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Cosa sono i mitocondri?
- I mitocondri sono organelli cellulari
- tra 0,5 e 10 μmol di lunghezza
- occupano tra il 3 e il 30% del volume cellulare
- La sua superficie è di 14.000 m².
- Le cellule contengono fino a 1000 mitocondri (a seconda della funzione della rispettiva cellula).
Qual è la struttura di un mitocondrio?
- Contiene il proprio "mDNA" (struttura del DNA e dei ribosomi come nei batteri)
- Piccolo anello di DNA a doppio filamento (v.a(ereditato dalla madre)
- 2–10 copie per mitocondrio
- Compatto (circa 1000 proteine; sequenze codificate quasi esclusivamente)
- Nessuna protezione istonica
- Quasi nessun meccanismo di rilevamento e riparazione dei guasti
- Pertanto, i mitocondri possono essere facilmente danneggiati dai processi ossidativi. &e lo stress nitrosativo (radicali liberi) può danneggiarli!
Quali sono le funzioni dei mitocondri?
- Generazione di energia
- I mitocondri sono le centrali elettriche e i motori delle nostre cellule: i macronutrienti (carboidrati, proteine, grassi) contengono energia chimicamente legata che non è direttamente disponibile per le cellule (un po' come il "petrolio"). Questa energia deve prima essere elaborata all'esterno dei mitocondri. Come la "benzina" in un motore, i nutrienti elaborati vengono bruciati (con il supporto di "cofattori") per generare energia utilizzabile.
- Il 95% dell'energia cellulare viene prodotta nei mitocondri, circa 65 kg di ATP al giorno, tramite fosforilazione ossidativa, beta-ossidazione e ciclo dell'acido citrico.
- Un sottoprodotto della produzione di energia sono i radicali liberi, che portano allo stress ossidativo (fisiologicamente 2-5% dell'ossigeno; potenzialmente in aumento fino al 25%). Problema: il rischio di danni alle cellule 1-3 causati dai radicali liberi è elevato (il danno ossidativo nei mitocondri è 10-20 volte più frequente che nel DNA nucleare)!
- Coinvolgimento in importanti processi intracellulari tramite il DNA mitocondriale (mDNA), z.B.:
- Controllo delle funzioni cellulari (tramite la concentrazione di calcio)
- Protezione del resto della cellula dai radicali liberi
- Funzione di segnalazione per il sistema immunitario (z.B( . Difesa dai virus)
- Coinvolto nell'autofagia (mitofagia) e nell'apoptosi
- Fornitura di intermedi per processi anabolici nel ciclo dell'acido citrico (come chetoacidi, acido citrico), z.Bper la biosintesi degli amminoacidi e degli acidi grassi, la gluconeogenesi, la formazione dell'eme
Le quattro fonti più importanti di produzione di energia nei mitocondri:
Cofattori rilevanti per questi 4 processi di generazione di energia:
Senza il u.gI cofattori non possono catalizzare i processi di produzione di energia nei mitocondri. Pertanto, la loro disponibilità è essenziale. v.aÈ necessario considerare i seguenti cofattori:
- vitamine del gruppo B
- L-Carnitina
- Coenzima Q10
- magnesio
- Acido alfa-lipoico (ALA)
- zolfo
- rame
- Calcio
- ferro
- manganese
Annuncio 1: Beta-ossidazione e l'importante ruolo della L-carnitina:
- Metabolismo energetico: L-carnitina come "biotrasportatore" degli acidi grassi nei mitocondri
- Molecola di trasporto per acidi grassi liberi a catena lunga nei mitocondri
- Il 95% della presenza di L-carnitina nel cuore e...Muscoli scheletrici, perché lì c'è un'elevata richiesta di energia e quindi un'elevata "richiesta mitocondriale".
- Miglioramento delle prestazioni
- Influenza sui livelli di lipidi nel sangue
- Proprietà stabilizzanti di membrana, antiossidanti e neuroprotettive
- Sistema immunitario: Aumento…
- Proliferazione dei linfociti
- Attività fagocitaria dei granulociti e dei monociti
- Attività delle cellule natural killer
- funzione di disintossicazione
- Metabolismo epatico delle sostanze tossiche: molecola di trasporto ("biocarrier") di metaboliti tossici per l'escrezione attraverso i reni
Annuncio 4: La catena respiratoria (fosforilazione ossidativa) e l'importante ruolo del coenzima Q10:
- Metabolismo energetico: il coenzima Q10 è un componente centrale della catena respiratoria (catena di trasporto degli elettroni) nella membrana mitocondriale interna (conversione dell'ubichinone ossidato in ubichinolo ridotto)
- antiossidante
- Riduce lo stress ossidativo e le sue conseguenze (arteriosclerosi, cancro, invecchiamento accelerato, ecc.)
- Localizzazione nei mitocondri (effetto locale particolarmente buono e rapido sui radicali dell'ossigeno)
- Coinvolto nella riduzione della vitamina E ossidata
- Disfunzione mitocondriale, stress ossidativo e coenzima Q10:
Disfunzione mitocondriale/Malattie mitocondriali
- La disfunzione mitocondriale e le malattie mitocondriali comportano vari gradi di difetti metabolici nei mitocondri. Questi difetti sono classificati come segue:
- primario (geneticamente determinato)
- secondario (acquisito)
- Le malattie mitocondriali sono più comuni di quanto si pensasse in precedenza: prevalenza circa 11,8/100.000
Cause della disfunzione mitocondriale
(adattato dalle linee guida della Società tedesca di neurologia)
- Interruzioni nella produzione di energia mitocondriale
- In particolare, i due processi di produzione di energia: la fosforilazione ossidativa (4) e la degradazione degli acidi grassi (1)
- Alto rischio dovuto alla formazione di radicali e al coinvolgimento di molti enzimi
- Come conseguenza di
- Primari: difetti nei geni nucleari o mutazioni nel mtDNA, z.Bdelezioni singolari del mtDNA o mutazioni puntiformi del mtDNA-tRNA
- Secondario:
- Errori nella generazione di energia o nel controllo del processo, z.B. a causa di disturbi metabolici, metaboliti, inquinanti, carenza di coenzima Q10, L-carnitina, antiossidanti e cofattori
- Influenze epigenetiche (z.B(dall'ambiente)
Sintomi
- Si verificano sintomi delle classiche malattie mitocondriali v.a...nei tessuti con un'elevata dipendenza dalla produzione di energia mitocondriale e un'elevata richiesta di energia, ad esempio nell'area di:
- Occhi (vista)
- ORL (orecchio interno)
- Sistema nervoso centrale (SNC) e sistema nervoso periferico
- Muscoli cardiaci e scheletrici
- pancreas
- rene
- fegato
- Sintomi “tipici” come indicatori di disturbi mitocondriali (Fonte: (Zeviani et al.)Carelli 2003):
- Adulto:
- fatica
- debolezza
- Problemi di concentrazione
- Umore depresso
- Disturbi della percezione sensoriale
- Miopatie
- Dolore alle articolazioni
- Bambini:
- ipotonia muscolare generalizzata ("bambino floscio")
- ritardo dello sviluppo psicomotorio
- Acidosi lattica
- insufficienza cardiopolmonare
- Adulto:
Diagnostica
Valori normali di laboratorio per i parametri rilevanti per la funzione mitocondriale:
| Mitocondri |
|
| ATP intracellular | 2-8 μmol/l |
| infiammazione | |
| PCR sensibile | &< 5 mg/dl |
| Stress ossidativo/stress nitrosativo (NO) |
|
| Stato antiossidante totale (TAS, capacità antiossidante) nel siero | 1,3-1,7 mmol/l |
| Nitrotirosina (correlata alla formazione di perossinitrito) | < 10 nmol/l |
Terapia con micronutrienti per la disfunzione mitocondriale:
- Enzimi antiossidanti come SOD, perossidasi, catalasi ("prima linea di difesa")
- Coenzima Q10 (energia e protezione dai radicali liberi)
- L-Carnitina (energia)
- Vitamine C, D ed E, selenio, zinco e composti vegetali secondari ("2a linea di difesa": protezione dai radicali liberi, effetto antinfiammatorio)
- Cofattori (v.a. Complesso vitaminico B)
- Possibile raccomandazione di dosaggio:
| Principio attivo | dose |
| Vitamina C | 3 x 0,5-1 g |
| Vit. B1/B2/B3 | 50-100 mg/10-100 mg/50-75 mg |
| zinco | 20-60 mg |
| Acido α-lipoico | 200-600 mg |