ORGANITELE GENERATOARE DE ENERGIE MITOCONDRIILE

Mitocondriile sunt organite prezente n citoplasma tuturor celulelor animale sau vegetale, cu excepia hematiei adulte.Pe celula vie sunt evideniate cu colorani vitali (verde Janus), iar pe celula fixat, cu hematoxilin feric.Poziia mitocondriei n celul. n majoritatea celulelor mitocondriile sunt rspndite n toat citoplasma.n celulele cu activitate special sau cu polaritate funcional mitocondriile se concentreaz n regiunea cea mai activ metabolic. Astfel, la enterocit, mitocondriile sunt aglomerate ctre polul apical, la nefrocit mitocondriile sunt aezate la polul bazal al celulei n mici compartimente formate din pliurile membranei bazale. Aezarea lor n citoplasm nu este fix, ele pot s se deplaseze prin intermediul curenilor citoplasmatici, sau pot fi animate de micri interne ce produc rsuciri ale organitului n jurul axei sale, realiznd astfel contacte strnse sau tranzitorii cu unele structuri celulare.

Numrul mitocondriilor variaz de la o specie la alta, de la un tip celular la altul (nefrocit = 300/celul; hepatocit = 1000-2000/celul) sau n aceeai celul n raport cu momentul lor funcional.Dimensiunea mitocondriilor este supus acelorai variaii ca i numrul lor. La om organitele au o lungime de aproximativ 2,2-7 m i un diametru de 0,5 1 m.Forma mitocondriilorMicroscopia optic a descris 3 forme sub denumirea de CONDRIOM: - mitocondria sau forma granular, este cea mai activ; - condriomitele granule aezate n monom, sunt considerate forme mai puin active dect mitocondriile, dar care se pot reactiva prompt n cazul unei activiti celulare crescute; - condrioconii apar sub form de filamente sau bastona reprezentnd forma de repaus a condriomului, cu posibiliti de reactivare mai lente.

Structura mitocondrieiMitocondria este constituit din: - dou membrane (una extern i alta intern), - un spaiu intern i unul extern.Membrana extern este neted i delimiteaz organitul la periferie, este lipoproteic, asemntoare cu celelalte citomembrane, prezentnd o grosime de aproximativ 60-70 . Ea este permeabil pentru unii ioni (Ca2+) i electrolii.n membrana extern se gsesc proteine n proporie de 60% ce reprezint aproximativ 4% din totalul proteinelor mitocondriei, iar lipidele se gsesc n proporie de 40%, cu un procent ridicat de colesterol ce face ca membrana extern s fie permeabil, prin ea realizndu-se schimburile ntre citosol i organit.Pe membrana extern i desfoar activitatea o serie de enzime:CoA-ligaza; Citocrom-b5; Kinureinhidroxilaza; Monoaminoxidaza (MAO) aceasta este enzima marker a acestei structuri.

Membrana intern, de o grosime de aproximativ 6 nm este de natur lipoproteic. Proteinele sunt n proporie de 80%, reprezentnd aproximativ 1/5 din totalul proteinelor mitocondriale; lipidele se afl numai n proporie de 20%, avnd colesterol n procent sczut, ceea ce face ca permeabilitatea membranei interne s fie mai redus, constituind un fel de barier ntre matricea mitocondrial i restul organitului.Prin membrana intern trec spre spaiul intern ionii de Ca2+ i Mg2+ necesari desfurrii activitii enzimelor cuprinse n matricea mitocondrial. De asemeni, trec moleculele de ADP i ATP necesare desfurrii procesului de fosforilare oxidativ, acizii grai i unii aminoacizi. Aceti produi sunt transportai prin membrana intern cu ajutorul unor proteine aflate n membran care servesc drept TRANSPORTORI (sau crui sau translocatori). Din aceast grup fac parte TRANSLOCAZELE i PERMEAZELE.

Membrana intern prezint falduri, formeaz creste (CRISTE) proeminente n lumenul mitocondrial i prezint n cantitate mare un fosfolipid caracteristic, puternic hidrofob, numit cardiolipin, care explic impermeabilitatea sa la ioni.Membrana intern i crestele, sunt alctuite din formaiuni mai mici numite particule elementare sau PARTICULE F sau SUBUNITI DE MEMBRAN.Existena acestora a fost dovedit prin studii biochimice recente, care au reuit izolarea i apoi reasamblarea lor cu formarea de citomembrane.

Fiecare particul elementar, cu o componen lipoproteic caracteristic citomembranelor este constituit de obicei din trei piese:- o pies bazal (40/110);- o tij sau pies intermediar (50 lungime), i- capul sau piesa cefalic (80-100 diametru).Forma pieselor componente, poate varia n cadrul membranei interne, ca i numrul lor. n componena lor poate s apar numai unul sau dou segmente n loc de trei. n acest caz, membrana intern prezint o baz alctuit din citomembran n mozaic sau trilaminat pe a crei fa intern se ataeaz segmentele izolate, de obicei cefalice, ale subunitilor.

Particulele elementare s-au dovedit a conine fiecare lanul transportor de electroni (lanul respirator) i enzimele respective (CITOCROM OXIDAZA, SUCCIN COENZIMA Q REDUCTAZA, NADH-CITOCRIM C REDUCTAZA, CITOCROM a, b, c etc.) precum i enzimele procesului de fosforilare oxidativ.Cristele mitocondriale difer ca numr i poziie de la o celul la alta, n raport cu diferitele condiii fiziologice sau patologice. Astfel, la o diet alimentar carenial, cristele mitocomdriale se terg, dispar; relundu-se dieta normal ele se refac dac starea precar nu a depit limita metabolic fiziologic.Cristele mitocondriale pot fi aezate perpendicular pe axul mare al mitocondriei, sau paralel cu acesta. ntre membrana intern i extern se realizeaz compartimentul extern, iar n interiorul membranei interne i a cristelor se afl compartimentul intern sau matricea mitocondrial.

Compartimentul extern cuprins ntre membrana intern i extern este de aspect omogen, clar la fluxul de electroni. Dei ngust, la nivelul lui se desfoar un schimb intens de ap i electrolii ntre mediul extramitocondrial, pe de o parte, i compartimentul intern pe de alt parte.Aici se pot acumula unii ioni (exemplu Ca2+) care apar sub form de zone mai mari sau mai mici izolate, sau conglomerate dense la fluxul de electroni.Compartimentul intern sau matricea mitocondrial poate prezenta la ME, fie aspect omogen, fie aspect granular. La nivelul ei se gsesc localizate o bun parte din enzimele mitocondriale care sunt n numr de 200 de fiecare mitocondrie (exemplu: ATP-aza, MALAT DEHIDROGENAZA etc.) Tot n matrice sunt prezeni i acizii nucleici mitocondriali.Datorit permeabilitii ridicate a membranei externe, spaiul intermembranar este ocupat de un fluid asemntor citosolului. n spaiul intermembranar se afl enzimele fosforilante ale celorlalte nucleotide utiliznd ATP ca donator de resturi pirofosfat.

n acest spaiu sunt sintetizate formele trifosfat ale ribonucleotidelor i dezoxiribonucleotidelor utilizate n sinteza acizilor nucleici i a GTP implicat ca surs energetic n sinteza proteinelor i n sinteza de cGMP (guanozin-5,3-monofosfat ciclic).Lumenul mitocondrial, delimitat de membrana intern, n care proemin cristele, este ocupat de matricea mitocondrial. n matrice exist 5-10 molecule de ADN mitocondrial circular, ribosomi mitocondriali de tip bacterian (70S), ARNm mitocondrial, ARNt i complexele enzimatice ale replicrii i transcrierii ADN-ului mitocondrial, ct i ale sintezei de proteine de tip mitocondrial. Ataate de crestele membranei interne, se gsesc complexe de enzime care catalizeaz metabolizarea acizilor grai i a acidului piruvic i formarea acetil-CoA; enzime care oxideaz acetil-CoA n ciclul acizilor tricarboxilici al lui KREBS cu formare de bioxid de carbon i NADH (nicotinamid-adenin-dinucleotidul redus). Principala surs de electroni folosit de enzimele lanului respirator incluse n membrana intern este NADH-ul. Proteinele majore din membrana intern sunt: ATP-sintetaza care produce ATP n spaiul matriceal; proteinele specifice de transport; enzimele reaciilor oxidative ale lanului respirator. NADH, a crui reducere are loc prin captarea hidrogenilor eliberai din oxidrile ciclului Krebs, constituie substratul cap de serie al transportului de electroni spre oxigenul molecular de-a lungul lanului enzimatic respirator.

Ciclul de contracie umflare al mitocondriilorLa ME s-a evideniat un ciclu funcional mitocondrial, prezent n orice celul. Acesta presupune formarea a trei aspecte ultrastructurale mitocondriale distincte i reversibile.1. Forma cea mai rspndit, numit de autorii anglo-saxoni forma ORTODOX, este forma obinuit sub care apar majoritatea mitocondriilor n celul.2. Forma CONDENSAT sau CONTRACTAT corespunde unei mitocondrii cu diametrul redus, compartimentul intern ngustat, cristele mitocondriale nghesuite una n alta dnd n totalitate un aspect dens la fluxul de electroni.3. Forma sau STAREA UMFLAT a mitocondriei se produce printr-un proces pasiv de acumulare a apei n compartimentul intern; se realizeaz balonizarea mitocondriei, tergerea cristelor mitocondriale, organitul aprnd ca o minge nconjurat de o dubl membran. n mod normal exist o trecere permanent de la o stare la alta.

Compoziia chimic a mitocondriei Mitocondria conine:60 64% proteine structurale, care sunt nlocuite la aproximativ 20 de zile;34% lipide, fiind alctuite din fosfolipide i colesterol n cantitate mare;2 5% vitamine (A, C), protein-enzime (~200), diferii ioni i acizi nucleici: ADN i ARN la care compoziia molecular este asemntoare acizilor nucleici nucleari i citoplasmatici, dar aranjamentul structural al moleculei difer.

Citofiziologia mitocondrieiMitocondria reprezint centrul respirator al celulei. La nivelul ei sunt situate enzimele ciclului KREBS i ale lanului respirator.Mitocondria reprezint principalul generator de energie pentru celule. n acest scop, la nivelul mitocondriei se desfoar procesul de fosforilare oxidativ care, cuplat la activitatea enzimelor oxidative ale organismului, genereaz molecule de ATP. Acesta prin scindare elibereaz fosfaii macroergici eliberatori de energie pentru celul.Mitocondria intervine activ n procesul secretor, n procesele speciale de tipul LIPOGENEZEI i LIPOLIZEI, n orice activitate celular (contracie muscular, transmiterea influxului nervos etc).Totodat, la nivelul ei au loc schimburi intense de produi sau ioni ntre citoplasm i compartimentele mitocondriale. Trecerea diferitelor substane i a ionilor prin membrana mitocondrial se face cu cheltuial de energie, aceasta fiindu-i pus la dispoziie de ATP-aza ce scindeaz ATP-ul sau ali produi intermediari generatori de energie.