Mitocondri e Respirazione cellulare, Sintesi del corso di Biologia

Scarica Mitocondri e Respirazione cellulare e più Sintesi del corso in PDF di Biologia solo su Docsity! Mitocondri Esistono due diversi tipi di respirazione: • La respirazione esterna o polmonare: consiste nello scambio di O2 e CO2 tra aria esterna (atmosfera) e aria interna. Questo processo coinvolge sistemi e apparati del nostro corpo come l’apparato respiratorio e il sistema circolatorio. • La respirazione interna o cellulare: consiste in una serie di reazioni metaboliche che impiegano O2 combinato con biomolecole (carboidrati, proteine e lipidi), al fine di produrre CO2, H2O e ATP. Il processo di respirazione cellulare è quindi composto da più stadi, la maggior parte dei quali avvengono all’interno di un organello che svolge un ruolo centrale nel processo di respirazione interna: il mitocondrio. In molte cellule eucariotiche la maggior parte della produzione di molecole di ATP avviene in questo organulo. Si ritiene che i mitocondri abbiano avuto origine quando cellule batteriche furono inglobate in cellule di maggiori dimensioni, sopravvivendo e stabilendosi permanentemente nel citoplasma della cellula ospite mediante un processo di endosimbiosi. I mitocondri sono organelli dalla forma ovale, caratterizzati da una lunghezza di 1-2 µm e un diametro di 0.5 µm. I mitocondri sono presenti in tutte le cellule animali a metabolismo aerobio. I mitocondri sono distribuiti all’interno della cellula, dove sono presenti in numero variabile. Il volume cellulare degli epatociti è per il 20% costituito da mitocondri. I mitocondri sintetizzano la maggior parte dell’ATP cellulare, costituiscono quindi la ‘centrale energetica’ della cellula eucariotica a respirazione aerobia. I mitocondri possono essere singoli o formare reti interconnesse di mitocondri in continuo cambiamento. Quando sottoposta a idrolisi, ovvero l’acqua viene impiegata per rompere il legame fosfoanidridico che unisce il terzo gruppo fosfato al secondo, viene rilasciata energia. L’idrolisi dell’ATP è quindi una reazione altamente esoergonica, la reazione inversa, ovvero la sintesi di ATP a partire da ADP e Pi, è invece endoergonica. La sintesi di ATP avviene all’interno della cellula in due modi: • Glicolisi: processo che avviene nel citoplasma e che porta alla sintesi di 2 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio • Fosforilazione ossidativa: processo che avviene nei mitocondri (nelle cellule aerobie) e che porta alla sintesi di 36 molecole di ATP ogni molecola di glucosio La cellula richiede energia metabolica per numerosi processi che sono essenziali per la vita cellulare: • Generare differenze di potenziale ai capi della membrana • Generare gradienti ionici stabili tra esterno e interno della cellula • Reazioni che richiedono energia metabolica • Contrazione muscolare (cuore, muscoli scheletrici ..) • Cambi di conformazione di proteine e segnali cellulari Glicolisi La glicolisi è una via metabolica, articolata in 10 tappe, che converte una molecola di glucosio in due molecole di piruvato. La glicolisi è un processo comune al metabolismo del glucosio aerobico e anaerobico, dunque si svolge in tutti gli organismi. Nel processo di glicolisi una molecola di glucosio viene scissa (Fase 1), parzialmente ossidata (Fase 2) e convertita in due molecole di piruvato (Fase 3). L’energia liberata viene conservata come guadagno netto di 2 molecole di ATP e 2 molecole di NADH. Il destino del piruvato dipende dal tipo di organismo coinvolto, dal tipo specifico di cellula e dalla disponibilità di ossigeno. In presenza di ossigeno il piruvato viene trasportato nella matrice mitocondriale e ossidato ad Acetil CoA. In assenza di ossigeno invece il piruvato viene ridotto a lattato o etanolo da NADH, rigenerando NAD+. coinvolge una serie di trasportatori di elettroni reversibilmente ossidabili che operano in serie (catena di trasporto degli elettroni). • Sintesi di ATP: viene impiegata l’energia rilasciata durante il trasporto degli elettroni per generare un gradiente elettrochimico di protoni. L’energia chimica del gradiente protonico è infine sfruttata dall’enzima di membrana ATP-sintasi per produrre ATP. I trasportatori che costituiscono la catena di trasporto degli elettroni, impiegano l’energia che si produce dall’ossidazione dei coenzimi NADH e FADH2 per pompare protoni (H+) dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana. Si genera così un flusso di elettroni attraverso i trasportatori che termina all’altezza del quarto complesso, quando questi vengono ceduti all’ossigeno (accettore finale) con produzione di acqua. La catena di trasporto degli elettroni è costituita da diversi tipi di trasportatori: • Flavoproteine: polipeptidi legati a gruppi FAD (Flavina adenina dinucleotide) e FMN (Flavina adenina mononucleotide) ad esempio NADH deidrogenasi • Citocromi (a, b e c): proteine che contengono ferro nel gruppo eme • Citocromi contenenti rame: accettano e donano 1 e- • Proteine ferro-zolfo: contengono atomi Fe e S complessati con cisteine della proteina • Coenzima Q (Chinone): componente non proteico, molecola liposolubile che accetta o cede 2 e- Il catena di trasporto degli elettroni consiste in una serie di trasportatori di elettroni, differenti dal punto di vista chimico, il cui ordine di intervento nel trasferimento degli elettroni è determinato dai loro relativi potenziali redox. Questo significa che il trasferimento di elettroni dal NADH o dal FADH2 all’ossigeno (O2) è spontaneo e esoergonico. La ATP-sintasi è costituita da due complessi: Fo e F1. Fo costituisce il poro per la traslazione dei protoni mentre il complesso F1 sintetizza ATP L’accumulo di protoni nello spazio intermembrana è ciò che sfrutta l’ATP sintasi per traslocare protoni (H+) dallo spazio intermembrana alla matrice mitocondriale, con produzione di ATP.