Mitocondri Morfologia Organelli di forma bastoncellare O 5

Mitocondri

Morfologia • Organelli di forma bastoncellare – O. 5 - 1 µm di spessore – Fino a 10 µm di lunghezza • Organizzazione differente in differenti tipi cellulari • Network Mitocondriale – Tutti in comunicazione tra loro • Elevato numero per cellula – Epatociti circa 2000

Doppia Membrana • Membrana esterna • Membrana interna ripiegata – Liscia – Creste mitocondriali

http: //www. sci. sdsu. edu/TFrey/Mito. Movie. htm

Dimensioni delle strutture di membrana Spazio intermembrana 22 nm Giunzione delle creste 28 nm Diametro delle creste 30 nm Diametro punti di contatto 14 nm Punti di contatto 14 nm

Variazioni morfologiche • Le creste differiscono in lunghezza, forma e numero, a seconda delle richieste energetiche della cellula – Cellule normali • Creste si allungano per metà della matrice • Creste corte in corrispondenza di bassa richiesta energetica – Cellule Muscolari • Creste attraversano tutta la matrice • Creste impacchettate molto strette • Numero elevato in corrispondenza di elevata richiesta energetica

“Configurazioni” Condensate Alto livello di fosforilazione ossidativa Ortodosso Basso livello di fosforilazione ossidativa

• Maggior parte delle creste arrangiate in ripiani • Nelle cellule secernenti steroidi Creste Tubulari

Mitocondri “Classici” Creste a ripiani Attraversano metà della matrice Mitocondri Attivi Creste a ripiani strettamente impilate Attraverso tutta la matrice Mitocondri delle Cellule Secernenti Steroidi Creste tubulari o circolari

Aspetti molecolari • Le membrane mitocondriali sono composte principalmente da proteine, proteine lipidi in misura minore • Le proteine mitocondriali sono costantemente rinnovate • L’emivita delle proteine mitocondriali di un’epatocita di ratto è di circa 10 giorni • Piccole quantità di DNA e RNA

Membrana esterna Ricca di proteine multipasso dette Porine Ricordano le proteine delle membrane batteriche Teoria del simbionte Permettono passaggio di molecole 500010000 dalton

Membrana interna Proteine dei complessi respiratori

Proteine mitocondriali

Funzione dei Mitocondri

Funzione dei Mitocondri • Fosforilazione Ossidativa – Processo attraverso il quale l’ossidazione dei metaboliti cellulari produce ATP – Elettroni provenienti da reazioni biochimiche – Sistema di proteine di trasporto nella membrana mitocondriale – Necessita di ATP-sintasi • Utilizza gradiente di ioni H+ per generare ATP

Fosforilazione Ossidativa

Fusione e Fissione • Network mitocondriale in continuo “movimento” – Proteine specifiche regolano il fenomeno – Sono delle GTPasi • Fusione – Mitocondri si fondono per formare una rete continua – Mitofusina 1 e 2, OPA 1 • Proteine della membrana mitocondriale esterna • Fissione – Mitocondri si dividono – DLP 1 o Drp 1 • Proteina citoplasmatica che viene reclutata sul mitocondrio

Fusione e Fissione

Fusione e Fissione Wild type Mfn 1 mut Mfn 2 mut

Fusione e Fissione

Fusione e Fissione Wild type Mitofusin mutant

Mitocondri e Citoscheletro Mitocondri associati al citoscheletro di actina per il loro movimento

Granuli della matrice • Accumuli di fosfati di calcio • Aiutano a mantenere bassi i livelli di Ca 2+ nel cytosol

Distribuzione dei Mitocondri • Tutte le cellule hanno mitocondri • La maggior parte dei mitocondri localizzata nella porzione della cellula che ha maggior richiesta energetica • Meno abbondanti in quelle cellule che lavorano in condizioni anaerobiche – Alcune cellule muscolari e del sangue

Cellule con pochi mitocondri • Fibre muscolari scheletriche tipo II – “Fibre bianche” – Contrazione rapida – Lavorano in condizioni di anaerobiosi (glicolisi) • Epitelio della pelle (squamoso stratificato cheratinizzato) – Specialmente le cellule che non si dividono più – Funzione protettiva

Neutrofili • Energia prodotta attraverso glicolisi • Ciclo dell’acido citrico meno importante • Anaerobiosi è un vantaggio – Possono uccidere batteri ed eliminare residui in zone scarsamente ossigenate • Tessuti infiammati o necrotici

Distribuzione dei Mitocondri • Elevato numero di mitocondri si ritrova in cellule che: – Hanno macchinario per muoversi – Sequestrano sostanze a p. H basso – Pompano una gran quantità di ioni • Piccoli linfociti hanno pochissimi mitocondri • Epatociti ne hanno moltissimi

Epatociti • Cellule con abbondanza di tutti gli organelli • Metabolismo molto attivo • Detossificazione associata con produzione della bile

Muscolo Cardiaco • Contrazione continua richiede molta ATP

Muscolo Scheletrico • Elevata richiesta energetica • Specialmente le “Fibre Rosse”

Cellule Parietali dello stomaco Forma “uovo fritto” • Producono HCl • Epitelio di rivestimento • Mitocondri necessari per sequestrare HCl – Spazio intermembrana

Cellule cigliate • ATP necessaria per il movimento dei microtubuli delle ciglia – Muco nella trachea – Oocita nelle tube

Neuroni pre-sinaptici • Vescicole contengono i neurotrasmettitori • Mitocondri forniscono energia per attività sinaptica

Coda degli spermatozoi • Flagello ha la stessa disposizione dei microtubuli delle ciglia • Richiede ATP per il movimento • Genoma mitocondriale materno

Tubulo contorto prossimale • Riassorbimento dall’ultrafiltrato – Ioni Sodio diffondono passivamente attraverso la membrana apicale – Trasporto attivo tramite ATPasi sodio/potassio nella membrana basale

Cellule Ossifile della paratiroide • Paratiroidi piccole ghiandole dietro alla tiroide • Cellule principali – Secernono Paratormone (PTH) – Rimpiazzate da tessuto adiposo con l’età • Cellule Ossifile – Funzione ignota – Aumentano di numero con l’età

Grasso Bruno • Produzione di calore aumentata in questo tessuto – Mitocondri hanno Termogenina nella membrana interna • Energia dissipata in calore che scalda il sangue nei capillari adiacenti

Fissazione chimica Congelamento

Corticale del Surrene • Mitocondri convertono colesterolo in Pregnenolone • Convertito in steroidi nel SER

Coni e Bastoncelli • La visione richiede molta energia • Sintesi proteica e conduzione energetica Cono Lipofuscina Cellula pigmentata Bastoncello Cono

Come si studiano i Mitocondri

Come si studiano i Mitocondri • “Probes” fluorescenti – Si accumulano selettivamente nei mitocondri – In dipendenza dal loro potenziale di membrana o dello stato funzionale – Alcune cambiano “stato” e quindi il colore emesso – Altre si “accendono” o si “spengono” in risposta a variazioni della funzionalità • Possono essere rilevate tramite – Microscopia a fluorescenza – (Cito)fluorimetria

Come si studia il potenziale di membrana

Come si studia la quantità di mitocondri