Lezione di citologia: lisosomi, perossisomi e mitocondri, Sbobinature di Istologia

Scarica Lezione di citologia: lisosomi, perossisomi e mitocondri e più Sbobinature in PDF di Istologia solo su Docsity! Istologia #3B - 31/03/2021 - Prof.Ssa. Klinger - organelli citoplasmatici (Lisosomi, Perossisomi e mitocondrio) - Sbobinatore e revisore: Chiara Biolchini, Nadia Dizdari I lisosomi sono uno dei tanti organelli presenti nella cellula e quindi, in quanto tali, saranno strutture rivestite da una membrana a forma di “sacco”. Importante ricordare che i lisosomi funzionano a pH acido (mentre il pH del citoplasma è pressoché neutro, compreso tra 6-7). L’ambiente acido necessario ai lisosomi è garantito da pompe protoniche, che pompano ioni H+ dal citoplasma al suo interno. Al TEM ( microscopio elettrico a trasmissione), i lisosomi appaiono come organelli delimitati da una singola membrana e dal diametro variabile (tra 0.1-1.2 micron). I lisosomi possono contenere più di 60 tipi di enzimi. Ad oggi, la maggior parte degli enzimi identificati, sono perlopiù idrolasi acide (glicosidasi, peptidasi, nucleasi…). I compiti principali del lisosoma sono due: ● La fagocitosi, con produzione di un corpo residuo che di norma sarà espulso per esocitosi. ● L’autofagia, ovvero, la tendenza della cellula ad eliminare sue grosse componenti ormai in disuso tramite i lisosomi Sulla membrana del lisosoma si trovano un centinaio di proteine, chiamate proteine della membrana lisosomiale (LMP). Le più comuni sono le LAMP-1 e LAMP-2, LIMP-1 e LIMP-2 (queste ultime, proteine intrinseche della membrana lisosomiale). Sia le LAMP che le LIMP svolgono importanti funzioni, quali: legare molecole trasportate nei lisosomi per facilitare la comunicazione con altre membrane). I lisosomi si vengono a creare dall’apparato del Golgi. Si hanno prima dei lisosomi primari, che vengono successivamente maturati e ,attraverso la fusione di vescicole lisosomiali con endosomi, si ottiene il lisosoma maturo. I lisosomi primari, in più, possiedono un pH differente in quanto le pompe protoniche non hanno ancora creato l’acidità finale di tutto il sistema. Vi sono delle malattie legate ai lisosomi, dette anche malattie lisosomiali da accumulo, come le LsDs (di cui ve ne sono circa 49 tipi). Tra le più comuni malattie legate ai lisosomi si ricordano: ● Malattia di Tay-Sachs ● Malattia di Gaucher ● Niemann- Pick syndrom La malattia è causata dalla mutazione di un gene, responsabile della produzione di una proteine transmembrana dei perossisomi. Sindrome di Zellweger: La sindrome di Zellweger (ZS) è dovuta ad una mutazione che causa difetti nella biogenesi dei perossisomi. Essa comporta difetti a livello neuronale, dismorfismi cranio-facciali, ipotonia, convulsione e disfunzione epatica. SONO NOTE MOLTE PATOLOGIE DEI PEROSSISOMI 1. SINDROME DI ZELLWEGER - difetto genetico di importo di proteine nei perossisomi - non funziona un recettore (pex2) per le proteine dei perossisomi - non vi sono enzimi nei perossisomi (perossisomi vuoti!) - anomalie a livello cerebrale, epatico, renale - la morte sopravviene poco dopo la nascita L'ultimo organello che viene trattato oggi è il mitocondrio. Il mitocondrio ha delle caratteristiche comuni con i batteri. Da qui la teoria endosimbiotica della sua nascita, di come questo si sia creato, era come si pensò in origine: un batterio è stato endocitato da una cellula eucariotica in formazione, ed è rimasto all’interno. Normalmente viene disegnato come nella foto. Hanno una forma tipica di un batterio, ma possono avere una forma sferica (cellule embrionali), ma anche una |Mtoconan forma allungata- bastoncellare (fibroblasti). Le dimensioni iniziali, il numero dei mitocondri e anche la loro localizzazione, posso variare da una cellula ad un’altra. @ Per esempio, le cellule muscolari hanno un abbondante quantità di mitocondri; intanto un fibroblasto ha un numero molto piu ridotto. Lo spermatozoo, che è una cellula altamente specializzata, possiede una serie di mitocondri, che si vanno a localizzare lungo l’assonema, cioè lungo il flagello e la coda. Questo accade perché ci serve energia per il movimento. Hanno una forma allungata, caratteristica a spirali all’intorno dell’assonema. Il mitocondrio è visibile con la microscopia electronica. Debbe molte caratteristiche tipiche del mitocondrio che ha anche nella microscopia ottica. Questa è una fluorescenza delle proteine tipiche del mitocondrio. Nella foto si può capire anche la quantità di mitocondri presenti dentro questa cellula. In blu è specificato sempre il nucleo. UCI TS 0 82 Dynamin related protein DRP1 COCCIA IO (A) Mitochondrial fusion (B) Mitochondrial fission I mitocondri si formano per divisione, da mitocondri esistenti. nine Quindi si pensa che i mitocondri € BED oPR possono dividersi (un’altra Dip! recruitment by MI, MID40/61 M049/51 caratteristica comune ai batteri). | pe ale metin cre Ma dall’altra parte il mitocondrio è CBED anche capace di fondersi, cioè da | Fusione delle membrane interne Dmpi Constitin ol mitochondria by Drpi n È Non è tanto una questione di ° Files o rp ang fission numeri la fusione dei mitocondri, : >.“ e per quando deve creare delle due mitocondri si forma uno solo. grosse interazioni, cioè più mitocondri insieme possono unirsi e disacoppiarsi a seconda delle necessita cellulari. Il mitocondrio è fatto da due membrane: una esterna e una interna. Nel caso della fusione, prima si fa una fusione delle membrane esterne, grazie all’azione della proteina mitofusina 1 e 2, e poi una seconda fusione della membrana interna, per l’atrofia ottica OPA]. Nel caso della divisione abbiamo il coinvolgimento della DRP (dinamina related protein) , che ha la funzione di strozzare un mitocondrio e dividerlo in due. In questo tipo di fusione (B) avvera la reazione della DRP1, dopo il reclutamento sulle membrane di un’altro fattore dovuto alla legame della proteina MiD 49/51 con il fattore MFF, consolidando insieme. Allora avremo la fusione. Seguendo il video, si fa capire la dinamicita che ci puó essere al livello dei mitocondri, quindi come si staccano, si riattaccano, si fondono e si dividono: In rosso i mitocondri e in verde i microtubuli (componente del citoscheletro). Osservando le porzioni rossi tendono ad unirsi o separarsi. Si allungano per fondersi insieme, formando un unico filamento quindi si vengono a creare delle retti interconesse di mitocondri. Queste retti semplici vanno a complicarsi e conettersi sempre di piu per creare retti complessi e ampi. • Morfologicamente si distinguono una membrana esterna, uno spazio intermembrana (che si trova tra le due membrane), una membrana interna e una matrice (si trova dentro il mitocondrio). • La membrana esterna Siamo sempre parlando di una membrana plasmatica (membrana cellulare fatta da lipidi con delle proteine). Sono presenti delle porine (canali menzionati nella lezione precedente). Sulla membrana esterna, avviene la sintesi di fosfolipidi ma anche la desaturazione e allungamento degli acidi grassi. • Spazio intermembrana Accade l’accumulo di enzimi e di ioni H+ che parteciperanno alla sintesi dell’ ATP. Ricostruzione 3D del mitocondrio ottenuta da una tomografia. Ci concentriamo principalmente nelle tre funzioni primari. * ATPoadenosinatrifosfato Una quantità molto elevata di ATP viene consumata, perché ogni cellula del nostro corpo la consuma. Viene consumato per la motilità (sia cellulare che del nostro corpo); per la sintesi dei componenti cellulari, cioè per la funzionalità cellulare; per trasportare materiale all’interno della cellula; per trasmettere impulso. Veramente sono tanti i processi per cui serve l’ ATP. Da dove otteniamo energia? Ovviamente la otteniamo dal cibo, il quale può essere considerato fatto di proteine zuccheri e grassi. Le proteine sono date da un insieme di amminoacidi, per i zuccheri consideriamo uno dei zuccheri principali cioè glucosio, e per i grassi abbiamo gli acidi grassi e glicerolo. Tutto questo viene usato dal mitocondrio per produrre ATP. Al livello citoplasmatico, gli amminoacidi e il glucosio vengono convertiti in piruvato, che poi entrerà nel mitocondrio. Una volta entrato nel mitocondrio, il piruvato viene convertito in acetil CoA. Gli stessi acidi grassi entrano nel mitocondrio e anche loro convertono, in questo punto, in acetil CoA. Partendo dal glucosio, quello che possiamo vedere qui è che è presente la glicolisi. Noi produciamo piruvato che va ad entrare nella matrice del mitocondrio, dove si converte in acetil CoA. Gli acidi grassi, trigliceridi, sono anche loro convertiti, ossidati, in acetil CoA. Nel questo punto l’acetil CoA entra nel Ciclo di Krebs. Questo Ciclo di Krebs è una serie di eventi biochimiche (quindi non entriamo in dettaglio), ma il risultate finale del Ciclo di Krebs e la produzione di NADH e FADH.. Il NADH e FADH: sono considerati dei donatori di elettroni. Tutti e due come donatori di elettroni si spostano dalla matrice alle creste mitocondriali. In queste creste abbiamo degli enzimi trasportatori che fanno parte della catena di trasporto degli elettroni; è anche associata alla catena respiratoria. Quindi si ha il Ciclo di Krebs, produzione di NADH e FADH2, e arriviamo sulle creste. Il concetto, detto semplicemente, è che NADH e FADH2 cedono elettroni ai complessi proteici. Gli elettroni vanno da un complesso all’altro, fino ad essere utilizzati dall’ossigeno e dagli ioni H+ per formare acqua. Da qui, siccome si consuma ossigeno, fa parte il concetto di catena respiratoria. Tutto questo è abbinato alla sintesi di ATP. Il trasporto di elettroni permette la formazione di un gradiente, ad elevate concentrazioni, nello spazio intermembrana. Sempre sulle creste è presente l’ATP sintasi che sfrutterà questo gradiente per formare ATP. Questo è in grande linee il meccanismo in cui da un glucosio o dagli acidi grassi noi riusciamo ad ottenere ATP. Una volta che abbiamo prodotto dal Ciclo di Krebs il NADH e FADH2, ci spostiamo sulle creste mitocondriali. Qui c’è la catena del trasporto degli elettroni o anche la catena respiratoria. Il NADH cede elettroni al primo complesso proteico. Durante l’accesione degli elettroni, gli ioni H+ vengono trasportati dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana. Gli elettroni continuano il loro viaggio attraverso l’ubiquinione ( CoQ ) e vengono trasportati al secondo complesso proteico. Anche al livello di questo secondo complesso abbiamo il rilasciamento di ioni H+ dalla matrice allo spazio intermembrana. Gli elettroni poi passano attraverso il citocromo C all’ultimo complesso proteico. A questo punto gli elettroni vengono ceduti all'idrogeno e all’ossigeno e si forma l’acqua. In tutto questo passaggio di elettroni, abbiamo accumulato nello spazio intermembrana una grossa quanità di ioni H+. Qui siamo nei blocchi di complessi che formano la catena respiratoria, alla quale si associa poi un enzima chiamata ATP sintasi che completa il processo della fosforillazione ossidativa. Utilizziamo il gradiente protonico per creare ATP. Nel questo punto nella porzione dello spazio intermembrana, al livello della ATP sintasi, l’idrogeno torna alla matrice e grazie a questo movimento abbiamo la produzione di ATP. Ogni volta che gli elettroni passano da un complesso ad un’altro, abbiamo anche il passaggio degli ioni idrogeno dalla matrice allo spazio intermembrana. La sintesi dell’ ATP (una dei funzioni dei mitocondri) è svolta da un complesso li proteico chiamato ATP sintasi. È costituita da una porzione detta FO, che si trova nella membrana inserita nel doppio strato; un peduncolo e una porzione F1. Questi si associano insieme a formare la ATP sintasi. La porzione FO, dentro la membrana, serve per il trasporto degli ioni idrogeno dallo (a) Component dF, sel peauncoo e di F, | (B) Assentiaggio dl compisto spazio intermembrana alla matrice. La porzione FI, rivolta verso la matrice mitocondriale, è quella deputata alla sintesi del ATP. Per ogni 3 ioni idrogeno che vengono trasportati, si crea un energia nella porzione F1 che viene convertita in ATP. Dobbiamo imaginare che lungo le creste del mitocondrio, quindi sulla membrana interna, ci sono tantissimi di questi complessi e la quantita di energia è elevata.