Istologia pdf - Riassunto Monesi PDF

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Riassunto Monesi...

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MITOCONDRI ! Sono organuli presenti in tutte le cellule animali e vegetali; appaiono come filamenti o bastoncelli con un diametro di 0,5 um e una lunghezza variabile da 1 a 6 um:distribuiti uniformemente nel citoplasma (salvo alcune eccezioni)! -->la forma,le dimensioni e la distribuzione intracellulare dei mitocondri sono comunque soggette a continui cambiamenti in rapporto allo stato funzionale della cellula.! Sono strutture estremamente dinamiche, in grado di fondersi,di dividersi e di cambiare forma e distribuzione citoplasmatica;durante la mitosi i mitocondri si concentrano nelle vicinanze del fuso mitotico e, allo stadio di citodieresi,vengono distribuiti in quantità approssimativamente uguali nelle due cellule figlie.! Il loro coinvolgimento nell'organizzazione cellulare è molto esteso, sono conosciuti principalmente come "centrali energetiche delle cellule", la loro funzione principale è quella di produrre energia combinando molecole organiche con l'ossigeno;! ->l'energia così prodotta è immagazzinata sotto forma di ATP,che è trasferito nello ialoplasma.! La maggior parte dell'energia , ottenuta dalla demolizione dei carboidrati o dei grassi deriva dalla cd."fosforilazione ossidativa.! I mitocondri sono importanti anche per altre funzioni:! 1->rappresentano anche la sorgente principale di produzione di ROS ( specie reattive dell'ossigeno) o "radicali liberi intracellulari(che per le cellule sono potenzialmente dannosi)! 2->sono coinvolti nella regolazione del processo apoptotico di morte cellulare programmata ! 3->sono anche la sede dove avvengono importanti reazioni enzimatiche( sintesi del gruppo prostetico eme)! Il numero dei mitocondri presenti in una cellula varia a seconda dell'organismo, del tessuto e del tipo di cellula; essi si distinguono da tutti gli altri organuli in quanto posseggono un genoma proprio che codifica per alcune importante proteine fondamentali per la respirazione e la fosforilazione ossidativa! STRUTTURA ! I mitocondri presentano al microscopio elettronico una caratteristica organizzazione membranosa, appaiono come vescichette la cui parete è costituita da due membrane concentriche: la membrana esterna e la membrana interna ! la membrana esterna è lineare e separa i mitocondri dal citoplasma , mentre la membrana interna è separata dalla membrana esterna da uno spazio (circa 8-20 nm) ed è sollevata in pieghe , le cd. "creste mitocondriali"che penetrano nella cavità centrale del mitocondro suddividendolo in ! La cavità centrale del mitocondrio,delimitata dalla membrana interna e dalle "creste mitocondriali" è ripiena di (che si presenta come un materiale relativamente denso che oltre a contenere ribosomi e DNA mitocondirale, riveste l'importante funzione di "deposito dello ione calcio").! Le due membrane si presentano ulteriormente organizzate in "regioni specializzate":! ->quella esterna contiene proteine,es.i canali ionici (e le traslocati TOM ) che consentono il passaggio di metaboliti e delle proteine codificate dal genoma del mitocondri ; vi sono inoltre descritte regioni che interagiscono con altri organuli .Inoltre contiene numerose proteine di trasporto,le "porine"che la rendono permeabile a piccole molecole ! ->quella interna è suddivisa in una membrana interna marginale e nelle "creste mitocondriali". Creste mitocondriali !

le creste mitocondriali presentano una struttura "a sacco" e sono separate dallo spazio intermembrana da molecole di giunzioni cd."OPA": il loro numero è variabile a seconda del tipo cellulare e delle condizioni fisiologiche della cellula! Le creste,che generalmente orientate trasversalmente all'asse del mitocondrio, costituiscono compartimenti specializzati a limitare la "diffusione di importanti molecole " caratteristica importante per la fosforilazione ossidativa( OXPHOS osxidative Phosphorylation system). Il numero delle creste è variabile a seconda Modulando la formazione delle creste i mitocondri possono modificare la loro organizzazione interna FISSIONE E FUSIONE DI MITOCONDRI! I mitocondri subiscono frequenti processi di "fissione e fusione"delle loro membrane, che generano reti tubolari spesso ramificate, che potrebbero spiegare la grande diversità di morfologie dei mitocondri;attraverso queste trasformazioni i mitocondri mutano il loro stato,consentendo un sofisticato "controllo di qualità".! Con la fusione i mitocondri si combinano e si allungano, invece con la fissione si dividono e si restringono! Fusione ! Il processo di fusione è regolato da tre GTPasi della famiglia delle "dinamine"( Mitofusina1 Mfn1 ; Mitofusina2 Mfn2 ; Atrofia ottica OPA1) ed avviene attraverso due fasi: primariamente si fondono le membrane esterne e poi le membrane interne ! Fissione ! E' un evento di divisione che produce uno o più mitocondri "figli"; anch'essa è mediata da una proteina (presente nel citoplasma)della famiglia delle "dinamite"( la Dynaminrelated protein DRP1) e si compone di tre fasi:! -marcatura di un sito di fissione ! -assemblaggio di dimeri e oligomeri della DRP1 e formazione di una "sovrastruttura"a forma di spirale attorno al sito di fissione! -idrolisi di GTP e costrizione dell'elica DRP1 che appunto "recide il mitocondrio".! ATP FONTE DI ENERGIA ! L'ATP costituisce la più importante fonte dei energia per la cellula e viene principalmente prodotto nei mitocondri, i quali combinando molecole organiche con l'ossigeno producono energia,che poi sarà per l'appunto immagazzinata sotto forma di ATP.! In pratica:! -molecole assunte dall'ambiente esterno (zuccheri, proteine,grassi) vengono degradate con liberazione di energia, la quale viene immediatamente intrappolata in legami chimici che ne consentono l'immagazzinamento ed il trasporto e quindi lo svolgimento delle differenti attività cellulari .! Degradazione cellulare :! A)Glicolisi Anaerobica (senza ossigeno)! Un primo processo di "degradazione cellulare" è la che comporta la degradazione di una molecola di glucosio in due di piruvato; questa degradazione avviene per mezzo di un processo enzimatico che non richiede l'utilizzo di ossigeno.! La glicolisi,pur essendo evolutivamente il processo più antico è scarsamente efficiente, in quanto per degradare una molecola di glucosio in due di privato consuma due molecole di ATP e ne produce quattro (con un bilancio energetico di due sole molecole di ATP).! Gli enzimi che intervengono in tale processo,non essendo leggati alle membrane, ma liberi nella matrice cellulare, sono detti "enzimi solubili".! Il processo di degradazione della molecola di glucosio in due di piruvato che prende il nome di "ciclo di Embden-Meyerhof " si svolge una serie di stadi successivi catalizzati da

enzimi specifici ,in cui il "prodotto di reazione di uno stadio"serve da substrato allo stadio successivo.! Nel ciclo di Embden-Meyerhof le "deidrogenasi"( sottoclasse di enzimi) che asportano l'idrogeno dai substrati richiedono l'intervento di che assolvono alla funzione di "accettori idrogeno"! Il colatore interessato a tale processo e il NAD+,il quale acquistando gli elettroni rimossi dal substrato è ridotto a NADH , che a sua volta viene successivamente utilizzato nei mitocondri come "portatore di elettroni"! Infine,si rileva che l'acido piruvico che si forma in questo processo può avere un duplice destino:! a)in presenza di ossigeno diventa ! b)in assenza di ossigeno ,come nel caso in specie, è invece ridotto ad "acido lattico"(utilizzando una molecola di NADH che ritorna nella sia forma ssidata di NAD+ ) questa trasformazione prende il nome di >e si verifica ad esempio quando l'ossigeno non è in grado di raggiungere i tessuti abbastanza rapidamente.! B)Respirazione aerobica(con ossigeno)! Diverso,invece è il processo in presenza di ossigeno ,cd. "aerobico"; in questo caso il "piruvato", per mezzo di complesso enzimatico presente nei mitocondri(cd."privato deidrogenasi") , viene ad "Acetil-Co-enzima A.! Nei mitocondri(sempre in presenza di ossigeno) l'Acetil-Co-enzima A determina l'innesco del processo di che produce la gran parte di energia necessaria per tutti i fenomeni vitali.! In altri termini nel processo di decarbossilazione che avviene nei mitocondri , le sostanze organiche (piruvato, ma anche grassi e amminoacidi),con l'intervento dell'ossigeno molecole, sono degradati per ossidazione ad anidride carbonica ed acqua:! -l'energia liberata viene utilizzata per la sintesi di molecole di ATP, le quali diffondono dal mitocondrio nella matrice citoplasmatica;quindi riconvertendosi poi in ADP liberano l'energia contenuta nei loro legami chimici, la quale viene utilizzata in tutti i processi endoenergetici della cellula.! I processi enzimatici del mitocondrio appartengono a tre sistemi:! 1-->Enzimi ossidativi o "ciclo di Krebs"= i lpiruvato e gl incidi grassi attraversano le membrane mitocondirali, si localizzano nella matrice e quì legandosi al coenzima A formano l' Acetil-Co-enzima A. (leggi pag.138) ! 2-->Enzimi della catena respiratoria o del "trasporto degli elettroni = i nucleotidi ridotti , che si sono formati durante il ciclo di Krebs vengono trasferiti dalla matrice mitocondriale sulle creste: tornano alla forma ossidata (NAD+ , NADP+ ,FAD ) e cedono gli atomi di idrogeno tolti al substrato ! 3-->fosforilazione ossidativa(fase finale della respirazione)= costituisce la "formazione di ATP" , la quale avviene per mezzo di un processo nel quale il fosfato è aggiunto all'ADP per mezzo dell'energia prodotta dall'ossidazione, in pratica :! ADP+ P + ENERGIA--->ATP .! Questa reazione catalizzata da uno speciale enzima ,l'ATP sintetasi (che è un complesso proteico transmembrana costituito da 9 polipeptidi diversi) nel cui interno è presente un canale per protoni che attraversa la membrana in tutto il suo spessore ;! *quando i protoni fluiscono attraverso questo canale (secondo un gradiente elettrochimico), l'ATP sintetasi , sintetizza ATP nella matrice mitocondriale (vedere libro pag 139).! La respirazione produce 34 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio,le quali si aggiungono alle 2 prodotte dalla glicolisi anaerobia ! Teoria della chemiosmotica (vedi libro pag. 140)!

MITOCONDRI E METABOLISMO DEI LIPIDI E DEGLI STEROIDI ! I mitocondri sono coinvolti anche nel metabolismo dei lipidi ,degli steroidi e di altri importanti attività cellulari: ! -importano la maggior parte dei fosfolipidi ,! -sono in grado di decarbossilare fosfatilcolina e fosfatilserina ! -sono in grado di sintetizzare, a partire dai lipidi importati "cardiolipina! -ed infine, in mitocondri isolati è stata osservata sintesi di acidi grassi e di fosfolipidi! Un importante aspetto della funzione dei mitocondri nel metabolismo dei lipidi è la "loro partecipazione (insieme al reticolo endoplasmatico liscio) alla ! I mitocondri sono dotati anche della proprietà di "accumulare e concentrare" varie sostanze (gli ioni, anche ad alte concentrazioni; piccole molecole ed anche macromolecole), quello più importante è l'accumulo di nella matrice; ! -->ad essi ,inoltre è stato attribuito un ruolo essenziale nella gluconeogenesi del privato:! * In conclusione, nei mitocondri avvengono: alcune reazioni nella sintesi di ormoni steroidi ; la sintesi di alcuni fosfolipidi ( fosfatidilglicerolo e cardiolipina) oltre all'importante processo della "beta-ossidazione degli acidi grassi.! IL SISTEMA GENETICO DEI MITOCONDRI ! I mitocondri contengono DNA,capace di duplicarsi e di codificare per la sintesi di alcune proteine costitutive oltre a specifici ribosomi ;in altri termini contengono un "genoma" extracromosomico che conferisce loro una certa autonomia .! Il DNa mitocondirale(mtDNA) presenta caratteristiche diverse da quelle del DNA nucleare e molto simili a quello batterico, in breve:! 1-si presenta sotto forma di un'unica elica con andamento circolare,ma più breve di quella batterica! 2-non è organizzato in una struttura cromosomica ! 3-non è associato ad istori o altre proteine ! Ogni mitocondrio umano contiene un numero variabile di copie identiche di uno specifico mtDNA;il genoma è di circa 16kb e codifica 37 geni , di cui :! -->13 codificano per proteine ( che rappresentano una componente importante dei complessi proteici presenti nella membrana mitocondriale interna e necessari per la produzione di ATP)! -->24 geni del mtDNA, invece corrispondono alle sequenz dei 2 rRNA(12S e 16S) e di 22 tRNA(indispensabili per la sintesi in situ delle proteine codificate dal mtDNA); il ridotto numero di tRNA vale a far si che si tratta di un codice genetico diverso e distinsi da quello universale degli eucarioti e dei procarioti ! *basti pensare che mentre solo il 3% del DNA nucleare è codificante, quello mitocondriale è invece codificante al 93%.! Tra l'altro i mitocondri possono avere un codice genetico differente dalla cellula stessa in quanto il mtDNA codifica per una serie specifica di tRNA(ogni singolo tRNA è in grado di leggere 2 o 4 codini).! Il mtDNA va incontro a numerosi cicli di replicazioni ed è quindi più soggetto agli errori della macchina replicativa e all'accumulo di mutazioni (che possono determinare un certo numero di patologie genetiche , le cd. "malattie mitocondriali ,come ad esempio la "neuropatia ottica di Leber"una rara malattia ereditaria che porta alla cecità).! EREDITA' MITOCONDRIALE ! Nei mammiferi l'eredità mitocondriale è solo materna ,quindi le eventuale mutazioni del mtDNA possono essere trasmesse solo dalla madre.! Specifici studi hanno dimostrato che i "mitocondri paterni" perdono l' integrità strutturale della loro membrana interna subito dopo la fecondazione;questo fenomeno sarebbe la causa di una perdita del potenziale di membrana ed espone la matrice mitocondriale

all'azione di un "endonucleasi G" causando una rapida degradazione del DNA mitocondriale paterno per .! Indubbiamente l'eliminazione dei mitocondri paterni è un passaggio critico per il corretto sviluppo embrionale in considerazione del fatto che un eventuale ritardo nella loro rimozione causa un aumento della letalità embrionale.! La teoria endosimbiontica sull'origne dei mitocondri ( leggi libro pag. 143)! ASSEMBLAGGIO MITOCONDRIALE E IMPORT DI PROTEINE ! Considerato che il nucleo della cellula contiene i geni che codificano la maggior parte delle proteine mitocondriali necessarie non solo per la fosforilazione ossidativa e gli enzimi del ciclo dell'acido citrico,ma anche per la replicazione e la trascrizione del mtDNA; è MOLTO PROBABILE che alcuni di questi geni siano stati trasferiti al nucleo dal progenitore procariotico dei mitocondri.! Oltre il 90% delle proteine mitocondriali sono codificate da geni nucleari e vengono quindi sintetizzati sui "ribosomi citoplasmatici liberi e importate all'interno dei mitocondri come "polipeptidi completi".! L'importazione delle proteine dal citoplasma alla matrice mitocondriale si presenta alquanto complesso, in quanto le proteine destinate alla matrice mitocondriale DEVONO oltrepassare sia la membrana esterna, sia quella interna; mentre altre proteine devono essere dislocate in specifici compartimenti (es, lo spazio intermembrana).! Recentemente è stato in parte identificato il meccanismo responsabile della corretta destinazione delle proteine mitocondriali nei diversi compartimenti ; infatti sono state individuate 20/25 sequenze amminoterminali ( amminoacide) cd. presequenze ,nonché delle sequenze interne moltipliche fungono da segnali che indirizzano le proteine nei differenti comparti .! Tali sequenze amminoacidi, insieme ad alcuni specifici complessi proteici ,"traslocasi"(complesso TOM nella membrana esterna; complesso TIM nella membrana interna e complesso SAM nella membrana esterna) sono del definitivo e corretto posizionamento all'interno dei mitocondri.! CORRELAZIONI CLINICHE (Malattie mitocondriali ) vedi pag. 144.! PEROSSISOMI ! Sono piccoli organuli delimitati da una singola membrana(che racchiude una matrice amorfa cd. matrice perossisomiale"); a prima vista sembrano simili ai lisosomi,tuttavia, mentre questi ultimi si originano nell'apparato di Golgi, i perossisomi si replicano per divisione e possono essere rigenerati in maniera rapida anche se la cellula li perde completamente.! Il loro numero può variare (da poche unità a circa 500 nella maggior parte delle cellule umane);generalmente assumono forma tondeggiante anche se non mancano casi in cui si presentano "bastoncellari" o legati tra loro in strutture reticolari:! ->essendo molto dinamici non hanno una distribuzione citoplasmatica fissa,ma si muovono lungo i microtubuli del citoscheletro attraverso proteine motrici .! Funzione dei perossisomi ! Nella matrice perissisomica sono stati trovati almeno 50 differenti enzimi che agiscono a pH 8: questi enzimi sono coinvolti nel "metabolismo del perossido di idrogeno" e di altra specie reattive dell'O2 (ROS) nonché della "detossificazione di composti nocivi"(es. fenoli o alcali) , in pratica:! ->le ossidasi presenti nella matrice perossisomica usano l'ossigeno molecolare per rimuovere atomi di idrogeno da substrati organici in reazione ossidative(che producono acqua ossigenata o perossido di idrogeno)! ->Invece ,le "catalasi"altro enzima perossisomico,convertono l'H2 O2 ad acqua ed ossigeno molecolare e lo utilizza per ossidare altri composto organici (es. fenoli, acido formico ecc)!

->l'Urano ossidasi ,un altro enzima presente nei perossisomi, partecipa al catabolismo delle purine! *Le ROS o anche il perossido di idrogeno(ed altri ancora) si formano durante il normale metabolismo cellulare aerobico e sono coinvolti in patologie quali le infiammazioni ,o il cancro o anche malattie del cuore:! Le "catalasi" ed altri enzimi presenti anche nel citosol sono in grado di rimuovere le ROS convertendole, attraverso le reazione suddette , in acqua .! I perossisomi svolgono anche vari ruoli nel metabolismo lipidico e nella gluconeogenesi; inoltre un'altra loro funzione è "l'ossidazione dell'acido urico" che si produce durante il catabolismo delle purine(vd sopra); in buona sostanza l'acido urico,grazie all'urato ossidasi contenuta nei perossisomi di molti animali,viene ossidato ad allantoina e perossido di idrogeno( la "catalasi" degrada il perossido di idrogeno, mentre l'allantoina sarà trasformata in acido allantoico o in urea)! ->Un ulteriore attività dei perossisomi è la "beta-ossidazione" di acidi grassi a catena lunga o molto lunga ,che vengono ridotti a blocchi di due atomi di carbonio alla volta ed AcetilCoA.! Infine,altri enzimi presenti nei perossisomi sono necessari per la "sintesi dei plasmalogeni"(una famiglia di fosfolipidi in cui una delle catene idrocarburiche è unita al glicerolo mediante un legame etereo e non etereo)! Nell'espletare le loro funzioni i perossisomi usano grandi quantità di ossigeno .! BIOGENESI DEI PEROSSISOMI ! Negli ultimi tempi è stato appurato che i perossisomi non hanno un genoma proprio, quindi tutte le proteine (chiamate "perossine") sono sintetizzate a partire dal genoma nucleare; ! -->le proteini perossisomiale(la maggior parte delle quali formata da enzimi metabolici) sono codificate da circa 85 geni del genoma umano .! Sono "perossine"sia le proteine transmembraniche sintetizzate dai ribosomi RE, sia le proteine solubili sintetizzate sui ribosomi liberi ed importate negli organuli per mezzo delle perossine trans-membrana.! Il fatto che siano state trovate delle proteine trans-membrana nelle lamelle del Re induce a pensare che a livello del RE vi sia un compartimento cd."reticolo perossisomiale" già predisposto alla formazione dei perossisomi.! Per concludere, si rileva che le proteine della matrice perossisomiale (sintetizzate nel citosol) es,la "catalasi" sono importate sotto forma di "polipeptidi completi",ripiegati all'interno dell'organulo grazie ad altre perossine transmembrana che fungono da recettori ( processo di indirizzamento chiamato "targeting")! CORRELAZIONI CLINICHE vedi pag.147 .! CAPITOLO 6: CITOSCHELETRO ! Il "citoscheletro è un insieme di strutture (ciascuna spesa pochi manometri), che stabilizzano la forma della cellula; mantengono in corretta posizione il nucleo, gli organuli e gli inclusi dentro il citoplasma e rendono possibili fenomeni di movimento .! Del citoscheletro fanno parte : i microtubuli e filamenti citoplasmatici che in base al loro spessore si dividono in microfilamenti e filamenti intermedi ! A ) Microtubuli ! I microtubuli sono cilindrici,di diametro di circa 25 nm e di lunghezza variabile fino a parecchi micron: sono costituiti dalla "polimerizzazione di unità eleme...