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

Breve storia e orientamento

Gli spettri  dei pigmenti respiratori del citocromo nei tessuti animali sono stati osservati originalmente nel diciannovesimo secolo, ma allontanati come manufatto dall'istituzione scientifica del tempo. Il consumo d'ossigeno dagli omogenati di tessuti, e l'azione degli inibitori respiratori semplici in primo luogo è stata studiata sistematicamente negli anni 1930, quando è stato realizzato che gli elettroni scorrono dai substrati ossigeno via una sequenza di elementi portatori riducenti, molti dei quali mostrano cambiamenti spettrali  distinti se ossidati o ridotti.

L'isolamento dei mitocondri intatti ha seguito i miglioramenti nella tecnologia della centrifuga negli anni 1940, e l'introduzione dei mezzi isotonici del preparato di il saccarosio per impedire la lisi osmotica. I ricercatori hanno notato il fenomeno della latenza: gli enzimi mitocondriali interni non poterono essere dimostrati fino a che gli organelli non furono rotti ed aperti.  La struttura di base dei mitocondri è stata stabilita con la microscopia elettronica ed è stata rivelata tramite rottura controllata della maggior parte degli enzimi respiratori responsabili del consumo d'ossigeno fissati alla membrana mitocondriale interna (la quale è piegata estesamente per formare le creste mitocondriali) mentre gli enzimi solubili che catalizzano le vie ossidative del ciclo di Krebs e degli acidi grassi sono confinati nella  matrice interna.

Questa è un'immagine al microscopio elettronico di un mitocondrio dell'embrione di pulcino ed è usata con il gentile permesso del professor Ruth Bellairs, del Reparto di anatomia e di biologia inerente allo sviluppo, Università Dell'Università, Via Di Gower, Londra WC1E 6BT.

Più tardi veniva scoperto che la membrana interna era una barriera importante alla permeabilità all'interno della cellula, ma la membrana esterna contiene una proteina denominata porina che la rende in gran parte permeabile alle molecole minori di circa 1500 dalton. Un gruppo importante di enzimi che metabolizzano l'ATP, comprende la miochinasi, la creatina chinasi, e la nucleoside disolfato chinasi, sono confinate nello spazio  inter-membranale, fra le membrane interne ed esterna.

miochinasi: ATP + AMP <=> ADP + ADP

creatina chinasi: ATP + creatina <=> ADP + creatine fosfato

citidine difosfato chinasi: CDP + ATP <=> CTP + ADP (esistono molti enzimi simili)

Il lavoro sperimentale è accelerato con l'introduzione dell'elettrodo ad ossigeno Clarke-tipo più conveniente negli anni '50 al posto dei più vecchi metodi manometrici. È stato indicato che l'assorbimento di ossigeno dai mitocondri intatti dipendeva dalla conversione simultanea dell'ADP e del fosfato inorganico in ATP. Il fenomeno è chiamato controllo respiratorio. La dipendenza obbligatoria di una reazione chimica altamente favorevole (ossidazione del substrato) sull'esecuzione simultanea di una reazione indipendente ed estremamente sfavorevole (sintesi dell'ATP) è stata riconosciuta immediatamente come un nuovo e importante concetto dai biochimici di allora .

Il consumo d'ossigeno che dipende dalla presenza dell'ADP e del fosfato è chiamata respirazione accoppiata. L'accoppiamento della respirazione e della fosforilazione ha potuto essere rotto tramite rottura meccanica o osmotica dei mitocondri, o tramite l'aggiunta di agenti disaccoppianti, nel qual caso la respirazione continua velocemente senza alcuna sintesi concomitante di ATP. L'agente disaccoppiante originale era il dinitrofenolo 2,4, il quale ora è stato sostituito da sostanza più efficaci quali il FCCP (fenilidrazone del cianuro del carbonilico di paragrafi-trifluorometossile) e CCCP (fenilidrazone meta-cloro del cianuro carbonilico).

Le due maggiori categorie di inibitori mitocondriali possono essere distinte in: inibitori della respirazione ed inibitori della fosforilazione. Entrambi i tipi sono efficaci contro i mitocondri intatti, ma soltanto gli inibitori della respirazione hanno potuto impedire il consumo d'ossigeno dopo l'aggiunta di un agente disaccoppiante. Questi esperimenti hanno rafforzato il concetto di un sistema energico favorevole di trasporto dell'elettrone, il quale in qualche modo alimentata un sistema energico sfavorevole di fosforilazione. L'energia libera disponibile dalle reazioni di riduzione è stata usata per guidare la sintesi dell'ATP. Gli inibitori della respirazione quali gli ioni del cianuro ostruiscono la catena di trasporto dell'elettrone ed erano sempre efficaci nella soppressione del consumo d'ossigeno, mentre gli inibitori della fosforilazione quale la il oligomicina, che impediscono la fabbricazione dell'ATP, possono bloccare la respirazione soltanto se l'accoppiamento fosse intatto.

A questo punto, alla metà dagli anni 50, ci si trovava in un vicolo cieco lungo ed occasionalmente acrimonioso, dove gli scienziati tentavano di trovare un mediatore di collegamento chimico fra la respirazione e la generazione di ATP. Questa idea derivava dai livelli di fosforilazione del substrato osservati nella via glicolitica. Questa ricerca era infruttuosa poiché non esiste nessuno di  tali intermediarie. Ora sappiamo che l'energia proveniente dalla respirazione in primo luogo è bloccata sotto forma di pH ed i gradienti dei potenziali elettrici attraverso la membrana mitocondriale interna. L'energia immagazzinata in questi gradienti è successivamente sfruttata per guidare la sintesi dell'ATP. Questa  teoria chemiosmotica è stata proposta in primo luogo nel 1961 da un biochimico britannico, Peter Mitchell,, che ha lavorato per molti anni senza molto riconoscimento ufficiale o fondi pubblici significativi fino a che non ricevette il premio Nobel per la chimica nel 1978.