MITOCONDRI

1. MITOCONDRI

2. 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

3. Membrana esterna Spazio intermembrana Membrana interna con creste Matrice pH matrice = 8 pH spazio intermembrana = 7

4. Mitocondrio normale mitocondrio in cellula in apoptosi

5. La Membrana Mitocondriale interna Forma creste che si estendono all’interno della Matrice Mitocondriale Matrice e membrana interna sono sede dei processi mitocondriali

6. 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

7. Mitocondri MEMBRANA MITOCONDRIALE ESTERNA °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° # permeabile a Ioni e piccole molecole perche’ contiene le Porine, canali per diffusione libera

8. Mitocondri La maggior parte dei componenti proteici di queste strutture viene sintetizzata sui ribosomi citoplasmatici liberi … ma --> MITOCONDRI e CLOROPLASTI Contengono un genoma proprio

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. Carboidrati --> prima ossidazione GLICOLISI piruvato O2 Amminoacidi deaminati Seconda ossidazione Ciclo di Krebs Acidi Grassi CO2 ATP

14. GLUCOSIO C6H12O6--> 6CO2 + 6H2O • ΔG<0 • La reazione e’ suddivisa in 4 passaggi: • GLICOLISI • CICLO DI KREBS (acido citrico) • 3) CATENA DI TRASPORTO DEGLI • ELETTRONI • 4) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

15. GLICOLISI • avviene nel CITOPLASMA • 2) CICLO DI KREBS (acido citrico) • 3) CATENA DI TRASPORTO DEGLI • ELETTRONI • 4) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA • avvengono nel MITOCONDRIO

16. Esochinasi viene inibito a Feedback negativo dal Glucosio-6-P Se Glucosio-6-P accumula, diventa glucosio-1-P e devia alla sintesi del GLICOGENO ESOCHINASI Glicolisi FOSFOFRUTTO CHINASI

17. STEP INIZIALE CONSUMO DI ENERGIA TAGLIO MOLECOLA da 6 a 3 atomi di C

18. RILASCIO DI ENERGIA reazioni in doppio molecole a 3 atomi di carbonio Ingresso nel mitocondrio

19. GLICOLISI GLUCOSIO --> PIRUVATO Consumo di 2 ATP x iniziare le reazioni Ricavo di 4 ATP 2 per ogni trioso ------- 2 ATP + 2 molecole di NAD+ --> NADH ulteriore ATP via fosforilazione ossidativa

20. 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

21. NEI LIEVITI LIEVITO DI BIRRA Saccharomyces cerevisiae CO2 --> Lievitazione del pane EtOH -->gradzione alcoolica Condizioni Aerobiche nel mitocondrio

22. Il PIRUVATO in - Condizioni anaerobiche: va a lattato oppure ad etanolo - Condizioni aerobiche entra nel mitocondrio

23. L’ACETIL COENZIMA A entra nel CICLO DI KREBS o dell’ACIDO CITRICO

24. 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

25. 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

26. Mitocondri • La FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA richiede: • 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]

27. <-- 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

28. 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

29. 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.

30. Elettroni dal NADH Citocromo C Coenzima Q (Ubichinone)

31. Elettroni dal FADH2

32. 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 °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Originano un GRADIENTE ELETTROCHIMICO Che rimane bloccato dal doppio strato fosfolipidico

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

34. 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)

37. Mitocondri DEMOLIZIONE DEL GLUCOSIO x GLICOLISI x CICLO DI KREBS 4 molecole 10 molecole di NADH ATP 2 molecole di FADH2 (direttamente) e- ---> O2 TOTALE 36-38 molecole FOSFORILAZIONE di ATP OSSIDATIVA 32-34 molecole di ATP (indirettamente)

38. PEROSSISOMI

39. 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

40. Durante le reazioni di ossidazione degli acidi grassi, i Perossisomi producono H2O2 (acqua ossigenata) e la degradano tramite la CATALASI ad O2 ed H2O