MITOCONDRIMITOCONDRI

MitocondriMitocondri

Generazione di energia metabolica

MITOCONDRI: generano energia dalla demolizione di lipidi, carboidrati e aminoacidiCLOROPLASTI:(cellula vegetale) catturano e utilizzano energia solare per generare ATPPEROSSISOMI:Partecipano alla demolizione degli acidi grassi

Membrana esternaSpazio intermembranaMembrana interna

con cresteMatrice

pH matrice = 8pH spazio

intermembrana = 7

Mitocondrio normale mitocondrio in cellula in apoptosi

La Membrana Mitocondriale internaForma creste che si estendono all’interno dellaMatrice Mitocondriale

Matrice e membrana interna sono sede dei processi mitocondriali

MitocondriMitocondri

MEMBRANA MITOCONDRIALE INTERNA

IL PRINCIPALE SITO DI PRODUZIONE

ATP°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°

# ha superficie elevata per la presenza delle creste# ricca di proteine# impermeabile a Ioni e piccole molecole# mantiene il gradiente protonico°°°° e’ una barriera funzionale

MitocondriMitocondri

MEMBRANA MITOCONDRIALE ESTERNA

°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°# permeabile a Ioni e piccole molecole perche’ contiene le Porine, canali per diffusione libera

MitocondriMitocondri

La maggior parte dei componenti proteici di queste strutture viene sintetizzata sui ribosomi citoplasmatici liberi

… ma --> MITOCONDRI e CLOROPLASTI

Contengono un genoma proprio

MitocondriMitocondri

I MITOCONDRI si replicano autonomamente all’interno della cellula replicando anche il proprio DNA

°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°# i mitocondri presenti nelle cellule umane sono esclusivamente di

ORIGINE MATERNA

MitocondriMitocondri

Il GENOMA MITOCONDRIALE UMANO

- Codifica per tutti gli RNA ribosomiali e per molti RNA transfer mitocondriali

- Codifica per 13 proteine necessarie al trasporto di elettroni ed alla fosforilazione ossidativa

Tutte le altre proteine derivano dal GENOMA NUCLEARE --> importate al mitocondrio

MitocondriMitocondri

Le Proteine da importare (sintetizzate sui ribosomi liberi citoplasmatici) entrano nel mitocondrio grazie ad una

Sequenza di localizzazione mitocondriale

ricca di aa carichi positivamente

15-35 aa che vengono rimossi una volta che la proteina e’ entrata nel mitocondrio

Degradazione delle macromolecole(lisosomi, perossisomi, citoplasma)

Prima degradazione dei componentidi base delle macromolecole(citoplasma)

_____________________________

INGRESSO NEL MITOCONDRIO

Completa degradazione a:- CO2

- NH3

- H2O

-SINTESI DELL’ATP

Carboidrati --> prima ossidazioneGLICOLISI

piruvato

Seconda ossidazioneCiclo di Krebs

Seconda ossidazioneCiclo di Krebs

O2

Acidi Grassi

CO2

Amminoacidideaminati

ATP

GLUCOSIO C6H12O6--> 6CO2 + 6H2OΔG<0

La reazione e’ suddivisa in 4 passaggi:

1)GLICOLISI2)CICLO DI KREBS (acido citrico)3) CATENA DI TRASPORTO DEGLI

ELETTRONI4) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

1) GLICOLISIavviene nel CITOPLASMA

2) CICLO DI KREBS (acido citrico)3) CATENA DI TRASPORTO DEGLI

ELETTRONI4) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

avvengono nel MITOCONDRIO

Glicolisi

ESOCHINASI

Esochinasi viene inibito aFeedback negativodal Glucosio-6-P

Se Glucosio-6-Paccumula, diventaglucosio-1-P edevia alla sintesidel GLICOGENO

FOSFOFRUTTOCHINASI

STEP

IN

IZIA

LE

CO

NS

UM

O D

IEN

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GIA

TA

GLIO

MO

LEC

OLA

da 6

a 3

ato

mi d

i C

RILASCIODI ENERGIA

reazi

on

i in

dop

pio

mole

cole

a 3

ato

mi

di ca

rbonio

Ingresso nel mitocondrio

GLICOLISI

GLUCOSIO --> PIRUVATO

Consumo di 2 ATP x iniziare le reazioniRicavo di 4 ATP 2 per ogni trioso

-------2 ATP

+ 2 molecole di NAD+ --> NADH

ulteriore ATPvia fosforilazione

ossidativa

GLICOLISI

divisa in 2 parti:

A. di ATTIVAZIONE (consumo ATP)B. di PRODUZIONE (Glicolitico)

Ogni tappa della via glicolitica utilizza un enzima specifico

Reazione finale:

C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD+ --> 2piruvato+2NADH+2ATP

CondizioniAerobiche

nel

mitocondrio

CondizioniAerobiche

nel

mitocondrio

NEI LIEVITILIEVITO DI BIRRASaccharomyces cerevisiae

CO2 --> Lievitazione del paneEtOH -->gradzione alcoolica

Il PIRUVATO in - Condizioni anaerobiche:

va a lattato oppure ad etanolo- Condizioni aerobiche

entra nel mitocondrio

L’ACETIL COENZIMA A entra nelCICLO DI KREBS o dell’ACIDO CITRICO

L’ACETIL COENZIMA A entra nelCICLO DI KREBS o dell’ACIDO CITRICO

gli enzimi del ciclo di Krebs sono tuttinella MATRICE MITOCONDRIALE

L’Acetil-CoA puo’ derivare dal Piruvato, ma anche dalla beta-ossidazione degli acidi grassi

-Metabolismo del GLUCOSIOInizia nel citosol (in assenza di O2)

glucosio --> piruvato

Continua e termina nel mitocondriopiruvato --> acetil-CoA

Acetil-CoA --> CO2 +H2O +(ATP)n

°°°°°°°°°°°°°°°°°2 meccanismi per generare ATP

- FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL

SUBSTRATO- FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

MitocondriMitocondri

MitocondriMitocondri

La FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA richiede:

1.Un sistema che GENERA ELETTRONI ad elevati livelli energetici[Ciclo di Krebs]

2. Un sistema di TRASPORTO DEGLI ELETTRONI in gradodi creare un gradiente di protoni (H+)[membrana mitocondriale interna]

3. Un sistema che GENERA ATP che sfrutta il gradienteprotonico (H+)[ATP sintetasi --> la vera fosforilazione ossidativa]

<-- acidi grassi provenienti dalla idrolisi dei trigliceridi

Entrano nel mitocondrio

<-- viene rimosso un Acetil-CoA ad ogni ciclo di beta-ossidazione

l’Acetil-CoA entra nel ciclo di Krebs

viene rilasciata una molecola di FADH2 ed una diNADH ad ogni ciclo di beta-ossidazione

Da un acido grasso C18 si ottengono9 molecole di Acetil-CoA

Da un acido grasso C18 si ottengono9 molecole di Acetil-CoA

Gli elettroni liberati dal Ciclo di Krebs vengono catturati da NADH e FADH2 e rilasciati ai complessi che trasportano elettroni presenti sulla membrana mitocondriale interna.

Infine gli elettroni si accoppiano all’O2 molecolare e H+ dando H2O

Il passaggio di elettroni dal NADH --> O2 libera molta energia

°°°°°°°°°°L’energia viene suddivisa in salti nella CATENA DITRASPORTODEGLI ELETTRONI

passata ai PROTONI che formano il GRADIENTE ELETTROCHIMICO ai lati della MEMBRANA MITOCONDRIALE INTERNA.

Coenzima Q(Ubichinone)Coenzima Q(Ubichinone)

Citocromo CCitocromo C

Elettroni dal NADHElettroni dal NADH

Elettroni dal FADH2Elettroni dal FADH2

MitocondriMitocondriOgni trasporto di elettroni (complesso I, III e IV) è accoppiato al trasporto di protoni (H+) dall’interno all’esterno della membrana mitocondriale interna

GRADIENTE PROTONICO

°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°

10 H+ x ogni 2e- del NADH 6 H+ x ogni 2e- del FADH2

°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°

Originano un

GRADIENTE ELETTROCHIMICO

Che rimane bloccato dal doppio strato fosfolipidico

I protoni possono rientrare nella matrice solo attraverso un trasportatore per protoni presente nella ATP sintetasi

I protoni possono rientrare nella matrice solo attraverso un trasportatore per protoni presente nella ATP sintetasi

MitocondriMitocondriATP Sintetasi (Complesso V) ## 2 componenti:

- Fo --> intramembrana = transito di H+- F1 --> utilizza l’energia degli H+ per

sintetizzareADP + Pi --> ATP

°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°

L’ENERGIA POTENZIALE associata alGRADIENTE ELETTROCHIMICO

dovuta alGRADIENTE PROTONICO

Viene trasformata in energia cinetica, nel flusso di protoni verso la matrice attraverso Fo del complesso V della fosforilazione ossidativa (ATP sintetasi)

MitocondriMitocondriDEMOLIZIONE DEL

GLUCOSIO

x GLICOLISI x CICLO DI KREBS

4 molecole 10 molecole di NADHATP 2 molecole di FADH2

(direttamente) e- ---> O2

TOTALETOTALE36-38 molecole36-38 molecole FOSFORILAZIONE

di ATPdi ATP OSSIDATIVA32-34 molecole di ATP

(indirettamente)

PEROSSISOMIPEROSSISOMI

Assemblaggio e divisione dei

PEROSSISOMI

Si replicano per divisione come i mitocondri, ma non

contengono genoma proprio

°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°

I perossisomi sono organelli racchiusi da membrana che contengono enzimi del METABOLISMO ENERGETICO

Durante le reazioni di ossidazione degli acidi grassi, i Perossisomi producono

H2O2 (acqua ossigenata) e la degradano tramite la CATALASI ad

O2 ed H2O