli, come si vededall’immagine. Questa è una molecola di DNAmitocondriale fotografata al microscopioelettronico con tecniche speciali e si vede che è circolare (richiuso su se stesso);questo DNA è tipico dei procarioti; non solo è presente il DNA ma lo è in formacircolare che è un aspetto tipico dei procarioti.I DNA hanno la possibilità , come sappiamo, di mantenere informazioni e anchecederle attraverso sistemi intermedi come quelli degli RNA e alla fine dar luogo allasintesi proteica, tanto è vero che

all'interno della matrice può essere messo in evidenza ciò che è racchiuso in quella specie di parentesi quadra [] rossa (immagine "ULTRASTRUTTURA DEI MITOCONDRI"); nella matrice mitocondriale troviamo tutto l'apparato sintetico che può portare alla sintesi delle proteine quindi RNA messaggeri, RNA di trasporto, RNA ribosomiali e non ultime strutture sovramolecolari fondamentali per la sintesi proteica, ovvero i ribosomi. Questo ci permette di fare diverse riflessioni: Il fatto che il mitocondrio, così come l'antico procariote, è capace di avere una sua autonomia sintetizzando delle proteine (non tutte, perché alcune le riceve dalla cellula madre con i sistemi ribosomiali liberi nei citosol che sono capaci di sintetizzare proteine che hanno varie destinazioni tra cui le proteine destinate ai mitocondri) lo porta ad avere un corredo complessivo di proteine eterogeneo; una parte le fa da solo e l'altra parte le riceve.

dalla cellula madre. Queste proteine possono entrare, come vedete, nel mitocondrio sempre utilizzando delle sequenze segnale di localizzazione mitocondriale; quindi possono entrare nel mitocondrio superando le due membrane e arrivare fino alla matrice mitocondriale oppure risultare inserite nella membrana, se richiesto, sempre secondo dei segnali che abbiamo già visto. Poi naturalmente anche all'interno di mitocondri, come in qualsiasi compartimento cellulare sono presenti le Chaperonine o proteine Chaperon che aiutano il corretto ripiegamento della proteina all'interno del mitocondrio cosi come l'eliminazione della sequenza segnale che non è più utile dopo che le proteine sono entrate dentro al mitocondrio. Quindi è importante la presenza di ribosomi che testimoniano ulteriormente che siamo di fronte a elementi fondamentali che caratterizzano la vita e questo dimostra che il mitocondrio era un'ex cellula procariotica; sono chiaramente presenti

tutta una serie di enzimi che hanno a che fare con il metabolismo del DNA (ovvero la sua duplicazione quando richiesta) perché il DNA può essere duplicato; i mitocondri possono andare incontro a una scissione che simula quella degli attuali procarioti quindi anch'essi si possono duplicare e lo fanno in prossimità di processi di divisione cellulare per far in modo che ogni cellula figlia riceva un corredo mitocondriale adeguato. I mitocondri si duplicano per scissione e precedentemente viene duplicato il DNA; nell'immagine di prima oltre che far vedere il DNA mitocondriale circolare a sinistra si vedeva anche il momento in cui il DNA si sta duplicando o replicando che è un sinonimo. Tutti gli altri enzimi che sono presenti nella matrice mitocondriale hanno invece un diretto coinvolgimento in quella che è l'attività specifica del mitocondrio (per esempio quelli che riguardano l'ossidazione degli acidi grassi) perché una delle.

Le funzioni che svolge il mitocondrio sono la sintesi dell'ATP insieme a molte altre funzioni che vedremo più avanti (come ad esempio il coinvolgimento nel metabolismo degli acidi grassi e l'accumulo di ioni calcio e cationi bivalenti in generale). I cationi bivalenti appaiono come delle formazioni elettron-dense nella matrice mitocondriale (granuli da 30 nanometri nell'immagine). Nella matrice mitocondriale, al microscopio elettronico, possono essere distinti 2 tipi di granuli che appaiono come delle formazioni scure; quello che conta, però, è il loro diametro perché se nella matrice mitocondriale vengono rivelate formazioni così scure ma molto più grandi dell'ordine di 250 nanometri, in quel caso abbiamo a che fare con dei ribosomi. Il citosol viene mantenuto libero da ioni calcio affinché possano essere sfruttati quando devono essere attivatori di una qualche funzione cellulare.

morfologia perché influisce sulle loro funzioni. I mitocondri sono organelli cellulari responsabili della produzione di energia attraverso la respirazione cellulare. Hanno una struttura composta da una membrana esterna e una membrana interna ripiegata, chiamata cresta mitocondriale, che aumenta la superficie disponibile per le reazioni chimiche. La forma filamentosa dei mitocondri permette loro di adattarsi alle diverse esigenze metaboliche delle cellule. Inoltre, la loro capacità di muoversi all'interno della cellula consente loro di distribuirsi in modo ottimale per fornire energia dove serve. I mitocondri possono anche subire fusioni e divisioni, permettendo loro di adattarsi alle condizioni cellulari e di mantenere un equilibrio energetico. Questa dinamicità nella forma e nella dimensione dei mitocondri è fondamentale per il loro corretto funzionamento. In conclusione, la morfologia dei mitocondri, caratterizzata dalla forma filamentosa e dalla capacità di muoversi e modificarsi, è essenziale per le loro funzioni metaboliche all'interno delle cellule.

localizzazione; nell'immagine a fianco ci sono alcuni esempi di carattere istologico, i mitocondri tendono ad essere localizzati dove è richiesto un contributo energetico importante (per esempio vicino alle miofibrille se siamo di fronte ad una cellula muscolare dotata di un apparato contrattile molto vasto oppure se è una cellula secernente di una ghiandola esocrina loro si localizzano in prossimità del reticolo endoplasmatico rugoso dove è richiesta energia).

Teniamo ben presente che tutto ciò che la cellula compie in termini funzionali ha richiesta energetica anche nel movimento e come nell'esempio dello spermatozoo o qualunque altra cellula che si muove consuma energia. Il loro numero dipende dal bisogno energetico della cellula, più una cellula è attiva