MitocondriileBoli mitocondriale

Profesor coordonator: Olaru Octavian

Studenti:Crivat Ana Adelina – grupa 5, seria 1Cojoc Laura Bianca – grupa 4, seria 1Damoc Elena – grupa 5, seria 1Daus Ana Maria – grupa 5, seria 1

Mitocondriile

Mitocondriile sunt organite complexe, indeplinind rolul esential in energetica celulara. Sunt prezente atat in celula animala, cat si in cea vegetala, lipsind din celulele cu metabolism anaerob si din hematiile adulte.

Au fost descoperite in celula animala de catre Keiliker si Flemi, in 1856. Pentru ansamblul mitocondriilor dintr-o celula s-a folosit termenul de condriom (de catre Dangeard, in anul 1918).(1)

Mitocondriile au forma ovala sau rotunda, cu un perete avand structura trilaminara, de natura lipoproteica. Patura interna a membranei trilamelare prezinta spre interior niste prelungiri lamelare ce formeaza cristele mitocondriale. Spatiile dintre aceste criste contin un lichid vascos si alcatuiesc matricea mitocondriala. Atat pe membrane , cat si in matrice se afla fixat un echipament bogat in enzime. Dupa activitatea lor, aceste se grupeaza in: enzime respiratorii, care asigura oxidarea metabolitilor si trecerea energiei obtinute in legaturile macroergice ale ATP, si enzime ale sintezelor specifice, care, pe de o parte, asigura materialele necesare refacerii unor componenti interni ai mitocondriei, iar pe de alta parte furnizeaza elementele necesare sintezelor care au loc la nivelul reticolului endoplasmatic rugos. (2)

Mitocondriile sunt considerate centrele energetice ale celulei. Sunt probabil derivate din bacteriile care au inceput sa coexiste cu primele celule nucleate ale istoriei biologice.

In interiorul mitocondriilor se desfasoara ciclul Krebs. Acesta consta intr-un sir de reactii chimice intalnit la organismele aerobe pentru a furniza energie prin oxidarea acetatului (din carbohidrati, grasimi si proteine) la dioxid de carbon si apa. In ciclu are loc si oxidarea gruparii acetil a acetilCOA la dioxid de carbon si transportul moleculelor de hidrogen la moleculele de transport NAD+ si FAD (flavin adenin dinucleotid),care sunt transformate in NADH si FADH2. Astfel, aceste organite sunt o parte importanta a metabolismului celular. (3)

Mitocondria si ciclul Krebs: (4)

Pe langa functia energogenetica a organismului, mitocondriile indeplinesc si functia de respiratie celulara. Fosforilarea oxidativa, care urmeaza ciclului Krebs, implica transferul de NADH si FADH2 la oxigenul molecular care a intrat in molecula prin difuziune. In acelasi timp, enzimele lantului respirator, prin transportul de electoni, determina expulzarea de protoni. Acestia intra in mitocondrie prin actiunea ATP-sintetazei, un sistem de enzime care combina acest flux de lagatura intre ADP si P pentru a produce ATP. Pentru fiecare atom de oxigen care este transformat in apa se produc trei molecule de ATP. Prezenta oxigenului este esentiala atat pentru a finaliza ciclul Krebs, cat si pentru a permite realizarea procesului normal de transport de electroni si de a reface moleculele de apa. Lipsa oxigenului duce la moartea celulei. (5)

Citologul roman Dimitrie Voinov a fost primul in lume care a descoperit ca mitocondriile se inmultesc prin diviziune directa, chiar in perioada cand celula nu se multiplica (in interfaza) (6), dar ele se dedubleaza si in timpul diviziunii celulare in toate celulele organismului . Aceste organite se pot multiplica in functie de activitatea celulara, de exemplu celulele musculare care depun efort mare si au nevoie de energie sunt bogate in mitocondrii, de multe ori aliniate de-a lungul fibrelor musculare, la care trec direct moleculele energetice produse de mitocondrii. (7)

Boli mitocondrialeBolile mitocondriale sunt afectiuni cronice (progresive) sau genetice care se

datoreaza functionarii defectuase ale mitocondriilor.(8) Ca urmare, din ce in ce mai putina energie este generata in celula, cauzand imbolnavirea, si in final, moartea acesteia.

Cand acest fenomen este generalizat la nivelul intregului organism, sistemele principale ale acestuia incep sa se deterioreze, afectand grav calitatea vietii bolnavului.

Bolile afecteaza in primul rand copii, dar aparitia acestora si la varsta adulta devine din ce in ce mai frecventa. (9)

In functie de varsta la care se declanseaza, bolile mitocondriale pot fi primare sau secundare.

I. Bolile primare – sunt de natura genetica, manifestandu-se chiar de la nastere,mostenindu-se de la unul sau de la ambii parinti. In unele cazuri rare, boala este cauzata de o “mutatie spontana” care are loc aleator, inainte sau la momentul conceptiei, in ciuda genelor sanatoase, normale ale ambilor parinti.

Mitocondriile contin doua tipuri de material genetic: ADN mitocondrial, transmis pe cale materna; ADN nuclear, transmis atat pe cale materna cat si paterna.

Astfel, se disting doua moduri de transmitere a bolilor mitocondriale:a) Trasmitere materna

O mama cu o mutatie genetica a ADN-ului mitocondrial va transmite aceasta gena mutanta tuturor copiilor, care vor fi afectati intr-o masura mai mare sau mai mica. La

ora actuala nu poate fi prezis gradul de severitate al afectiunii in functie de simptomele prezentate de mama.

b) Transmitere autozomal recesivaADN-ul nuclear al mitocondriei este mostenit in proportie de 50% de la fiecare parinte. In acest caz, boala poate fi transmisa doar daca ambii parinti sunt purtatori ai genei mutante (fara a manifesta insa simptomele bolii).Exista trei posibilitati:

o sansa de 25% ca copilul sa manifeste boala; o sansa de 50% ca copilul sa fie purtator ca si parintii, fara a prezenta simptome; o sansa de 25% ca copilul sa nu mosteneasca gena mutanta, prin urmare, nici

boala.

c) Transmitere autozomal dominantaDaca un parinte are o mutatie genetica dominanta a ADN-ului nuclear, gena mutanta va fi transmisa la 50% din copii, care vor prezenta simptomele bolii.Daca celalalt parinte are ADN nuclear normal, copiii vor mosteni gena normala a ADN-ului nuclear, dar gena dominanta mutanta este cea care se va manifesta.

II. Bolile secundare – se dezvolta pe parcursul vietii, fara a exista o mutatie de ADN

primara. Factori determinanti: procesul natural de imbatranire; mitocondriile incetinesc, functionand cu o

eficienta mai mica, pe masura ce organismul imbatraneste; efectele sucundare ale anumitor substante medicamentoase; abuzul de alcool, tutun si nivelul ridicat de stres. (10)

Tipuri de boli mitocondriale

Bolile mitocondriale afecteaza in special celulele creierului, inimii, ficatului, muschilor scheletici, rinichilor si ale sistemelor endocrin si respirator.In functie de zona afectata, simptomele pot include:

pierderea controlului motor; slabiciune si durere musculara; afectiuni gastro-intestinale si dificultati la

inghitire; probleme de crestere si dezvoltare; afectiuni cardiace; afectiuni hepatice; diabet; probleme respiratorii; probleme auditive /vizuale; acidoza lactica; susceptibilitate la infectii. (11)

Datorita rolului complex al mitocondriilor (multe functii diferinte in diferinte tipuri de tesuturi) exista sute de tipuri de boli mitocondriale. Fiecare dintre acestea produc o serie de anomalii dificil de diagnosticat in fazele incipiente ale bolii.

Pentru o functionare normala a metabolismulului este esentiala o cooperare perfecta intre sute de gene si celule. Astfel, o singura gena mutanta poate determina aparitia a zeci de boli mitocondriale diferite. (12)

Mai jos, sunt prezentate cateva din bolile mitocondriale mai des intalinte: Boala Alpers (poliodistrofie progresiva infantila) – simptome: atacuri cerebrale

/ cardiace, dementa, spasticitate, orbire, disfunctie hepatica si degenerare cerebrala

Sindromul Barth (cardiomiopatie infantila letala) – simptome: miopatie scheletica, cardiomiopatie, statura redusa si neutropenie;

Sindromul Kearns-Sayre – este o boala lent progresiva, care se manifesta in faza incipienta prin “pleoape cazute” (ptoza), ajungandu-se, in final, la paralizia unor muschi oculari specifici (oftalmoplegie cronica progresiva externa). Acest sindrom este cauzat in general de pierderea materialului genetic din ADN-ul mitocondrial, in mod spontan, si rareori prin transmitere materna. Pacientii cu KSS pot prezenta si simptome precum: surzenie, dementa, disfunctie renala, slabirea fortei musculare, statura redusa, diabet.

Leucodistrofie

(leucoencefalopatie) – este rezultatul unei mutatii a genei DARS2 si se caracterizeaza prin ataxia progresiva a cerebelului si spasticitate, cu disfunctia coloanei vertebrale. Uneori e insotita de epilepsie si degenerare neurologica. Este o afectiune cu transmitere autozomal recesiva.

Sindromul Leigh (encefalomielopatie subacuta necrozica) - Simptome: atacuri cerebrale, hipotonie, oboseala, reflexe scazute, dificultati la inghitire, ataxie, probleme respiratorii, functii motorii scazute. Este caracterizata de necrozarea vizibila a unor leziuni pe creier. Speranta de viata este de la cativa ani pana la varsta adolescentei.

Sindromul Pearson – Simptome: disfunctii ale maduvei spinarii si pancreasului. Este cauzat de deletii ale ADN-ului mitocondrial. Cei care supravietuiesc dezvolta sindromul KSS.

Deletii de ADN mitocondrial – exista trei tipuri de afectiuni, cu transmitere autozomal recesiva:

1. Miopatie congenitala – simptome: hipotonie, disfunctie renala, acidoza lactica severa;

2. Miopatie infantila – simptome: la un an de zile de la nastere, apar probleme respiratorii care duc la deces in cativa ani;

3. Hepatopatie – simptome: marirea ficatului, miopatie, acidoza lactica severa. (13)

Bibliografie:

(1) Botanica farmaceutica Curs - Editura Tehnica,1999,editia a 2-a revizuita (pg.90-91)

(2) Anatomia si fiziologia omului ,1971 - Editura Medicala(pg.32)(3) Atlas de fiziologie umana - Editura didactica si pedagogica, 2007 (pg.48-49)(4) Enciclopedia corpului uman – Editura Corint, 2009 ( pg. 146) (5) Atlas de fiziologie umana - Editura didactica si pedagogica, 2007 (pg.56-57)(6) Anatomia si fiziologia omului,1971- Editura Medicala (pg.32)(7) Atlas de fiziologie umana - Editura didactica si pedagogica, 2007 (pg.47 - 48)(8) http://www.emdn-mitonet.co.uk/PDF/MitoDiseaseDescription(9 ) http://www.umdf.org/site/pp.aspx?c=8qKOJ0MvF7LUG&b=7934627(10) Hamilton Health Sciences, 2010 – Mitochondrial disease understanding (11) http://www.umdf.org/site/pp.aspx?c=8qKOJ0MvF7LUG&b=7934627(12) The spectrum os mitochondrial disease - Robert K. Naviaux – MD, PhD(13) http://www.umdf.org/site/pp.aspx?c=8qKOJ0MvF7LUG&b=7934629#KSS