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I mitocondri e il citoscheletro, Appunti di Biologia Cellulare

I mitocondri: doppia membrana, matrice, divisione mitocondriale, ipotesi endosimbiontica, energia. Il citoscheletro: microtubuli, filamenti intermedi e microfilamenti.

Tipologia: Appunti

2022/2023

In vendita dal 28/05/2023

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michelle-chiocchetti 🇮🇹

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6 marzo 2023
I MITOCONDRI
la cellula ha bisogno di energia in molti processi e questa risiede nei legami fosfato di ATP o GTP;
essendo dotati di stessa carica, i legami fosfato tenderebbero a respingersi, ma c’è molta energia
che li tiene uniti
nei mitocondri della cellula eucariotica avviene la sintesi di ATP
sono presenti in numero variabile a seconda del fabbisogno che la cellula ha in quel momento
al microscopio elettronico sono di dimensioni variabili simili a quelli dei batteri, tipicamente
ovali
la loro localizzazione citoplasmatica è variabile [es. nelle cellule muscolari si dispongono
in fibrille; nello spermatozoo si dispongono lungo il flagello nella porzione mediana, alle spalle
del nucleo, affinché riesca a muoversi]
sono notevolmente dinamici e plastici
hanno un movimento intracellulare organizzato: i mitocondri si spostano lungo dei binari
(filamenti citoscheletrici o nucleoscheletrici) e vengono agganciati dai microtubuli lungo i quali si
muovono
milton: proteina adattatrice, che fa da tramite tra le proteine motrici che guidano le vescicole e gli
organelli lungo i microtubuli (dineina e chinesina)
miro: proteina che funziona come una GTPasi, che idrolizza il GTP, lega il calcio e interagisce con
la membrana mitocondriale esterna
regioni MAM: regioni in cui i mitocondri rimangono incastrati alle membrane del reticolo
endoplasmatico; all’interno si presentano dei regolatori coinvolti soprattutto nel flusso di calcio;
stimola la duplicazione del genoma mitocondriale
doppia membrana
sono organelli rivestiti da una doppia membrana, come il nucleo
membrana mitocondriale interna:
-circonda il compartimento della matrice mitocondriale interna
-si solleva in creste (o pliche), come i mesosomi batterici, che aumentano la superficie e
contengono nelle loro membrane le proteine della catena di trasporto degli elettroni
-risiedono i complessi coinvolti nella sintesi di ATP
-le estroflessioni sono chiuse alla base da giunzioni, così tra le due membrane si crea uno
spazio intermembrana saldato e consente di immagazzinare ioni H+ durante la produzione
di ATP
-è altamente impermeabile, per cui rappresenta una barriera per la diffusione di ioni e di
piccole molecole, ma ioni selezionati e metaboliti essenziali possono passare attraverso la
membrana grazie a specifiche proteine di trasporto
-rapporto proteine-lipidi 80%-20%; uno dei lipidi è la cardiolipina, che prende il posto del
colesterolo
tra la membrana interna e la membrana esterna c’è lo spazio intermembrana
membrana mitocondriale esterna:
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6 marzo 2023

I MITOCONDRI

  • la cellula ha bisogno di energia in molti processi e questa risiede nei legami fosfato di ATP o GTP; essendo dotati di stessa carica, i legami fosfato tenderebbero a respingersi, ma c’è molta energia che li tiene uniti
  • nei mitocondri della cellula eucariotica avviene la sintesi di ATP
  • sono presenti in numero variabile a seconda del fabbisogno che la cellula ha in quel momento
  • al microscopio elettronico sono di dimensioni variabili simili a quelli dei batteri, tipicamente ovali
  • la loro localizzazione citoplasmatica è variabile [es. nelle cellule muscolari si dispongono in fibrille; nello spermatozoo si dispongono lungo il flagello nella porzione mediana, alle spalle del nucleo, affinché riesca a muoversi]
  • sono notevolmente dinamici e plastici
  • hanno un movimento intracellulare organizzato : i mitocondri si spostano lungo dei binari ( filamenti citoscheletrici o nucleoscheletrici ) e vengono agganciati dai microtubuli lungo i quali si muovono milton : proteina adattatrice, che fa da tramite tra le proteine motrici che guidano le vescicole e gli organelli lungo i microtubuli ( dineina e chinesina ) miro : proteina che funziona come una GTPasi, che idrolizza il GTP, lega il calcio e interagisce con la membrana mitocondriale esterna
  • regioni MAM : regioni in cui i mitocondri rimangono incastrati alle membrane del reticolo endoplasmatico; all’interno si presentano dei regolatori coinvolti soprattutto nel flusso di calcio; stimola la duplicazione del genoma mitocondriale

doppia membrana

  • sono organelli rivestiti da una doppia membrana , come il nucleo
  • membrana mitocondriale interna :

- circonda il compartimento della matrice mitocondriale interna

- si solleva in creste (o pliche ), come i mesosomi batterici, che aumentano la superficie e

contengono nelle loro membrane le proteine della catena di trasporto degli elettroni

- risiedono i complessi coinvolti nella sintesi di ATP

- le estroflessioni sono chiuse alla base da giunzioni, così tra le due membrane si crea uno

spazio intermembrana saldato e consente di immagazzinare ioni H+^ durante la produzione di ATP

- è altamente impermeabile , per cui rappresenta una barriera per la diffusione di ioni e di

piccole molecole, ma ioni selezionati e metaboliti essenziali possono passare attraverso la membrana grazie a specifiche proteine di trasporto

- rapporto proteine-lipidi 80%-20%; uno dei lipidi è la cardiolipina , che prende il posto del

colesterolo

  • tra la membrana interna e la membrana esterna c’è lo spazio intermembrana
  • membrana mitocondriale esterna :
  • (^) è liscia
  • (^) somiglia alle membrane plasmatiche con rapporto lipidi-proteine 1:
  • (^) è particolarmente permeabile , quindi si lascia attraversare facilmente, perché contiene un elevato numero di porine , ovvero proteine che fungono da canali trasmembrana avvolti da foglietti 𝛽

matrice mitocondriale

  • è lo spazio interno al mitocondrio
  • sono presenti ribosomi, ma più piccoli (60-70s), simili ai ribosomi procariotici
  • contiene DNA mitocondriale circolare fatto da pochi geni (ca.30) che sono privi di introni; vengono quindi prodotte poche proteine al suo interno (13 nell’uomo), ma gliene servono molte di più e quindi la maggior parte proviene dall’esterno tramite smistamento post- traduzionalesemiautonomo )
  • la duplicazione del DNA non avviene assieme a quella nucleare, infatti può avvenire in qualsiasi momento del ciclo cellulare, non per forza nella fase S
  • assieme alle creste che si invaginano in essa, è la componente principale che svolge il lavoro nel mitocondrio

divisione dei mitocondri

  • biogenesi mitocondriale : formazione biologica dei mitocondri che segue la strategia della scissione binaria (da un mitocondrio preesistente si formano due mitocondri più piccoli) e prevede due diversi meccanismi di dinamica mitocondriale , quindi di variazione del numero di mitocondri a seconda del bisogno (fusione e fissione) ‣ fusione : due mitocondri più piccoli si uniscono e si fondono a dare un mitocondrio più grande spesso è seguita dalla fissione; mitofusine (1 e 2): contribuiscono alla fusione mitocondriale, sono localizzate sulla membrana esterna, quindi contribuiscono alla fusione delle membrane esterne, ma il loro lavoro non basta; OPA1 : si posiziona sulle creste mitocondriali e fa fondere le membrane interne; la fusione è una strategia cellulare che consente la formazione di un mitocondrio più grande e quindi più efficiente a produrre energia, ma può anche servire a riparare mitocondri che non funzionano bene, agganciandoli a mitocondri ben funzionali ‣ fissione : separazione di mitocondri; DRP1 : interviene sul versante citoplasmatico, favorendo l’intervento della dinamina , che si avvolge a formare una strozzatura tra i due mitocondri; FIS1 : anche lei aiuta la dinamina a creare la strozzatura; consente la genesi di nuovi mitocondri ; importante nel controllo del danno [es. elimina la parte di genoma danneggiato]; mitofagia - eliminazione dei mitocondri non funzionali

ipotesi endosimbiontica

  • il mitocondrio in origine è un batterio
  • cosa ce lo fa pensare?
    • (^) dimensioni e forma simili a quelle batteriche
    • (^) ha le creste della membrana interna simili ai mesosomi batterici
    • (^) anche i batteri hanno cardiolipina al posto del colesterolo
    • (^) le porine della membrana esterna sono caratteristiche delle membrane dei batteri
    • (^) hanno i ribosomi simili a quelli procariotici
    • (^) si dividono per scissione binaria

fabbrica di energia - come si arriva all’ATP

  • dagli alimenti si ottengono le macromolecole
  • proteine, grassi, polisaccaridi vengono demoliti ( idrolizzate ) per ottenere molecole più semplici
  • forma di un cilindro cavo , costituito da 13 filamenti paralleli ( protofilamenti ) che lo circondano, ciascuno costituito da eterodimeri 𝛼𝛽-tubulina impilati testa-coda e poi ripiegati per formare un tubo
  • i contatti multipli tra le subunità rendono i microtubuli rigidi e difficili da piegare
  • la fibra citoscheletrica è coinvolta nella motilità intracellulare : una vescicola da trasportare si lega a proteine motrici , le quali si legano al microtubulo che funge da binario per il trasporto
  • proteine motrici per trasportare i carichi ‣ chinesina : consuma ATP ha il dominio motore all’N-terminale della catena pesante e cammina verso l’estremità + del microtubulo; hanno ruoli specifici nella formazione del fuso mitotico e nella separazione dei cromosomi durante la divisione cellulare ‣ dineina : consuma ATP e^ sposta la vescicola dall’estremità+ all’estremità-^ del microtubulo; sono i motori molecolari più grandi e sono anche fra i più veloci ‣ cromochinesine : sono chinesine che spostano cromosomi anche durante la mitosi, infatti sono in grado di legare DNA
  • oltre che per la motilità intracellulare, essi servono per la motilità cellulare : infatti rappresentano lo scheletro delle ciglia e dei flagelli , che sono strutture mobili altamente specializzate ed efficienti costituite da microtubuli e dineina
  • sono appendici cellulari simili a peli che hanno un fascio di microtubuli al loro centro ‣ ciglia : sono corte e tante; il loro battito avviene mediante un movimento a frusta simile al movimento del nuoto a rana; il battito delle ciglia può spingere le singole cellule in un fluido o può muovere un fluido sulla superficie di un gruppo di cellule in un tessuto ‣ flagello : è lungo e unico; con il suo movimento ondulatorio , permette alle cellule a cui è attaccato di nuotare in mezzi liquidi [es. spermatozoo]
  • il movimento è prodotto dall’incurvatura del suo nucleo, l’ assonema , che è composto da microtubuli e dalle loro proteine associate ci sono 9 coppie di microtubuli disposte ad anello intorno a una coppia di microtubuli singoli; le coppie esterne sono collegate da proteine nexine e hanno una struttura di dineina che fuoriesce dalla coppia; quando il dominio motore della dineina è attivato, le molecole di dineina attaccate a una coppia di microtubuli tentano di muoversi lungo la coppia adiacente, tendendo a indurre le coppie adiacenti a scorrere l’una rispetto all’altra; la presenza di altri collegamenti tra le coppie di microtubuli impedisce questo scivolamento di curvatura

filamenti intermedi

  • di spessore intermedio (diametro di 8-12 nm)
  • fatti da proteine fibrose
  • sono i più stabili e sono eterogenei per diametro e per composizione molecolare (cheratine negli epiteli, vimentina nel tessuto muscolare e connettivo, neurofilamenti nelle cellule nervose, lamine nucleari nelle cellule animali)
  • sono particolarmente evidenti nel citoplasma di cellule soggette a stress meccanici
  • stabilizzano la cellula, dando resistenza alla trazione
  • è privo della polarità strutturale
  • parte da un monomero la cui parte terminale è un’𝛼 elica, che con un altro si forma un dimero, i quali si associano in modo antiparallelo formando un tetramero, 2 tetrameri formano un primo filamento, 8 filamenti si organizzano a formare il filamento intermedio [es. lamina nucleare]

microfilamenti (o filamenti di actina)

  • i più sottili (diametro di 7 nm) e flessibili
  • sono concentrati soprattutto nella corteccia, appena sotto la membrana plasmatica
  • sono polimeri elicoidali della proteina actina ‣ actina G^ (globulare): polimerizza formando actina F; i filamenti tendono ad attivarsi con consumo di energia (ATP) e i monomeri liberi si legano al filamento per allungarlo ‣ actina F^ (filamentosa)
  • determinano la forma della superficie della cellula e sono necessari per la locomozione dell’intera cellula
  • danno flessibilità alla cellula
  • guidano la strozzatura che si forma quando una cellula si divide in due
  • ci sono delle proteine motrici actino-dipendenti, in grado di riconoscere l’actina; le miosine (I e II) veicolano la vescicola lungo il microfilamento, interagiscono con l’actina e hanno un ruolo nelle contrazioni muscolari e nella citodieresi