Fondazione FONAMA	fonama@fonama.org	Tel. 335250742
	Traduzioni a cura di Natale Marzari Dopo 41 anni e 5 mesi, nel maggio 2006 la magistratura di Trento ha riconosciuto l'esistenza  e  la gravità di quella malattia rara che nessuna altra istituzione o persona singola della provincia di Trento ancora mi riconosce, e per negare la quale ancora mi perseguita.    Natale Marzari

Componenti della catena respiratoria

Il sistema degli enzimi mitocondriali e molecole trasportatrici redox che traghettano riducendo gli equivalenti dai substrati all'ossigeno sono conosciuti collettivamente come il sistema di trasporto degli elettroni, o la catena respiratoria. Questo sistema cattura l' energia libera disponibile dalla ossidazione del substrato così che essa possa essere più tardi impiegata per la sintesi dell'ATP. Molti componenti della catena respiratoria furono inizialmente identificati in omogeneizzati crudi attraverso le loro proprietà spettrali, che cambiano frequentemente quando un trasportatore viene ossidato o ridotto. Il frazionamento dei mitocondri in presenza dei detergenti delicati o di sali chaotropici ha frazionato la catena respiratoria in quattro grandi complessi con molte sub-unità che contengono gli elementi portanti respiratori principali, chiamati complesso I, II, II e complesso IV. Questa notevole proteina "iceberg" galleggia nel doppio foglio lipidico della membrana interna, spesso presentando una faccia nella matrice mitocondriale ed un altra nello spazio intermembranico. Molti dei loro componenti ora sono stati isolati in una forma relativamente pura. Altri enzimi legati alla membrana quale la transidrogenasi collegata all'energia (ELTH) sono inoltre presenti e coprono ruoli secondari.
 

I componenti principali partecipano in ordine approssimativo ai loro potenziali ossidoriduttivi, ed i complessi ingombranti sono collegati dagli elementi portanti
mobili del peso a basso peso molecolare che trasportano gli equivalenti di riduzione da un complesso al seguente. Tranne la succinato deidrogenasi del (complesso 2) tutti questi complessi pompano protoni dallo spazio della matrice nel citosol mentre trasferiscono gli equivalenti di riduzione (atomi o elettroni dell'idrogeno) da un elemento portante al seguente. Lo schema qui sopra mostra il flusso di riduzione degli equivalenti in colore porpora, e movimento dei protoni positivamente carichi in colore rosso. Il pompaggio dei protoni è un'operazione ardua che genera il pH notevole e un gradiente di potenziale elettrico attraverso la membrana interna mitocondriale. Quei protoni che eventualmente rientrano nella matrice via atpasi F1, azionano la sintesi dell'ATP al loro rientro.

Il numero di protoni ed il numero di cariche positive che attraversano la membrana interna non devono necessariamente servire per ogni specifica proteina  transmembranico, anche se l'utilizzo deve equilibrare per l'intero insieme. Questa discrepanza è illustrata sullo schema qui sopra, ed è spiegata più  dettagliatamente qui sotto.

La sequenza degli elementi portanti nella catena respiratoria è stata chiarita tramite l'uso degli specifici  inibitori per bloccare il flusso degli elettroni dai substrati ad ossigeno. Tutti i componenti dal lato del substrato di un blocco sono ridotti, mentre quelli che seguono sono ossidati. Questi cambiamenti possono essere osservati spesso spettroscopicamente. Se è disponibile una gamma di inibitori,  attivandoli in posti differenti, si definisce allora il loro preciso punto di azione e l'ordine degli elementi portanti.

Ulteriori informazioni sono state spigolate dall'uso dei mediatori  redox artificiali. Donatori di elettroni, quale l'ascorbato [ vitamina C ] più la diammina tetrametilica compound sintetico del fenilene può fornire elettroni al citocromo c, mentre ricettori artificiali quale ferricianuro raccoglierebbero gli elettroni dal complesso I o dal complesso 2 ed escluderebbero il resto della catena. Ciò ha potuto essere particolarmente informativo quando usato insieme con gli inibitori specifici, o quando i rendimenti dell'ATP sono stati misurati per un particolare segmento della catena.

Nota 1: Oltre alla succinato deidrogenasi, parecchi altri enzimi forniscono elettroni direttamente all'ubichinone. LAcil CoA deidrogenasi è una  flavoproteina solubile coinvolta nell'ossidazione degli acidi grassi nello spazio della matrice mitocondriale. Essa alimenta i relativi equivalenti di riduzione ad ubichinone per mezzo di una flavoproteina a basso peso molecolare di trasferimento degli elettroni (ETF). La glicerolo fosfato "ossidasi" è un'altra flavoproteina che inoltre alimenta l'ubichinone di riduttori equivalenti. È una proteina della membrana interna, ma le superfici altamente attive relative del centro reagiscono esternamente con il relativo substrato nello scompartimento citosolico, non nello spazio della matrice mitocondriale. Nessuno di questi enzimi contribuisce a pompare protoni e che pompa, così il rapporto P:O dei loro substrati è solo 1,5

Nota 2: La stechiometria di pompaggio dei protoni per il complesso III ed il complesso IV è difficile perché il ricettore dell'elettrone per il complesso III (citocromo c) è situato sulla parte esterna della membrana interna, considerando che l'ossidante per il complesso IV (ossigeno molecolare) è ridotto sulla faccia interna della membrana interna. Se è necessario contare le cariche negative degli elettroni che percorrono la catena cosi come le cariche positive dei protoni. Inoltre, la riduzione di ossigeno consuma due protoni "chimici" supplementari per formare acqua, oltre a quelli che ha pompato nel complesso IV. Questi protoni "chimici" non contano perché equilibrano esattamente i due protoni "chimici" prodotti precedentemente quando gli atomi dell'idrogeno sono stati rimossi durante l'ossidazione del substrato. L'effetto netto di tutto questo è che il complesso III esporta quattro protoni ma soltanto due cariche positive per ogni accoppiamento degli elettroni che attraversano la catena respiratoria, mentre il complesso IV esporta due protoni ma quattro cariche positive.

I liposomi sono vescicole membranose che si formano spontaneamente quando molti fosfolipidi sono dispersi in mezzi acquosi. Se i lipidi vengono semplicemente agitati in acqua si producono grandi strutture multi-strato con "una disposizione a cipolla". Se i liposomi multi-strato sono trattati con vibrazioni ultrasoniche si rendono le vescicole unilamellari molto più piccole con una membrana di limitazione semplice composta da un singolo doppio-strato fosfolipidico. Sia i liposomi a strato singolo sia quelli multi-strato possono essere preparati per essere impermeabili alla maggior parte degli ioni caricati, anche se molecole non cariche, e molecole idrofobe possono acceder all'interno. Al momento della formazione dei liposomi rimane loro intrappolato dentro un piccolo volume del mezzo originale della preparazione.

Ricostituzione: Se nella membrana sono incluse proteine idrofobe durante il trattamento con ultrasuoni del lipidi, questi sono incorporati nelle membrane del liposoma. Questo metodo è stato usato per ricostituire la catena respiratoria da frammenti purificati. Purtroppo le proteine adottano un orientamento casuale mentre sono incorporate nella membrana del liposoma, così metà di loro finiscono per trovarsi inserite al contrario. È quindi difficile ricreare un gradiente protonico. Sono state usate molte ingegnose tecniche per selezionare una popolazione proteica correttamente orientata, per esempio intrappolando il donatore di elettroni all'interno del liposoma e fornendo l'accettore solo alla superfice esterna.

I liposomi vengono inoltre attivamente studiati come mezzo di trasporto dei farmaci citotossici contro le cellule tumorali, le quali sono state prima marcate con anticorpi monoclonali.