Biologia Cellulare - Appunti PDF

Biologia cellulare Data 13/01/2023 (D’Angelo) Sbobinatori: Aurora Greco , Gaia Santamaria Revisionatori: Aurora Greco, Gaia Santamaria IL METABOLISMO ENERGETICO Oggi andremo a parlare di metabolismo energetico e ci occuperemo nello specifico dei due organuli adibiti a questo: mitocondrio e cloropla...

Biologia cellulare Data 13/01/2023 (D’Angelo) Sbobinatori: Aurora Greco , Gaia Santamaria Revisionatori: Aurora Greco, Gaia Santamaria IL METABOLISMO ENERGETICO Oggi andremo a parlare di metabolismo energetico e ci occuperemo nello specifico dei due organuli adibiti a questo: mitocondrio e cloroplasto. Ci soffermeremo in particolare sul mitocondrio, non è il caso di soffermarci troppo sul cloroplasto perché la sua funzione principale è la fotosintesi clorofilliana. Ci interessa di più di parlare di respirazione cellulare o della fosforilazione ossidativa, cioè su quei processi che portano alla sintesi di energia sotto forma di ATP, attraverso un complesso proteico che si chiama FOF1-ATPsintetasi. I due organuli sono accomunati dalla teoria endosimbiontica, per cui hanno un’origine comune, non possiamo dunque fare a meno di parlare delle loro analogie e chiaramente anche delle loro differenze. TEORIA ENDOSIMBIONTICA La teoria endosimbiontica vuole i mitocondri e i cloroplasti essere anticamente delle cellule procariotiche che avevano stabilito un rapporto simbiontico con una cellula eucariotica, rapporto da cui entrambi i protagonisti (cellula procariotica ed eucariotica) traevano reciproco vantaggio. Nel corso dell’evoluzione, con il passare dei millenni, queste cellule procariotiche si sono evolute e specializzate a tal punto da diventare degli organuli veri e propri che sono rimasti nella cellula eucariotica, andando a svolgere funzioni molto specifiche: Il mitocondrio impegnato nel processo di respirazione cellulare, il cloroplasto nel processo di fotosintesi. MITOCONDRI Sono degli organuli particolari, in particolare per la capacità di autoduplicarsi con un processo che in qualche modo ricorda la scissione binaria delle cellule procariotiche. (elemento che va a favore della teoria endosimbiontica). Nel processo di duplicazione ultimamente sono venute fuori delle novità che vedono il coinvolgimento di alcune membrane del reticolo endoplasmatico rugoso. Seguendo il processo di duplicazione con il con microscopio queste membrane sembrano avvolgere a mo’ di elica l’organulo e portano al reclutamento in sede di alcune proteine particolari, tra le quali le Drp1, che appartengono alla famiglia delle dinamine, che sono delle GTPasi, cioè sono capaci di idrolizzare ATP, e utilizzare energia per provocare una strozzatura nella parte centrale dell’organulo che divide l’organulo in due organuli distinti. La famiglia delle dinamine viene coinvolta anche nel processo di endocitosi, in modo particolare nell’endocitosi mediata da recettori, quando per un processo di invaginazione della membrana plasmatica, si assiste alla formazione di una vescicola che per staccarsi dalla membrana plasmatica viene circondata da una dinamina che la strozza e ne consente dunque il rilascio e l’ingresso nell’ambiente citoplasmatico. Non è possibile fare una generalizzazione sul numero o sulla forma di questi organuli. Sono infatti fattori soggetti a continue variazioni in base al momento funzionale della cellula e quindi in base al suo fabbisogno energetico, essendo questi organuli la sede di produzione di ATP. Non esiste una localizzazione specifica per questi organuli, i mitocondri sono localizzati nei distretti in cui c’è maggiore necessità di energia. Per esempio, nello spermatozoo, i mitocondri non sono localizzati a livello della testa ma sono presenti nella porzione prossimale del flagello, sede che necessita di energia per compiere movimento. Nel momento in cui avviene la fecondazione (incontro tra spermatozoo e cellula uovo) dello spermatozoo entra nella cellula uovo solo la testa, e per questo motivo i mitocondri paterni non li troveremo nello zigote (il DNA mitocondiriale presenta infatti eredità di tipo matrilineare). Nelle fibre muscolari i mitocondri sono localizzati in punti strategici cioè a livello delle fibrille, proprio perché lì c’è una maggiore necessità di energia.  II mitocondri, come del resto anche i cloroplasti, sono circondati da un doppio strato membranoso, parliamo di una membrana interna ed una esterna, ciascuna costituita da un bilayer fosfolipidico. Quella interna è rivolta verso l’ambiente interno dell’organulo, quella esterna verso l’ambiente citoplasmatico. Le due membrane hanno entrambe una composizione lipoproteica, ma si distinguono per alcuni aspetti: § membrana mitocondriale esterna: composizione che dal punto di vista della per- centuale lipidi-proteine è caratterizzata da un rapporto 1:1 ; § membrana mitocondriale interna: presenta composizione prevalentemente di na- tura proteica (circa il 75% della componente) , in linea con la sua funzione perché come vedremo è la sede del processo respiratorio, ovvero è sede di tutti quei com- plessi proteici impegnati nel processo di respirazione cellulare. Questa differenza riguardo la loro composizione la possiamo osservare utilizzando la tecnica del freeze fracture (criofrattura) , se andiamo a congelare le due membrane e poi le sottoponiamo al taglio, sarà possibile osservare sulle superfici sottoposte al taglio delle punteggiature di colore biancastro, che sono le proteine, presenti in maggior numero a livello membrana interna. Un’altra differenza tra queste due membrane riguarda la loro permeabilità: § Membrana internaà più selettiva e meno permeabile dell’esterna, caratterizzata da un particolare fosfolipide di membrana chiamato cardiolipina. § Membrana esternaà maggiore grado permeabilità, la sua permeabilità è dovuta a delle speciali proteine di membrana chiamate porine. Le porine sono delle proteine canale, caratterizzate da conformazione ‘’a barilotto con dominio beta ripiegato’’. Le porine vanno intese come cilindri cavi la cui parete è data da questi domini a foglietto beta che espongono amminoacidi di natura idrofilica consentendo il trasporto attraverso di esse di molecole di natura prevalentemente idrofilica, quindi polari Lo strato di peptidoglicano (vedi slide che segue) ci fa capire che siamo nella parete delle cellule batterica. La presenza di porine a livello della membrana esterna avvalora la teoria endosimbiontica dal momento che le porine le troviamo anche nella parete della cellula batterica Morfologia delle membrane Le due membrane non sono a diretto contatto tra loro, ma sono separate da uno spazio che si chiama spazio intermembrana, da tenere presente perché lo ritroveremo quando parleremo della fosforilazione ossidativa. La membrana interna si ripiega su sé stessa andando a costituire delle pieghe, chiamate creste mitocondriali che generalmente hanno un andamento trasversale rispetto all’ asse longitudinale dell’organulo, cioè si proiettano verso l’interno e vanno a delimitare uno spazio interno chiamato matrice mitocondriale. Nella matrice mitocondriale troviamo dalle 8 alle 10 molecole di DNA a doppia elica circolare. Nota: Il genoma mitocondriale e il genoma nucleare portano informazione completamente differente. La presenza nella matrice di ribosomi suggerisce che i mitocondri siano in grado di svolgere una modesta attività di sintesi proteica, e ciò li rende organuli semiautonomi. Grazie al loro genoma mitocondriale riescono a sintetizzare un numero limitato di proteine, ma la sintesi di un’altra buona parte deriva dal DNA genomico ed è per questo che si dicono semiautonomi. Le sfere di colore giallo (slide che precede) localizzate nelle creste sono i complessi FOF1 ATP- sintetasi, complessi in cui avviene la sintesi dell’ATP. Recap elementi a favore teoria endosimbiontica incontrati fino ad adesso: 1) Duplicazione che somiglia a scissione binaria 2) Presenza delle porine 3) Presenza di molecole di DNA circolare Adesso affronteremo il meccanismo che permetterà al mitocondrio di produrre ATP Concetti di BIOENERGETICA § Organismi chemiotrofi o eterotrofi: ricavano energia dall’ossidazione di materiale organico, a questa categoria appartengono gli animali, uomo compreso; § Organismi fototrofi o fotoautotrofi: sono in grado di sintetizzare materiale organico partendo da materiale inorganico (CO2 ed H2O), fotoautotrofi perché per fare ciò utilizzano energia luminosa es. piante fotosintetiche. METABOLISMO: l’insieme di tutte le reazioni chimiche che avvengono in una cellula, si divide in due vie: § vie anaboliche: processi di sintesi, endoergonici ovvero processi che per avvenire necessitano l’impiego di energia; § via cataboliche: processi di demolizione, esoergonici, per esempio la glicolisi che porta ossidazione del glucosio, dalla demolizione di materiale organico gli organismi riescono a ricavare energia. ATP(Adenosintrifosfato) Risulta costituito da ribosio (zucchero pentoso), adenina (base azotata), tre gruppi fosfati legati al C1 del ribosio, uniti da legami altamente energetici cioè da legami fosfoanidridici. Ciclo ATP-ADP § Quando l’ATP subisce idrolisi viene rotto tra il legame tra il fosfato più esterno e quello centrale e si libera ADP e P inorganico. § É possibile anche che da condensazione di ADP e P inorganico si riformi l’ATP. L’ATP viene idrolizzato per tante ragioni: L’ATP può essere ricavato attraverso vie cataboliche, cioè attraverso l’ossidazione di materiale organico in condizioni di anaerobiosi (assenza o scarsa disponibilità di ossigeno) o aerobiosi (disponibilità di ossigeno). Nel caso in cui fossimo in condizioni di aerobiosi il materiale organico viene totalmente ossidato fino a dare CO2 ed H2O, con l’apporto dell’ossigeno, accettore finale della catena di trasporto degli elettroni. COENZIMI Nelle vie metaboliche di cui parleremo tra poco saranno presenti numerose reazioni di ossidoriduzioni, ovvero reazioni in cui un composto si ossida e uno si riduce. Gli enzimi si servono per la loro attività di coenzimi: NAD+/ NADH e NADP+/NADPH Questi due coenzimi sono tra loro analoghi. § NAD+(nicotinammideadenindinucleotide)àosservando nella slide nel rettangolo possiamo osservare la nicotinammide, vitamina appartenente al gruppo delle vita- mine B. Lo ritroviamo nel processo di respirazione. § NADP+ à manca il gruppo ossidrilico (presente nel nad+) e troviamo un gruppo fo- sfato. Svolge una funzione importante nel processo di fotosintesi. FAD/FADH2 § Anche qui troviamo una porzione derivata da una vitamina del gruppo B, la ribofla- vina.  RESPIRAZIONE CELLULARE È un processo che inizia fuori dal mitocondrio con la glicolisi. La glicolisi si svolge nel citoplasma ed è quindi catalizzata da enzimi con sede citoplasmatica. Si tratta di una serie di reazioni che a partire da una molecola di glucosio (molecola a 6 atomi di carbonio) restituiscono due molecole di piruvato o acido piruvico (un piruvato ha 3 atomi di C, se ne formano due perché ci sarà una fase che scinderà una molecola a sei atomi di carbonio in due molecole da tre). Nelle fasi iniziali verranno investite due molecole di ATP, nelle ultime ne verranno ricavate 4 perciò il guadagno netto di queste reazioni è di solo 2 molecole di ATP. Alcune di queste reazioni sono un esempio di processo di fosforilazione a livello del substrato, diverso dalla fosforilazione ossidativa di cui parleremo tra poco. Nella fosforilazione a livello del substrato si forma ATP direttamente da un fosfato che viene fosforilato. L’1,3 bifosfoglicerato, che possiede due gruppi fosfato, è interessato in una reazione che fa sì uno dei due gruppi fosfato venga trasferito all’ADP con conseguente formazione di ATP, e di 3fosfoglicerato. La glicolisi avviene sia in condizioni di aerobiosi che di anaerobiosi, e in base alla presenza di ossigeno le due 2 molecole di piruvato che ha prodotto, potranno intraprendere come abbiamo detto prima due vie diverse:  § Anaerobiosià fermentazione lattica o alcolica § Aerobiosià importazione del piruvato attraverso sistemi navetta nella matrice mi- tocondriale, sottoposto in seguito a decarbossilazione ossidativa, che porterà alla formazione di Acetil CoA (acetil coenzima-A); (L’Acetil CoA nel mitocondrio si può formare non solo a partire da piruvato ma anche attraverso un altro processo cioè la beta ossidazione degli acidi grassi) L’AcetilCoA condensa con l’ossalacetato ed entra nel ciclo degli acidi tricarbossilici (Ciclo di Krebs) sulle membrane mitocondriali. A seguito di queste si formano 3 molecole di NADH e 1 di FADH2, cioè coenzimi allo stato ridotto. I coenzimi devono essere riportati alla forma ossidata perché la cellula non dispone una grande quantità di coenzimi ossidati. I coenzimi per tornare allo stato ossidato, devono trovare qualcosa a cui cedere i loro elettroni. ‘’Ecco che abbiamo finalmente trovato il punto di collegamento con quello che è la respirazione cellulare, tutto ciò di cui abbiamo parlato fino ad adesso sono altre reazioni collegate con la respirazione cellulare ma non si possono definire respirazione cellulare vera e propria’’ I coenzimi, dunque, cedono i loro elettroni a dei complessi proteici localizzati nelle creste mitocondriali (sulla membrana mitocondriale interna). Questi complessi proteici, che sono dei trasportatori, costituiscono nell’insieme la catena di trasporto degli elettroni. Assistiamo ad un trasporto di elettroni da un complesso all’altro (in tutto i complessi sono 4) fino a che non si arriva all’ultimo elemento della catena, cioè l’ossigeno molecolare, che consiste nell’ultimo accettore di elettroni, si riduce e si trasforma in H2O. Ecco spiegato il perché la respirazione non possa avvenire in condizioni di anaerobiosi. Recap 1) Demolizione del glucosio, che comprende: Glicolisi Decarbossilazione ossidativa Ciclo di Krebs Prodotti: ATP diretti e coenzimi ridotti 2) Riossidazione dei coenzimi ridotti - Catena di trasporto degli e Resta da capire qual è il nesso tra la catena di trasporto di elettroni e la sintesi dell’ATP Fosforilazione ossidativa Oltre i trasportatori della catena di trasporto degli elettroni, sulle creste mitocondriali troviamo delle pompe Atpasi di tipo f chiamate FOF1 ATPsintetasi. Nel mitocondrio queste pompe sfruttano delle particolari condizioni e non si comportano da ATPasi (idrolisi di ATP) ma da ATPsintetasi, quindi riescono a sintetizzare ATP tramite la condensazione di ADP e fosfato inorganico. Questo processo si chiama fosforilazione ossidativa. Nelle creste mitocondriali troviamo i complessi che formavano la catena di trasporto degli elettroni. NADH e FADH2 cedono i loro elettroni a questi trasportatori in modo non casuale, i trasportatori infatti sono localizzati in un ordine ben preciso, gli elettroni vanno da un trasp ortare all’altro fino ad arrivare all’ossigeno. Durante il loro passaggio assistiamo ad un pompaggio di protoni. I trasportatori dunque sono proteine canale capaci pompare protoni (ioni H+) dalla matrice mitocondriale nello spazio intermembrana , si forma dunque un gradiente protonico, di natura elettrochimica ,con maggiore concentrazione nello spazio intermembrana. Per questo motivo, cioè per una questione di diffusione (molti protoni fuori e pochi dentro) i protoni hanno una tendenza a rientrare nella matrice, e per la presenza della membrana mitocondriale interna che abbiamo detto essere molto selettiva e poco permeabile, sono costretti ad utilizzare queste proteine canale. Utilizzano dunque il complesso proteico fof1. COMPLESSO FOF1- ATP SINTETASI (parte 1) Complesso organizzato in due componenti: FOàcomponente proteica transmembrana (adagiata nel bilayer fosfolipidico) che funziona da canale e consente ai protoni di rientrare nella matrice; F1 àcomponente globulare che sporge nella matrice ed ha funzione catalitica, cioè si serve dell’energia fornita dal gradiente per sintetizzare ATP (tramite condensa- zione ADP e P). Il rientro protoni nella matrice non è un processo spontaneo ma è una diffusione facilitata. Catena di trasporto degli elettroni complessi facenti parte della catena di trasporto degli elettroni sono quattro. (su alcuni testi ne menzionano un quinto riferendosi ad fof1 che in realtà non fa parte della catena di trasporto ma è una componente aggiuntivo) Il NADH (forma ridotta), uno dei coenzimi che si formano durante il ciclo di Krebs, cede i propri elettroni al primo dei complessi, il quale si riduce a sua volta. Il temine “complesso” significa che è formato da tanti componenti, come citocromi, non in ordine. Il primo complesso per tornare alla forma ossidata cede elettroni ad un altro elemento della catena di trasporto, che è un complesso mobile, chiamato ubichinone. L’altro coenzima, il FADH2, cede elettroni non al primo complesso, ma al secondo. A sua volta il secondo complesso cede elettroni nuovamente all’ubichinone. Dunque, l’ubichinone riceve elettroni sia dal primo che dal secondo complesso e li convoglia sul terzo complesso. Il terzo cede a sua volta gli elettroni ad un altro complesso mobile, cioè il citocromo C. dal citocromo C gli elettroni passano al quarto complesso e successivamente all’FoF1ATP-sintetasi. Infine, l’accettore finale di questi elettroni risulta essere l’ossigeno, che riducendosi, forma acqua. Dal NADH che si riossida vengono formati 3 ATP, mentre il FADH2, riossidandosi permette la formazione di 2 molecole di ATP. Questo perché il FADH2 non ha dato degli elettroni al primo complesso, ma direttamente al secondo, al contrario del NADH. Questo determina la formazione di un quantitativo di energia inferiore. Questo significa che gli elettroni quando viaggiano lungo il trasportatore passano da un livello energetico più alto, ad uno via via più basso, nel mentre scendono lungo la catena di trasporto ed è come se scendessero dei gradini di una scala. L’energia che viene ceduta via via servirà ai quattro complessi che sono dei canali ionici, a trasportare ioni H+ dalla matrice allo spazio inter-membrana, creando così quel gradiente elettro-chimico. COMPLESSO FOF1-ATP-SINTETASI (parte 2) Si chiama “Fo” perché “O” sta per “oligomicina”, cioè una sostanza che ha azione inibitoria nei confronti del complesso stesso. Quando il complesso è esposto alla oligomicina, il complesso stesso non è più in grado di funzionare. La componente Fo si trova incastonata nella membrana, dunque è la componente del complesso trans-membrana. F1 invece sporge nella matrice. Grazie ad un canale presente in Fo, gli elettroni riescono ad essere trasportati nella matrice, questo permette alla componente F1, cioè quella catalitica, di sintetizzare ATP. Nello specifico: Fo risulta essere costituita da tre tipi di subunità: a, b e c. una sola subunità a, a contatto con le c, costituisce il canale per il passaggio dei protoni, due subunità b disposte lateralmente con funzione strutturale, ed infine ci sono dieci subunità c disposte esternamente in modo radiale. F1 risulta costituita da due tipi di subunità: tre α e tre β disposte in maniera alternata. È possibile anche dire che F1 è costituita da tre eterodimeri. Infine, c’è un altro elemento chiamato peduncolo, costituito da tre subunità: γ centrale, capace di ruotare, δ ed ε. Il peduncolo risulta essere inserito nella componente Fo ed F1, funge da collegamento tra le due componenti. Ciò che ne risulta è il complesso nella sua interezza, il quale è in grado di garantire il passaggio degli elettroni. Il trasporto di protoni e dunque il passaggio di una notevole quantità di energia, favorirà la rotazione del peduncolo. Essendo il peduncolo incuneato nella componente F1, questa rotazione determina una variazione conformazionale delle tre subunità β che compongono F1. Ciò consentirà di produrre ATP. Viene fatta una distinzione tra componente mobile ed una stazionaria: in Fo la componente stazionaria è a, mentre le subunità mobili sono le c. Quando gli elettroni passano attraverso a, il peduncolo ruota, permettendo che le subunità c girino. Per ogni protone che passa la porzione ad anello della componente Fo compie 1/10 di giro. Ogni protone che passa c’è uno scatto. Ogni decimo di scatto una sola subunità di c viene in contatto con il canale a. in F1, sebbene le subunità β siano proprie di attività catalitica, e le subunità α abbiano funzione strutturale, nell’insieme entrambe costituiscono la componente stazionaria. Mentre la componente mobile è costituita dal peduncolo (è possibile sia considerarlo come una struttura a sé stante, sia come parte di F1, l’importante è ricordare che compie un movimento rotazionale) Come avviene il cambiamento conformazionale delle subunità β della componente F1? in questa immagine si possono osservare le tre subunità β, ognuna con un numero diverso al pedice; 1, 2 e 3. Le possibili conformazioni sono, in questo ordine: - O, open. Cioè la conformazione in cui la subunità non ha legato a sé nulla - L, lassa. Ha legato ADP e fosfato inorganico - T, tight o stretta. È avvenuta la condensazione tra ADP e fosfato inorganico, con conseguente formazione di ATP, pronto per il rilascio Perché l’ATP possa essere liberato, è necessario che la subunità β passi dalla conformazione T alla conformazione O. Al centro c’è la componente del peduncolo γ che ruota. Dunque, ogni subunità β, attraversa tutte e tre le conformazioni in maniera ciclica, ognuna delle quali rispetto alle altre due compie un ciclo indipendente. Quando il peduncolo ruota di 120°, la subunità in conformazione open, passa alla conformazione lassa. Quando si verifica un’ulteriore rotazione di 120°, dalla conformazione L si passa alla conformazione tight con formazione dell’ATP. A questo punto, il peduncolo compie una rotazione di altri 120° e dalla conformazione T, la subunità acquisisce nuovamente la conformazione O di partenza. Alla fine di una rotazione completa di 360° si otterrà la formazione di 3 ATP. Subunità a Dall’immagine di sinistra è possibile osservare il peduncolo (in arancio) incastonato tra le subunità della componente F1. Nell’immagine di destra è possibile osservare che ognuna delle subunità α e β possiedano delle lettere al pedice. Nello stesso momento ognuna delle tre subunità possiede una conformazione diversa dalle altre due. Per quanto riguarda la subunità a, assimilabile per funzione ad un canale, contiene a sua volta due semi-canali: - Emi-canale 1: dallo spazio inter-membrana trasporta ioni H+ fino a metà subunità. - Emi-canale 2: da metà subunità trasporta ioni H+ nella matrice. È errato infatti immaginare che il canale in cui passano gli ioni sia unico. Nell’immagine sono rappresentate le subunità c, ognuna delle quali, dopo ogni “scatto” risulta essere direttamente a contatto con la subunità a. naturalmente le subunità sono costituite da proteine. Quando il protone passa nel primo emi-canale, trasporta con sé una notevole quantità di energia. Il protone provoca una reazione di idrogenazione di un residuo di acido aspartico della subunità c a contatto con a. questa idrogenazione permette che la subunità c possa accompagnare la rotazione attraverso il suo cambiamento conformazionale. A questo punto il protone che veniva legato al residuo di acido aspartico viene ceduto, e dunque, passa nell’emi-canale 2 per essere rilasciato nell’ambiente della matrice. In altre parole, è stato visto che questa rotazione a scatto della subunità c è la conseguenza dell’alternanza di reazioni di idrogenazione e de-idrogenazione a carico dele subunità c che in ogni dato momento è a contatto con la subunità a. DNA MITOCONDRIALE è un DNA a doppia elica circolare, chiamato mt-DNA. Ha dimensioni molto ridotte rispetto al DNA genomico. È formata da 16.500 coppie di basi. Porta un numero esiguo di geni: - 13 geni che traducono per proteine addette alla catena di trasporto degli elettroni - 2 RNA ribosomiali - 22 tRNA È privo di istoni e sistemi di riparazione, al contrario del DNA genomico. L’mtDNA si trova in una sede particolare in quanto è una porzione in cui vengono prodotti i cosiddetti “ROS”, cioè le “specie reattive dell’ossigeno”. Si producono perché, ogniqualvolta le nostre cellule producono ossigeno, purtroppo si producono inevitabilmente come prodotti di scarto questi ROS che sono molecole estremamente reattive, capaci di reagire danneggiando molecole biologiche. L’mtDNA è il bersaglio preferito dei ROS, mutandolo, proprio perché è la sede in cui avviene la sua produzione come conseguenza principale della respirazione cellulare.  Sono diffuse le malattie correlate al mtDNA, anche dette malattie mitocondriali. Spesso però, le malattie mitocondriali non sono unicamente associate a danni del DNA ma possono insorgere anche come conseguenza di mutazioni del DNA genomico. I mitocondri sono degli organuli detti “semi-autonomi”. Infatti, molti dei complessi proteici propri del mitocondrio in realtà vengono sintetizzati nel citoplasma. Le malattie mitocondriali spesso colpiscono i muscoli (retinopatia, muscolo cardiaco, muscoli scheletrici) L’eteroplasmia è la coesistenza all’interno di una stessa cellula di molecole di DNA mitocondriale normali o che sono state soggette a mutazioni. Ereditare un DNA mitocondriale mutato non significa necessariamente avere un fenotipo patologico. Ciò dipende dall’effetto soglia, cioè se il numero di mitocondri con mtDNA al loro interno mutato supera di gran lunga quelle normali, si sviluppa il fenotipo patologico. CLOROPLASTO Accomunato al mitocondrio per la derivazione: la teoria endosimbiotica vale anche per il cloroplasto. Anche il cloroplasto presenta una membrana interna e una esterna ed in più, esiste una terza membrana costituita dalla membrana dei tilacoidi stromali, i quali sono impilati come monete lamellari, con un lume al loro interno. Facendo un confronto con il mitocondrio, ciò che chiamavo matrice è costituito dallo stroma, mentre il corrispettivo dello spazio inter-membrana è rappresentato dal lume del tilacoide. In analogia con il mitocondrio, anche nel cloroplasto sono presenti dei complessi FoF1-ATP- sintetasi situati nella membrana dei tilacoidi (F1 sporge nello stroma). Il lume del tilacoide dal punto di vista funzionale presenta un accumulo di protoni, i quali debbono essere trasportati nello stroma attraverso FoF1-ATP-sintetasi. Nel cloroplasto l’ATP viene prodotta perché nella fase oscura della fotosintesi clorofilliana (cronologicamente rappresenta la seconda fase del processo) verrà impiegata per la sintesi del C6H12O6 a partire da H2O e CO2, ovvero nel ciclo di Calvin. Il punto di partenza della fotosintesi clorofilliana è rappresentato dall’acqua che con l’assorbimento di un fotone di luce subisce fotolisi, liberandosi elettroni che viaggiano attraverso dei trasportatori sulla membrana del tilacoide. Questo trasporto causa il pompaggio di protoni nel lume del tilacoide, analogamente a ciò che accadeva nello spazio inter-membrana. A questo punto gli ioni vengono riportati nello stroma, permettendo la produzione di ATP da parte di F1. in questa slide si mette a confronto la fotosintesi e la respirazione: - Nella fotosintesi il glucosio costituisce il punto di arrivo. - Nella respirazione il glucosio è il punto di partenza.