MITOCONDRI Mitocondri Generazione di energia metabolica MITOCONDRI: generano energia dalla demolizione di lipidi, carboidrati e aminoacidi CLOROPLASTI: (cellula vegetale) catturano e utilizzano energia solare per generare ATP PEROSSISOMI: Partecipano alla demolizione degli acidi grassi Membrana esterna Spazio intermembrana Membrana interna con creste Matrice pH matrice =8 pH spazio intermembrana = 7 Mitocondrio normale mitocondrio in cellula in apoptosi La Membrana Mitocondriale interna Forma creste che si estendono all’interno della Matrice Mitocondriale Matrice e membrana interna sono sede dei processi mitocondriali Mitocondri 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 Mitocondri MEMBRANA MITOCONDRIALE ESTERNA °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° # permeabile a Ioni e piccole molecole perche’ contiene le Porine, canali per diffusione libera Mitocondri La maggior parte dei componenti proteici di queste strutture viene sintetizzata sui ribosomi citoplasmatici liberi … ma --> MITOCONDRI e CLOROPLASTI Contengono un genoma proprio Mitocondri 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 Mitocondri 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 Mitocondri 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 componenti di base delle macromolecole (citoplasma) _____________________________ INGRESSO NEL MITOCONDRIO Completa degradazione a: - CO2 - NH3 - H2O -SINTESI DELL’ATP Carboidrati --> prima ossidazione GLICOLISI Amminoacidi deaminati Acidi Grassi O2 piruvato Seconda ossidazione Ciclo di Krebs CO2 ATP GLUCOSIO C6H12O6--> 6CO2 + 6H2O ΔG<0 La reazione e’ suddivisa in 4 passaggi: 1)GLICOLISI 2)CICLO DI KREBS (acido citrico) 3) CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI 4) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA 1) GLICOLISI avviene nel CITOPLASMA 2) CICLO DI KREBS (acido citrico) 3) CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI 4) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA avvengono nel MITOCONDRIO Glicolisi ESOCHINASI Esochinasi viene inibito a Feedback negativo dal Glucosio-6-P Se Glucosio-6-P FOSFOFRUTTO accumula, diventa CHINASI glucosio-1-P e devia alla sintesi del GLICOGENO TAGLIO MOLECOLA da 6 a 3 atomi di C STEP INIZIALE CONSUMO DI ENERGIA reazioni in doppio molecole a 3 atomi di carbonio RILASCIO DI ENERGIA Ingresso nel mitocondrio GLICOLISI GLUCOSIO --> PIRUVATO Consumo di Ricavo di 2 ATP 4 ATP ------2 ATP x iniziare le reazioni 2 per ogni trioso + 2 molecole di NAD+ --> NADH ulteriore ATP via 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 NEI LIEVITI LIEVITO DI BIRRA Saccharomyces cerevisiae Condizioni Aerobiche nel CO2 --> Lievitazione del pane EtOH -->gradzione alcoolica mitocondrio Il PIRUVATO in - Condizioni anaerobiche: va a lattato oppure ad etanolo - Condizioni aerobiche entra nel mitocondrio L’ACETIL COENZIMA A entra nel CICLO DI KREBS o dell’ACIDO CITRICO L’ACETIL COENZIMA A entra nel CICLO DI KREBS o dell’ACIDO CITRICO gli enzimi del ciclo di Krebs sono tutti nella MATRICE MITOCONDRIALE L’Acetil-CoA puo’ derivare dal Piruvato, ma anche dalla beta-ossidazione degli acidi grassi Mitocondri -Metabolismo del GLUCOSIO Inizia nel citosol (in assenza di O2) glucosio --> piruvato Continua e termina nel mitocondrio piruvato --> acetil-CoA Acetil-CoA --> CO2 +H2O +(ATP)n °°°°°°°°°°°°°°°°° 2 meccanismi per generare ATP - FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO - FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA Mitocondri 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 grado di creare un gradiente di protoni (H+) [membrana mitocondriale interna] 3. Un sistema che GENERA ATP che sfrutta il gradiente protonico (H+) [ATP sintetasi --> la vera fosforilazione ossidativa] <-- acidi grassi provenienti dalla idrolisi dei trigliceridi Entrano nel mitocondrio viene rilasciata una molecola di FADH2 ed una di NADH ad ogni ciclo di beta-ossidazione Da un acido grasso C18 si ottengono 9 molecole di Acetil-CoA <-- viene rimosso un Acetil-CoA ad ogni ciclo di beta-ossidazione l’Acetil-CoA entra nel ciclo di Krebs 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 DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI passata ai PROTONI che formano il GRADIENTE ELETTROCHIMICO ai lati della MEMBRANA MITOCONDRIALE INTERNA. Elettroni dal NADH Coenzima Q (Ubichinone) Citocromo C Elettroni dal FADH2 Mitocondri Ogni 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 °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° I protoni possono rientrare nella matrice solo attraverso un trasportatore per protoni presente nella ATP sintetasi Mitocondri ATP Sintetasi (Complesso V) ## 2 componenti: - Fo --> intramembrana = transito di H+ - F1 --> utilizza l’energia degli H+ per sintetizzare ADP + Pi --> ATP °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° L’ENERGIA POTENZIALE associata al GRADIENTE ELETTROCHIMICO dovuta al GRADIENTE PROTONICO Viene trasformata in energia cinetica, nel flusso di protoni verso la matrice attraverso Fo del complesso V della fosforilazione ossidativa (ATP sintetasi) Mitocondri DEMOLIZIONE DEL GLUCOSIO x GLICOLISI 4 molecole ATP (direttamente) x CICLO DI KREBS 10 molecole di NADH 2 molecole di FADH2 e- ---> O2 TOTALE 36-38 molecole di ATP FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA 32-34 molecole di ATP (indirettamente) PEROSSISOMI 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