Mitocondri, perossisomi, metabolismo energetico

Metabolismo Energetico

Le cellule hanno una struttura complessa e altamente organizzata, e un mantenimento è essenziale per la vita. Questo dipende da una serie di reazioni biochimiche che comportano consumo di energia. Questa energia deve essere sotto una forma che fa rendere disponibile a vari compartimenti cellulare, sotto forma di energia e consiste chimico-fisica. L'energia immagazzinata come, ATP. Tutti organismi viventi hanno sistema che consentano di assorbire energia dall'ambiente circostante e trasformarla in ATP. Sistema nelle cellule eucariote sono mitocondrio, cloroplasto.

MITOCONDRI

I mitocondri sono gli organuli cellulari in cui avviene la fase aerobica del metabolismo energetico, cioè quella in cui è richiesta O2.

Presentano dimensioni e forme variabili, in base ai diversi momenti funzionali della cellula.

• Passano da forma glandare a una forma filamentosa.
• Passano allungati, destrugenti.

Sono organuli dinamici, dotati di lipidi numerici, e trasduono numero è variabile, in base al fabbisogno energetico della cellula.

Sono distribuiti in modo uniforme nel citosol.

• Localizzazione varia in base a funzione

Esempio:

Nella fibra muscolare striata sono oblicati fra le miofibrille e nello spermatozoo formano una guaina cilindrica, nel pezzo intermedio della coda, nei tubuli renali si trovano nelle autifasci della membrana plasmatica.

Metabolismo Energetico

Le cellule hanno una struttura complessa e altamente organizzata, e il mantenimento è essenziale per la vita. Questo dipende da una serie di reazioni biochimiche che comportano consumo di energia. Questa energia deve essere sotto una forma che fa prendere disponibilità. Varia organizzare cellule scambi energetici per costituzione chimico-fisiche. Energia immagazzinato come ATP Tutti organismi viventi hanno sistemi che caraterizzano di assorbire energia dall’ambiente circostante e trasformarla in ATP. Sistemi nelle cellule eucariotiche sono MITOCONDRI e cloroplasti.

MITOCONDRI

I mitocondri sono gli organuli cellulari in cui avviene la fase aerobica del metabolismo energetico, cioè quella in cui è richiesto O₂. Presentano dimensioni e forme variabili, a base ai diversi parametri funzionali della cellula:

• passano da forma granulare a una filamentosa
• passano allungati e destruggezzi

Esempio: Nella fibra muscolare striata sono orientati tra le miofibrille e nello spermazoo formano una guaina elicoidare, nel pezzo intermedio della coda, nei tubuli renali si trovano nelle autozelle della membrana plasmatica.

I mitocondri si presentano come ovoidali ellissodali con

la parete formata da due membrane che racchiudono due

spazi distinti.

MEMBRANA ESTERNA

spessore di 6 nm

Molto simile a quella del RE

40-50% Fosfolipidi

Elevata permeabilita

Molte copie di porina → proteina che forma canali con

lamine β connesse tra loro da

α eliche

MEMBRANA INTERNA

Si solleva tutto all'interno del mitocondrio formando

pieghe delle creste mitocondriali

LAMELLARI

• Esposte perpendicolarmente
• all'asse maggiore del
• mitocondrio

TUBULARI

• Esposte parallelamente
• all'asse longitudinale del
• mitocondrio

Contiene poche lipidi (20%)

Contiene cardiolipina e quasi priva di colesterolo

Poco permeabile

• Si trovano proteine
• da trasporto
• enzimatiche
• rigandante fosforilatore
• ATP sintetasica

complessi proteici:

NADH-CoQ reduttasi (riceve elettroni da NADH)

CoQH₂-citochromo c reduttasi (riceve e- da CoQH₂)

Citochromo c ossidasi (riceve e- da citochromo c)

- ATP sintesi:

• Fo (canale protonico)
• F1 (complesso globulare di 5 subunità)

- Camera mitocondriale esterna

È uno spazio compreso fra le due membrane.

Consente un passaggio agevole per molecole.

- Forma ortodossa

- Forma condensata

- Camera mitocondriale interna

Delimitata dalla membrana interna.

Contiene una matrice detta matrice mitocondriale.

• Ossidazione acidi grassi
• Ossidazione piruvato
• Ciclo di Krebs

Si trovano granuli con cationi come Ca²⁺, Mg²⁺

- Genoma mitocondriale

I mitocondri posseggono un proprio genoma e un proprio apparato sintetico, comprendente RNA e ribosomi.

DNA mitocondriale è sotto forma di molecole circolari,

localizzate nella matrice e agganciate alla membrana

delle creste.

L'altra caratteristica è che i mitocondri di animali e

funghi utilizzano un codice genetico differente da quello

universale.

La maggior parte delle proteine mitocondriali è sintetizzata

nel citosol sotto il controllo del genoma nucleare.

Il genoma mitocondriale comprende i geni per tRNA,

mitocondriale e altri.

I ribosomi dei mitocondri sono più piccoli di quelli

eucariotici → _55S = 35 _S + 25 _S

CURIOSITÀ

Durante la fecondazione lo spermatozoo entra nella

cellula uovo e i suoi mitocondri vengono ubiquitati

e rimossi. Dunque il genoma mitocondriale del neonato

è esclusivamente di origine materna.

Nel 2012 però uno studioso scopre un caso in cui il genoma

mitocondriale è paterno. Una spiegazione certa non

esiste, ma è probabile che alcuni mitocondri non

vengano ubiquitati e non vengano demoliti.

IMPORTAZIONE PROTEINE NEL MITOCONDRIO

Le proteine dei mitocondri vengono sintetizzate su istruzione

del genoma nucleare da ribosomi liberi nel citosol. Siccome

il mitocondrio è circondato da due membrane, i sistemi di

sostituzione delle proteine devono distinguere le diverse destinazioni.

Infatti queste proteine sono dotate di un segnale che è stato

dei estremità N-terminale che determina indirizzamento

alla matrice

INDIRIZZAMENTO ALLA MATRICE

Per il segnale di indirizzamento alla matrice non sembrasia importante la sequenza esatta degli amminoacidi, ma lecaratteristiche della sequenza.Sono ricchi di aa +

Caratteristica comune

• capacità di legarsi a COO^- e aa contenenti -OH
• sequenza rimossa quando prossima entra nel mitochondrio
• la proteina, con la sequenza, viene riconosciuta e legata da chaparone come HSP₇₀ e HSP₆₀ che mantengono la proteina in stato non spiegato.

1. Le sequenze cln di membrana mitocondriale esterna e il successivo trasferimento viene mediato da complessi proteici detti TOM.2. Il successivo passaggio attraverso la membrana interna, si raggiunge la matrice, avviene con traslocazione spesifica detti TIM.3. Il passaggio si verifica unitre del mitocondrio in cui TON e TIM si allineano e le membrane sono ravvicinate la proteina viene tirata sinistro dentro rercuse usando ese trasportano grazie a chaperone che sfrutta energia dell e di differenza di potenziale presente tra i due lati della membrana interna.4. Not all'le proteine destinate al mitocondrio hanno una sequenza segnale N-terminale ma alcune case a sono seguito interni della importa.

INDIRIZZAMENTO NELLO SPAZIO INTERMEMBRANA

Sembra che esistano almeno due meccanismi distinti:

1. Proteina raggiunta la matrice e dopo rimozione del segnale, subisce trasporto in direzione inversa grazie all’intervento di traslocatori posti sulla membrana interna che riconoscono il secondo segnale.
2. Sequenza di indirizzamento nello spazio intermembrana funziona come sequenze di arresto della traslocazione. La proteina quindi attraversa la membrana esterna, inizia a passare attraverso membrana interna, ma la traslocazione si arresta all’anno del segnale opportunamente progettato rilasciando la proteina completamente nello spazio intermembrana.

Altre proteine, come CITOCROMO C, possono raggiungere spazio intermembrana senza l’intervento dei segnali.

• Membrana esterna è molto permeabile grazie alla presenza di una molecola detta P70 (porina) che forma dei canali.

→ Sembra che il precursore del citocromo C possa attraversare membrana tramite la porina.

→ Recentemente è stato scoperto un altro meccanismo che utilizza un altro tipo di sequenze di importazione formate da sequenza amminoacidica ricca di cisteina. Questo viene riconosciuta da una proteina mitocondriale MIA40, con molte cisteine => interazione formando PONTI DISOLFURO

- INDIRIZZAMENTO ALLA MEMBRANA ESTERNA

Alcune proteine presentano una sequenza di indirizzamento alla matrice seguita da sequenza di aa idrofobici

• Si accumulano nella matrice

Sequenza idrofobica agisce da sequenza di arresto del trasferimento dopo che il segnale per la matrice ha superato le TOM

• La proteina rimane ancorata alla membrana esterna

Altre proteine piú complesse vengono prima importate nello spazio intermembrana e, dopo, grazie ad un complesso chiamato SAM, vengono inserite nella membrana esterna.

- INDIRIZZAMENTO ALLA MEMBRANA INTERNA

Alcune prima raggiungono la matrice e poi vengono trasferite nella membrana interna, grazie a un complesso proteico detto OXA

• Interviene per l'inserimento delle proteine sintetizzate dal mitocondrio

In altri casi viene usato un meccanismo simile a quello descritto per le proteine destinate allo spazio intermembrana proteina protetta segnale per la matrice e un segnale di arresto del trasferimento integrato di mantenere la proteina ancorata alla membrana interna

METABOLISMO ENERGETICO

Insieme delle reazioni chimiche che liberano energia necessaria ai processi di biosintesi e alla produzione di lavoro, distinte in:

• reazioni esoergoniche = CATABOLICHE
• reazioni endoergoniche = ANABOLICHE

L'intermedio comune tra le reazioni è l'ATP

Cede facilmente le reazioni costruite nel legame tra il secondo e il terzo legame fosforico trasformandosi in una molecola a più basso livello di energia → ADP

L'ADP deve essere ri-trasformato in ATP

Esse relazioni ribocher ADP e le verrichina

Caus di ortofonquia mole ATp e

1. devono avere FONTE DI ENERGIA demolizione molecole carboidrati

legami C-C e C-H sono ossidabili a CO₂ + H₂O con liberazione di energia chimica.

GLICOLISI

1. Si attua nella matrice citoplasica
2. Non richiede O₂
3. Molecelo di C₆H₁₂O₆ sono segus aguuna di 2C₃H₄O₃

Avverie attraverso una serie di reazioni in modo che l'energia sia liberata poco per volta

→ permette di controllare energia riducibile e non corso

PRODOTTI: 4 ATP → 2 vengono usate messe prime fasi, dopo degradaizone di C₆H₁₂O₆ → 2 ATP

2 NAD⁺ → ridote a (2 NADH)

Le versioni rollevano di NAD sono porte quindi di necessiona che NADH si oxidi im NAD⁺

2) Fase anaerobia: fermentazione

No avviene O₂

• Alcolica

2 C₃H₄O₃ → 2 molecole di alcool etilico + CO₂ liberazione di CO₂ e l'ossidazione di NADH

• Latica

2 C₃H₄O₃ → 2 molecole di Acido lattico

La fermentazione è tipica di organismi che vivono senza O₂. Come nei lieviti. Anche se i mammiferi, come l'uomo possono fare fermentazione lattica. Le cellule muscolari si comportano come anaerobi facoltativi: durante la contrazione prolungata, il C₃H₄O₃ è ridotto ad acido lattico ed è trasportato nel sangue e trasportato nel fegato dove è riconvertito in C₃H₄O₃. Questo richiede O₂, per via fermentazione è responsabile dell'intensa respirazione cui vanno costsre in termine di un'intensa attività fisica.

Rendimento glicolisi: 56 Kcal x molec. di C₆H₆O_O8

2) Fase aerobica: ciclo di Krebs

• C₃H₄O₃ in presenza di O₂, si trasforma in acetato: acetato → si lega a coenzima A → acetil coenzima A (raggiunge la matrice) e innesca (→) le ciclo di Krebs

acetato viene decarbossilato e deidrogenato con produzione CO₂, NADH, FADH₂.

la partecipazione di acetilCoA nel ciclo di Krebs è molto

importante perchè l'acetato è alla base dei prodotti

della degradazione di proteine e grassi.

→ anche proteine e grassi possono essere usati come

sorgente di energia.

Nel ciclo entra come acetilcoenzimaacetato (a due at. C)

producendo citrato (6 atomi di C) che viene subito a

donare luogo a isocicerato e espellendo 2CO2.

PRODOTTI: acetilcoA →

ADP + P_i → ATP tramite ATP

3 NAD → 3 NADH

FAD → FADH₂

3) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Produzione di ATP mediante la fosforilazione ossidativa

è stata spiegata dalla teoria chemiostatica (Mitchell 1965)

per ionizzare ADP₄ trifosfoumarciapoli.

L’ATP si usa in energia di origine

del gradiente electrochimico chepuò venire a creare grazie alla differenza

della concentrazione di H⁺ tra le due camere miticondriali.

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...

centric della catena respiratoria hanno il compito di

trasporre H⁺ prelevati con le reazioni di NADH e FADH₂>dalla membrane mitocondriali.

Il flusso protonico origina ATP sinteliz fornendo l'energia

necessaria per compiere la transformazione di ADP → ATP.

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

``

`` fosforila ADP per fornire ATP da ossidazione di carbohydrates

NADH cede elettroni a COMPLESSO I

FADH₂ cede elettroni al COMPLESSO II

gli elettroni vengono trasferiti nell'UBICHINONE

da questo passano al COMPLESSO III

e poi al COMPLESSO IV

trasferiscono H⁺ da matrice alla camera esterna

trasferisce elettroni

sull'O₂ per produrre H₂O

e forma il

gradiente elettrochimico protonico

• comporta una differenza di potenziale e
• mette in moto la pompa protonica e attiva la
• fosforilazione
• avvenire perché elevata concentrazione di H⁺ nella
• camera esterna causa il flusso di questi attraverso Fo.
• questo flusso di H⁺ secondo gradiente di concentrazione da
• libera energia utilizzata da F₁ per formare ATP.

BILANCIO TOTALE

• Glicisi 2 ATP
• 2 NADH
• Krebs 2 ATP
• 8 NADH
• 2 FADH₂
• Fosforilazione 34 ATP
• 36 ATP

Le funzioni dei mitocondri

• Accumulo Ca²⁺ → è legato al potenziale di membrana prodotto dai processi di ossidoriduzione che avvengono lungo la catena di trasporto die-
• Partecipazione nella sintesi di ormoni stereoidi dovuta alla presenza sulle creste di enzimi che operano un distacco della catena laterale del colesterolo
• Gluconeogenesi
• È importante che la glicemia intracellulare sia controllata, l'aumento di glucosio non deve entrare anch'esso nel resto di glicogeno che comunque rappresenta una riserva emergenza, quando questo invece diminuisce è captato in glucosio-

Perossisomi

• Le cellule ottengono energia anche da acidi grassi e proteine può avvenire nei mitocondri o perossisomi
  • grassi a catena corta/media
  • grassi a catena lunga

Le perossisomi è un organulo che interviene nell'interno o catabolismo di numerose ridotte e presente in essi l'enzima catalasi degrada perossido di idrogeno → H₂O₂, prodotto da altri enzimi perossisomi.

• Sono organuli multifunzionali e dinamici
• Ne risultano forme diverse

• Distribuzione intracellulare è complessa
  • movimenti e posizioni sono controllate da due
• MATRICE PEROSSIMALE contiene matrice amorfa, tubulare, che può addensare e formare il nucleoide
  • formazione paracristallina con uso ossidasi o catalasi

Biogenesi perossisomi

Dal RE si formano espansioni tubulari e vesciccoli dove saldo almeno alcune proteine perossisomiali sintetizzate da ribosomi del RE.

• Si differenziano per formare perossisomi.

Sono state individuate 32 diverse proteine implicate, viene importazione di proteine nei perossisomi delle

PEROSSINE

Funzioni:

• enzimi perossisomiali sono attivi a pH 8

Enzimi intervengono in numerose attività cellulari:

• ossidazione acidi grassi
• sintesi colesterolo e acidi biliari
• sintesi plasmologeni
• ossidazione acido ulico
• metabolismo perossido di idrogeno e di specie
  • reattive dell'ossigeno ROS

DETOSSIFICAZIONE

perossisomi operano esa detossificazionedi sostanze molte penetrate nell'organismo.

Esempio: aceto etilico è ossidato ad acetaldeide dolce catalasi dei perossisomi epatici.