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Cosa sono i mitocondri?
I mitocondri sono organelli a doppia membrana presenti all’interno
delle nostre cellule. La loro funzione principale è quella
di produrre energia mediante un processo metabolico
chiamato fosforilazione ossidativa (OXPHOS). Più del
90% dell’energia utilizzata dal nostro organismo viene prodotta
nei mitocondri. Quando questa energia viene a mancare, per
un alterato funzionamento mitocondriale, la vita della cellula
stessa e, conseguentemente, quella del nostro organismo sono
a rischio. I più colpiti sono i tessuti e gli organi che “consumano”
più energia: cervello, muscoli, cuore.
Il processo di OXPHOS avviene nella membrana interna dei
mitocondri mediante una serie sequenziale di reazioni di ossidoriduzione,
eseguite dai quattro complessi enzimatici della catena
respiratoria mitocondriale (complesso I, complesso II,
complesso III, complesso IV o citocromo C-ossidasi. L’energia
liberata durante queste reazioni viene utilizzata dal complesso
V, o ATP sintetasi, per produrre ATP, il “carburante” fondamentale
del metabolismo cellulare. Dal punto di vista genetico, la
catena respiratoria ha caratteristiche uniche, in quanto è
formata da proteine codificate da due diversi sistemi genetici,
il genoma nucleare (proveniente da entrambi i genitori)
ed il genoma mitocondriale (proveniente solo dalla
madre). Come conseguenza di questo duplice contributo genetico,
i difetti della fosforilazione ossidativa possono essere dovuti
a mutazioni in geni mitocondriali o a mutazioni in geni nucleari.
Il genoma mitocondriale
I mitocondri sono dotati di un proprio DNA (mtDNA). L’mtDNA
è estremamente piccolo, ha struttura circolare, e contiene
solamente 37 geni: 13 geni che codificano alcune delle subunità
proteiche dei complessi della catena respiratoria e 24 geni
che codificano molecole indispensabili alla sintesi di tali
subunità (2 RNA ribosomali, rRNA e 22 RNA transfer, tRNA).
Durante la fecondazione, i mitocondri presenti nel nuovo
individuo (zigote) provengono solo dalla cellula uovo (oocita).Una
madre portatrice di una mutazione del mtDNA trasmetterà tale
mutazione a tutti i propri figli, ma solo le figlie la trasmetteranno
a loro volta la mutazione alla loro progenie (eredità matrilineare).
Al contrario dei geni nucleari che sono presenti nell’uomo
in duplice copia (allele materno ed allele paterno), vi sono
centinaia di molecole di mtDNA all’interno di ogni cellula.
In un individuo normale, tutte le molecole di mtDNA sono identiche
(omoplasmia). Mutazioni deleterie del mtDNA generalmente
colpiscono solo alcuni genomi mitocondriali; perciò, all’interno
di ogni cellula e, conseguentemente, in ogni tessuto sono
presenti due popolazioni miste di mtDNA: una normale ed una
mutata (eteroplasmia). Solo quando il numero di genomi
mutati supera un valore critico (effetto soglia) si
inizia ad avere una riduzione dell’attività OXPHOS e la conseguente
comparsa di manifestazioni cliniche di malattia.
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