Controllo respiratorio • Processo che impedisce ad un organismo

Controllo respiratorio

• Processo che impedisce ad un organismo 

di ossidare substrati in modo incontrollato

• L’accoppiamento delle reazioni eso- endo-

ergoniche ci fornisce la prova 

dell’esistenza di un meccanismo di 

controllo biologico

della velocità con cui 

possono avvenire i 

processi ossidativi 

Rapporto P:O e Controllo 

respiratorio

• Il rapporto P:O è una 

misura

del numero di composti 

fosforilati ad alta energia ( quanto ATP) sintetizzati 

per ogni atomo di O consumato e per ogni molecola 

di H

2

O prodotta

• Oppure si può definire il 

rapporto P/O

come:

Valore del 

rapporto tra molecole di ATP prodotte per 

ciascuna coppia di elettroni trasferiti

dai substrati 

ridotti all’ossigeno molecolare nella catena 

respiratoria

Rapporto P:O e Controllo 

respiratorio

• Il “controllo respiratorio” rappresenta 

quindi la 

dipendenza del consumo di O

2

del 

mitocondrio dalla disponibilità di ADP

• In condizioni normali i processi di 

fosforilazione (sintesi di ATP) e 

ossidazione (dei substrati) sono 

strettamente accoppiati:

• Substrati ossidati, elettroni trasportati e 

ossigeno consumato

solo

quando c’è

richiesta di ATP

• Nei 

mitocondri a riposo

: velocità di 

consumo di O

2

è bassa

Patologie legate a carenze di nutrienti 

coinvolti nella fosforilazione ossidativa

• Carenza di ferro

• Carenza di Coenzima Q

• Carenza di rame

Accumulo di lattato e carenza di 

Coenzima Q

• L’accumulo di lattato ( derivante dal 

metabolismo anaerobico del glucosio) nel liquido 

cerebrospinale suggerisce un difetto nel 

metabolismo ossidativo mitocondriale

• Debolezza muscolare grave o encefalopatia si 

manifestano nelle 

miopatie mitocondriali

e sono 

dovute a 

difetti nel trasporto di elettroni

• Studi su tessuto muscolare isolato hanno 

rivelato un 

difetto nel Coenzima Q

, importante 

trasportatore di elettroni tra i complessi I, II, III

Carenza di Rame e citocromi

• Carenza di Cu può compromettere la 

sintesi di ATP in quanto inibisce la 

reazione terminale della catena di 

trasporto degli elettroni

• Può indurre 

cardiomiopatia

dovuta a 

inadeguata quantità di citocromo c 

ossidasi

e 

altri cupro – enzimi

coinvolti 

nella catena respiratoria e nella sintesi 

dell’eme

……Tornando al “controllo respiratorio” e alla dipendenza 

del consumo di O2 del mitocondrio dalla disponibilità di ADP

• Aumento di ADP

 entra nei mitocondri 

 stimola ATP sintasi

• Deplezione di ADP

 inibita sintesi di 

ATP

Mitocondri 

“disaccoppiati”

• Perdita dell’integrita’ strutturale della 

membrana mitocondriale interna

• I protoni possono “diffondere” attraverso la 

membrana senza sintesi di ATP

• Perdita del controllo respiratorio e 

diminuzione del rapporto P:O

Disaccoppianti

• Se invece

i mitocondri vengono in contatto 

con specie che veicolano

H

+

dentro ai 

mitocondri

, superando l’impermeabilità

della membrana stessa, 

questi “agenti”

dissipano il gradiente protonico 

necessario per la sintesi dell’ATP

• Queste specie sono dette

“ agenti 

disaccoppianti”

• Il 

disaccoppiamento

del sistema agisce 

come 

stimolo della respirazione 

mitocondriale

• Il sistema tenta, inutilmente, di ripristinare 

il gradiente protonico

• Aumenta ossidazione substrati

• Pompa sempre più protoni fuori della 

matrice

2,4 dinitrofenolo

• Accetta protoni

• Essendo idrofobico passa attraverso la 

membrana mitocondriale interna

• Nella matrice il pH più basico induce il 

rilascio dei protoni

• Avvelenamento da DNF

• Drastico aumento del consumo di 

ossigeno e nutrienti e quasi tutta 

l’energia metabolica è dissipata sotto 

forma di calore

• Le cellule muoiono per l’elevata 

temperatura e la mancanza di ATP

Proteine 

disaccoppianti:

UCP

UCP

Proteine disaccoppianti (UCP)

• Una parte del consumo metabolico basale 

è dovuto alle UCP della membrana 

mitocondriale interna

• UCP1 (termogenina) nel tessuto adiposo 

bruno

• UCP2 ubiquitario

• UCP3 nel muscolo scheletrico

• UCP4 e UCP5 nel cervello

UCP3

• [UCP3] < nel muscolo dei soggetti 

regolarmente allenati rispetto ai sedentari

• A parità di attività fisica il soggetto 

sedentario consuma più substrati 

energetici

• Nei soggetti allenati ciò indica che c’è

un’ottimizzazione dei sistemi ossidativi con 

minor dispersione di calore

UCP3

• Studi recenti hanno inoltre evidenziato che 

durante esercizio acuto:

• [UCP3] > ma con funzione di trasportatore

di acidi grassi dal mitocondrio al 

citoplasma

• I sistemi ossidativi non sono alla max 

efficienza e si avrebbe accumulo di tali

molecole