17
M I T O C O N D R I A M I T O C O N D R I A Organizarea structurală şi funcţiile mitocondriilor

Curs 6 - Mitocondria

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Curs 6 - Mitocondria

M I T O C O N D R I AM I T O C O N D R I AOrganizarea structurală şi

funcţiile mitocondriilor

Page 2: Curs 6 - Mitocondria

Consideraţii generale

• Mitocondriile sunt organite specializate în transformarea energiei ce rezultă din catabolizarea substanţelor nutritive într-o formă adecvată reacţiilor celulare, reprezentată de adenozin adenozin trifosfattrifosfat (ATPATP).

• Denumirea de mitocondriemitocondrie a fost introdusă în 1903 de către cercetătorul german Carl Benda, pe baza morfologiei organitului, şi reprezintă etimologic un cuvânt obţinut prin reunirea a două cuvinte greceşti: mito (mitos) – fir, aţă, filament şi ondrion (chondrion), diminutiv de la ondro (chondros) – grăunţe, bucăţică, granulă.

• Numărul mitocondriilor este relativ constant în diverse tipuri de celule animale, fiind cuprins între 500 şi 2000 mitocondrii per celulă.

• În unele tipuri de celule mitocondriile constituie o fracţie relativ mare din masa citoplasmatică (circa 22% în celula hepatică şi 50% în celula miocardică).

Page 3: Curs 6 - Mitocondria

•Mitocondriile au dimensiuni cuprinse între 0,5 – 1 μm; mărimea şi forma depind de tipul celular.•În general mitocondriile sunt localizate în apropierea structurilor intracelulare ce necesită un aport mare de ATP sau în apropierea unor surse de combustibil celular.

Page 4: Curs 6 - Mitocondria

Mitocondriile sunt localizate în vecinătatea unor componente celulare ce utilizează cantităţi mari de ATP, de exemplu în muşchiul cardiac în apropierea miofibrilelor contractile şi în spermatozoid în jurul axonemei flagelului (“coada”).

Page 5: Curs 6 - Mitocondria

Ultrastructura mitocondriilor a fost precizată prin studii de microscopie electronică iniţiate de către Palade şi Sjöstrand (1953). Mitocondria este înconjurată de un sistem membranar dublu, format din membrana externă şi membrana internă. Membranele mitocondriale delimitează două compartimente: spaţiul intermembranar şi matricea mitocondrială.

Ultrastructura mitocondriilor

Page 6: Curs 6 - Mitocondria
Page 7: Curs 6 - Mitocondria

Membrana mitocondrialMembrana mitocondrială externăă externă• Membrana externă conţine în proporţii egale lipide şi proteine şi

prezintă un conţinut ridicat de colesterol.• În structura membranei externe există o proteină integrală de

membrană numită porină (formează canale pentru apă în bistratul lipidic al membranei externe).

• Aceste canale proteice din membrana mitocondrială externă au fost denumite porine mitocondriale prin analogie cu porinele din membrana externă a unor bacterii. Porinele mitocondriale sunt denumite şi canale VDAC (canale selective pentru anioni dependente de voltaj, voltage dependent anion selective channels).

• Membrana externă este permeabilă pentru molecule mai mici de 10kDa. Din acest motiv se consideră că spaţiul intermembranar este echivalent cu citosolul din punct de vedere al compoziţiei în ioni şi molecule de dimensiuni reduse.

• Membrana externă conţine proteine cu funcţie de receptor, proteine implicate în transportul proteinelor din citosol în mitocondrii (translocaze TOM), precum şi proteine cu funcţii enzimatice (enzime implicate în sinteza lipidelor la nivel mitocondrial şi enzime care transformă o serie de substrate lipidice în compuşi ce sunt ulterior metabolizaţi în matricea mitocondrială).

Page 8: Curs 6 - Mitocondria

Membrana mitocondrialMembrana mitocondrială internăă internă

• Membrana internă este cutată sub formă de criste, cu aspect lamelar sau tubular, care îi măresc foarte mult suprafaţa totală.

• Membrana internă are un conţinut ridicat de proteine (70%) care sunt implicate în:

• (i) reacţiile de oxido-reducere ale catenei respiratorii (lanţului transportor de electroni);

• (ii) sinteza de ATP la nivelul complexului numit ATP sintaza;• (iii) transferul metaboliţilor din spaţiul intermembranar în matricea

mitocondrială şi invers;• (iv) importul de proteine din citosol, mediat de proteine numite

translocaze TIM, prin cooperare cu translocazele TOM;• Membrana internă are un conţinut ridicat de cardiolipină

(difosfatidilglicerol), caracteristică ce îi conferă impermeabilitate pentru ioni.

Page 9: Curs 6 - Mitocondria

Formula structurală a cardiolipineiFormula structurală a cardiolipinei

Acest difosfatidil glicerol are o regiunea hidrofilă puternic electronegativă (2-).

Spre deosebire de celelalte fosfogliceride care au în structura lor câte două lanţuri alifatice, cardiolipina prezintă patru “cozi” hidrofobe.

Page 10: Curs 6 - Mitocondria

Matricea mitocondrialăMatricea mitocondrială

• Matricea mitocondrială conţine enzime ce participă la procesele metabolice specifice acestui organit: ciclul Krebs, oxidarea acizilor graşi, reacţii de transaminare.

• În matricea mitocondrială există ADN mitocondrial (dublu catenar circular), ribosomi mitocondriali (70S) şi proteine necesare expresiei genelor mitocondriale.

• Ribosomii mitocondriali prezintă numeroase asemănări cu ribosomii de la bacterii.

• Matricea mitocondrială are o consistenţă vâscoasă, similară unui gel, datorită concentraţiei mari de proteine (500 mg/ml).

• Sinteza proteică din matricea mitocondrială este relativ restrânsă, fiind sintetizate numai 13 tipuri de proteine.

• Marea majoritate a proteinelor mitocondriale sunt codificate de gene nucleare şi sunt importate din citosol.

Page 11: Curs 6 - Mitocondria

Biogeneza mitocondriilorBiogeneza mitocondriilor

• Aceste organite citoplasmatice au apărut în urmă cu circa1,5 miliarde de ani prin asocierea simbiotică dintre o celulă protoeucariotă anaerobă (strămoş al eucariotelor) şi o bacterie aerobă.

• Mitocondriile organismelor actuale păstrează o serie de trăsături care reflectă originea lor endosimbiotică: structura membranară dublă şi existenţa genomului mitocondrial cu sisteme specifice de replicare, transcriere, traducere şi asamblare a proteinelor.

• Genomul mitocondrial este complet separat de genomul nuclear.

Page 12: Curs 6 - Mitocondria

Genomul mitocondrialGenomul mitocondrial

• Genomul mitocondrial este reprezentat de molecule de ADN circular dublu catenar de dimensiune mică (16.569 pb în cazul genomului mitocondrial uman).

• Genomul mitocondrial are o pondere de aproximativ 1% din cantitatea totală de ADN din celulă.

• Genomul mitocondrial uman conţine 37 de gene dintre care 13 codifică proteine (componente ale catenei respiratorii mitocondriale şi ale ATP sintazei), iar celelalte codifică diferite tipuri de ARN: 2 tipuri de ARN ribosomal (12S şi 16S rARN) şi 22 tipuri de ARN de transport (tARN). Aceste molecule sunt esenţiale pentru funcţionarea aparatului de sinteză a proteinelor la nivel mitocondrial.

Page 13: Curs 6 - Mitocondria

Organizarea şi particularităţile genomului mitocondrialOrganizarea şi particularităţile genomului mitocondrial

• mtADN, spre deosebire de cromatina eucariotelor, nu se asociază cu histone.

• Moleculele de mtADN, spre deosebire de ADN nuclear, se găsesc într-o celulă sub formă de copii multiple (de ordinul miilor).

• Replicarea mtADN nu se limitează la faza S a interfazei ci se desfăşoară pe tot parcursul ciclului celular (nu este sincronă cu replicarea ADN nuclear).

• În moleculele de mtADN toate nucleotidele fac parte din secvenţe codificatoare.

• mtADN are puţine secvenţe repetate.

• Frecvenţa substituţiei nucleotidelor pe parcursul evoluţiei a fost de 10 ori mai mare în genomul mitocondrial comparativ cu genomul nuclear.

Page 14: Curs 6 - Mitocondria

Genomul mitocondrial umanGenomul mitocondrial umanGenomul mitocondrial uman a fost caracterizat şi secvenţiat în anul 1981 de către Anderson.Organizarea genomului mitocondrial din diverse celule animale este similară organizării genomului mitocondrial uman (codifică aceleaşi gene, cu o localizare identică).

Page 15: Curs 6 - Mitocondria

Diviziunea mitocondriilorDiviziunea mitocondriilor• Diviziunea mitocondriilor se realizează prin fisiune.

• Observaţiile realizate pe celule vii prin tehnici de microscopie au evidenţiat procese de fisiune, dar şi procese inverse, de fuziune a mitocondriilor.

• Mitocondriile se moştenesc strict pe linie maternă.

Page 16: Curs 6 - Mitocondria

Mitocondriile nu sunt organite statice. Mărimea şi forma se pot modifica rapid în funcţie de starea metabolică şi sub influenţa unor diverşi factori.

Figure 14-15 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Page 17: Curs 6 - Mitocondria

Funcţiile mitocondriilorFuncţiile mitocondriilor

1. Mitocondriile generează energie sub formă de ATP în cursul procesului de fosforilare oxidativă.

2. Mitocondriile joacă un rol important în apoptoză (formă de moarte celulară programată). Moartea celulară programată este un proces de "sinucidere" în care celula activează un program intern de autodistrugere. Mitocondria intervine activ în declanşarea şi controlul apoptozei. La nivelul mitocondriilor sunt localizaţi atât factori inductori ai apoptozei cât şi factori antiapoptotici.

3. Mitocondriile sunt implicate în metabolizarea neurotransmiţătorilor.