I mitocondri

Materie:	Appunti
Categoria:	Biologia
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Data:	05.03.2001
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I MITOCONDRI

I mitocondri sono particelle organizzate del citoplasma cellulare, dette anche condriosomi, deputate alla produzione di energia grazie al trasferimento di elettroni lungo la catena respiratoria. I m. sono presenti in tutte le cellule animali e vegetali, dove possono occupare fino al 25-30% dell'intero volume citoplasmatico. Secondo il tipo di cellula, i m. appaiono liberi e mobili nel citoplasma oppure relativamente fissi; nella cellula vivente mostrano forma e dimensioni molto variabili (sferica, cilindrica, ovoidale, ramificata, ecc.).
Non rara è l'osservazione di più m. aggregati in corrispondenza di un'estremità, così da formare lunghe strutture filamentose. I m. sono avvolti da una membrana limitante a doppio strato, il cui foglietto interno presenta numerose pieghe o sepimenti, detti creste mitocondriali, che si spingono in profondità nell'interno delle vescicole. Alle creste mitocondriali aderiscono, addensati sotto forma di pacchetti granulari, numerosi enzimi sia della catena respiratoria sia preposti alla sintesi dell'adenosin-trifosfato (ATP).
Anche alla superficie esterna della membrana mitocondriale aderiscono numerosi enzimi, tra cui si riconoscono: enzimi che intervengono in specifiche ossidazioni biologiche (p. es., la mono-ammino-ossidasi), enzimi del ciclo degli acidi tricarbossilici, infine enzimi preposti alla sintesi dell'acetil-Coenzima A e al metabolismo degli acidi grassi. L'interno delle vescicole mitocondriali è occupato da un materiale apparentemente privo di struttura, detto matrice mitocondriale, composto per il 50% ca. di proteine nelle quali sono presenti vari enzimi del ciclo degli acidi tricarbossilici e numerosi coenzimi, tra cui l'ATP, l'ADP, il NAD, il NADP, l'acetil-CoA. I m. sono particolarmente numerosi nelle cellule specializzate a compiere un lavoro (p. es. cellule muscolari) e, più in generale, nelle cellule preposte a funzioni che richiedono un elevato dispendio energetico. Essi sono inoltre più abbondanti e addensati nella zona della cellula dove avviene l'utilizzazione di energia, cioè là dove si trovano le strutture specializzate a svolgere l'attività funzionale propria della cellula. Questa dislocazione ha grande importanza per l'economia della cellula, in quanto l'ATP prodotto nei m. ha limitate capacità di diffusione nel citoplasma e pertanto può essere utilizzato solo in stretta vicinanza della sede di produzione. In questi ultimi anni è stato stabilito anche che in corrispondenza della membrana si realizzano condizioni bioelettriche che permettono ai m. di accumulare attivamente ioni calcio e di trasferire all'esterno quantità equivalenti di ioni idrogeno.
Alla luce di tale fenomeno, è stata avanzata l'ipotesi secondo cui i processi di trasporto elettronico che si svolgono attraverso la membrana mitocondriale stabiliscono gradienti elettrici, cioè differenze di potenziale, che costituirebbero l'immediata sorgente di energia utilizzata dalla cellula per la fosforilazione ossidativa.
I m., gli organelli cellulari deputati alla produzione di energia grazie al trasferimento di elettroni lungo la catena respiratoria, sono provvisti al loro interno di parecchie molecole di DNA circolari chiuse, del tutto simili a quelle batteriche; questo DNA contiene l'informazione necessaria per la sintesi delle 37 proteine coinvolte nella catena respiratoria mitocondriale. Quando una cellula uovo viene fecondata da uno spermatozoo, l'embrione eredita cromosomi per metà paterni e per metà materni; l'uovo fecondato, prima di ogni divisione, duplica il proprio DNA per trasmettere a ogni cellula figlia un corredo cromosomico completo, e cioè di origine sia materna sia paterna: ogni cellula del nuovo organismo avrà pertanto geni identici, con identiche mutazioni. I geni presenti nel DNA mitocondriale, invece, vengono ereditati soltanto dalla madre, perché, mentre la cellula uovo è ricca di m., lo spermatozoo ne è quasi del tutto sprovvisto. Le mutazioni nei geni mitocondriali, quindi, verranno ereditate soltanto in linea materna. Ogni cellula uovo contiene centinaia di m., e ciascuno di questi può avere parecchie molecole di DNA: prima di ogni divisione il numero di questi organelli raddoppia per rifornire le cellule figlie dei m. necessari a svolgere la funzione respiratoria. Pertanto, se un uovo fecondato è provvisto di alcuni m. il cui DNA è mutato (una condizione denominata eteroplasmia), l'embrione che si svilupperà presenterà alcuni tessuti ricchi di m. normali, mentre altri saranno provvisti principalmente di m. mutanti. Sebbene la presenza del DNA mitocondriale sia nota dal 1963, solo recentemente alcune mutazioni su queste molecole sono state collegate a malattie umane. Queste mutazioni possono infatti ridurre o eliminare la capacità dei m. di svolgere la propria funzione, cioè di produrre energia, e di conseguenza indurre delle patologie, soprattutto a carico di quei tessuti in cui la produzione di energia è essenziale per lo svolgimento della propria funzione: il tessuto del sistema nervoso centrale, la muscolatura cardiaca e scheletrica, i reni e i tessuti endocrini. Poiché la preponderanza di m. normali o mutati è casuale e soggettiva, i sintomi, il momento in cui si manifestano e la gravità della patologia sono estremamente variabili. è stato dimostrato che mutazioni del DNA mitocondriale possono anche non essere di origine ereditaria, ma comparire spontaneamente in un qualsiasi momento della vita dell'organismo, dalle prime fasi dello sviluppo embrionale fino all'età adulta; questi cambiamenti sono detti mutazioni mitocondriali somatiche.
L'accumulo di queste mutazioni potrebbe spiegare alcune caratteristiche delle patologie legate al DNA mitocondriale, quali i lunghi periodi di latenza e il progressivo e ineluttabile peggioramento. Si ipotizza infatti che inizialmente i tessuti corporei riescano a sopperire al minor apporto energetico dovuto al malfunzionamento dei m. mutati; in seguito l'accumulo di mutazioni somatiche casuali determina un'ulteriore diminuzione della produzione di energia, i tessuti coinvolti ne subiscono le conseguenze e compaiono i sintomi della malattia, che progrediscono man mano che le mutazioni continuano ad accumularsi. Talvolta malattie ereditarie legate al DNA mitocondriale causano in individui giovani malattie tipiche dell'età avanzata, come quelle neurodegenerative, demenza, sordità, malattie cardiache e debilitazione muscolare; alla luce di questa osservazione si ritiene sia probabile che una riduzione progressiva nella produzione di energia da parte dei m. nelle cellule nervose e in quelle muscolari possa contribuire alla comparsa dei sintomi tipici dell'invecchiamento e delle malattie degli anziani.