All’interno della cellula i mitocondri sono i responsabili diretti della produzione dell’energia necessaria per svolgere alcune funzioni cellulari, tra cui il movimento, il trasporto delle sostanze nutritive ecc.
All’interno dei mitocondri si trovano gli enzimi necessari affinchè avvengano le reazioni chimiche trasformano gli alimenti in energia che viene accumulata in particolari molecole chiamate adenosin-trifosfato (ATP); qui l’energia si conserva pronta per essere utilizzata quando l’organismo ne ha bisogno.
I mitocondri sono organuli con forma a bastoncello, ma possono avere anche forma granulare o filamentosa; questi organuli, all’interno della cellula, sono numerosi, ma la loro quantità può variare a seconda dei tessuti (nelle cellule renali e muscolari sono molto numerosi, quindi vi sarà immagazzinata una grande quantità di energia).
Il mitocondrio è delimitato da due membrane a doppio strato di lipidi, selettivamente permeabili. La membrana esterna è liscia mentre quella interna forma numerose pieghe, dette creste, perpendicolari alla parete e più o meno lunghe.
Le due membrane racchiudono e definiscono due spazi:
- lo spazio intermembrana: che si trova tra le due membrane;
- lo spazio della matrice, dove è presente del materiale omogeneo contenente enzimi, coenzimi, acqua, fosfati e altre molecole.
La membrana esterna è più permeabile di quella interna e contiene molte copie di una proteina, che nel suo spessore, dà origine a canali, consentendo così il passaggio non selettivo delle piccole molecole presenti nel citosol, che andranno a riempire lo spazio tra le due membrane.
La membrana interna, invece ha una permeabilità molto selettiva e, tramite proteine di trasporto, passano solo le piccole molecole che devono essere metabolizzate nello spazio della matrice.
Inoltre, lungo le sue creste, sono presenti una serie di proteine enzimatiche che funzionano in modo sequenziale, vale a dire che il prodotto di una reazione catalizzata da una proteina servirà da substrato per l’enzima successivo.
Queste sono le proteine della catena di trasporto degli elettroni, essenziali per la produzione di molecole fortemente energetiche.
Il compito principale dei mitocondri è quello di completare la demolizione delle molecole ingerite in fonte di energia; infatti, nel citosol gli zuccheri vengono trasformati con reazioni che non utilizzano ossigeno, per cui la digestione è parziale e la resa in energia bassa.
Nei mitocondri, invece, il metabolismo degli zuccheri, così come quello dei lipidi, si completa con la loro ossidazione all’interno del cosiddetto ciclo di Krebs.
I prodotti di questa reazione vengono utilizzati dalla catena di trasporto degli elettroni per produrre molecole ad alta energia (ATP); in questo modo, l’energia immagazzinata nelle molecole di ATP è molto più alta: infatti da ogni molecola di glucosio vengono prodotte ben 36 molecole di ATP, mentre nel processo di glicolisi a livello del citosol ne vengono produtte solo 2.
Altra importante caratteristica dei mitocondri è che sono l’unica struttura della cellula (oltre al nucleo) a contenere DNA anche se in piccole tracce.
Il DNA mitocondriale reca il codice genetico necessario per la sintesi di alcune proteine che si trovano solo all’interno del mitocondrio stesso e, poiché la membrana interna è impermeabile alla maggior parte delle molecole, queste proteine non vengono mai rilasciate nel citosol.
Queste sono solo una piccola parte delle proteine presenti nel mitocondrio: le restanti vengono sintetizzate nel citosol e in seguito trasferite all’organulo dove si crea un flusso unidirezionale di molecole dal citosol al mitocondrio.
Non essendovi scambio di sostanze dal mitocondrio al citoplasma, l’organulo deve possedere, ed essere in grado di far funzionare, tutti i sistemi necessari per la sintesi delle proteine codificate dal proprio DNA.
Durante la duplicazione della cellula, anche i mitocondri, a differenza di altri organuli che vengono prodotti ex novo, si duplicano; questa duplicazione avviene per scissione (si forma una strozzatura nell’organulo, che poi si divide in due), ed è preceduta da un accrescimento dell’organulo: proteine e lipidi, sintetizzati a livello del citoplasma, vengono aggiunti all’organulo in grande quantità.
Contemporaneamente vi è la duplicazione del DNA mitocondriale, che risulterà così suddiviso nei due mitocondri generati.
Gli organuli completi verranno poi ereditati dalle cellule figlie, casualmente, metà in una cellula e metà nell’altra, secondo quella che viene definita eredità non mendeliana o citoplasmatica.