Mitocondri

Funzione dei mitocondri

I mitocondri producono ATP attraverso il processo di respirazione cellulare, in particolare la respirazione aerobica, che richiede ossigeno. Il ciclo dell’acido citrico, o ciclo di Krebs, ha luogo nei mitocondri. Questo ciclo comporta l’ossidazione del piruvato, che proviene dal glucosio, per formare la molecola acetil-CoA. L’acetil-CoA viene a sua volta ossidato e viene prodotto ATP.

Il ciclo dell’acido citrico riduce il nicotinamide adenina dinucleotide (NAD+) a NADH. Il NADH è poi utilizzato nel processo di fosforilazione ossidativa, che avviene anche nei mitocondri. Gli elettroni dal NADH viaggiano attraverso complessi proteici che sono incorporati nella membrana interna dei mitocondri. Questo insieme di proteine è chiamato catena di trasporto degli elettroni. L’energia della catena di trasporto degli elettroni viene poi usata per trasportare le proteine attraverso la membrana, che alimentano l’ATP sintasi per formare ATP.

La quantità di mitocondri in una cellula dipende da quanta energia la cellula ha bisogno di produrre. Le cellule muscolari, per esempio, hanno molti mitocondri perché hanno bisogno di produrre energia per muovere il corpo. I globuli rossi, che trasportano l’ossigeno alle altre cellule, non ne hanno; non hanno bisogno di produrre energia. I mitocondri sono analoghi a una fornace o a una centrale elettrica nella cellula perché, come le fornaci e le centrali elettriche, i mitocondri producono energia da componenti di base (in questo caso, molecole che sono state scomposte in modo da poter essere utilizzate).

I mitocondri hanno anche molte altre funzioni. Possono immagazzinare calcio, il che mantiene l’omeostasi dei livelli di calcio nella cellula. Regolano anche il metabolismo della cellula e hanno ruoli nell’apoptosi (morte cellulare controllata), nella segnalazione cellulare e nella termogenesi (produzione di calore).

Struttura dei mitocondri

I mitocondri hanno due membrane, una esterna e una interna. Queste membrane sono fatte di strati di fosfolipidi, proprio come la membrana esterna della cellula. La membrana esterna copre la superficie del mitocondrio, mentre la membrana interna si trova all’interno e ha molte pieghe chiamate cristae. Le pieghe aumentano la superficie della membrana, che è importante perché la membrana interna contiene le proteine coinvolte nella catena di trasporto degli elettroni. È anche il luogo in cui avvengono molte altre reazioni chimiche per svolgere le molte funzioni dei mitocondri. Una maggiore superficie crea più spazio per più reazioni e aumenta la produzione dei mitocondri. Lo spazio tra la membrana esterna e quella interna è chiamato spazio intermembrana, e lo spazio all’interno della membrana interna è chiamato matrice.

Questo schema mostra la struttura di un mitocondrio.

Evoluzione dei mitocondri

Si pensa che i mitocondri si siano evoluti da batteri a vita libera che si sono sviluppati in una relazione simbiotica con una cellula procariotica, fornendole energia in cambio di un posto sicuro dove vivere. Alla fine è diventato un organello, una struttura specializzata all’interno della cellula, la cui presenza è usata per distinguere le cellule eucariotiche da quelle procariotiche. Questo è avvenuto in un lungo processo di milioni di anni, e ora i mitocondri all’interno della cellula non possono vivere separatamente da essa. L’idea che i mitocondri si siano evoluti in questo modo è chiamata teoria endosimbiotica.

La teoria endosimbiotica ha molteplici forme di prova. Per esempio, i mitocondri hanno un proprio DNA che è separato dal DNA del nucleo della cellula. Si chiama DNA mitocondriale o mtDNA, ed è trasmesso solo attraverso le femmine perché gli spermatozoi non hanno mitocondri. Hai ricevuto il tuo mtDNA da tua madre, e puoi trasmetterlo solo se sei una femmina che ha un figlio. È anche circolare, come il DNA batterico. Un’altra forma di prova è il modo in cui i nuovi mitocondri vengono creati nella cellula. I nuovi mitocondri nascono solo dalla fissione binaria, o scissione, che è lo stesso modo in cui i batteri si riproducono asessualmente. Se tutti i mitocondri vengono rimossi da una cellula, questa non può crearne di nuovi perché non ci sono mitocondri esistenti da dividere. Inoltre, il genoma dei mitocondri e dei batteri Rickettsia (batteri che possono causare la febbre maculata e il tifo) sono stati confrontati, e la sequenza è così simile da suggerire che i mitocondri sono strettamente legati alle Rickettsia.

Anche i cloroplasti, gli organelli delle piante dove avviene la fotosintesi, si pensa si siano evoluti da batteri endosimbiotici per ragioni simili: hanno un DNA separato e circolare, una struttura a doppia membrana, e si dividono per fissione binaria.

Quiz

1. Qual è una funzione dei mitocondri? Regolare il metabolismo
B. Produrre ATP
C. Immagazzinare il calcio
D. Tutte le precedenti

2. Quale NON è una ragione per cui si pensa che i mitocondri si siano evoluti da batteri a vita libera? I mitocondri hanno il proprio DNA.
B. I mitocondri si riproducono attraverso la fissione binaria.
C. Il DNA mitocondriale è ereditato matrilinealmente.
D. Il genoma è simile a quello del DNA batterico.

3. Dove si trova la matrice mitocondriale?
A. All’interno della membrana interna
B. Tra la membrana interna e quella esterna
C. All’interno dell’mtDNA
D. Nello spazio intermembrana