Mitocondri: cosa sono, caratteristiche e funzioni

I mitocondri sono piccoli organelli presente nelle nostre cellule e in quelle di praticamente tutti gli organismi eucarioti.

La loro funzione è molto importante per la vita dell'organismo, in quanto sono i produttori di una sorta di combustibile affinché i processi metabolici possano svolgersi all'interno della cellula.

Successivamente vedremo più in dettaglio cosa sono questi organelli, quali sono le loro parti, le loro funzioni e quale ipotesi è stata avanzata per spiegare come si sono originati.

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Cosa sono i mitocondri?

I mitocondri sono a organelli presenti all'interno della cellula eucariotica che hanno una funzione molto importante per la vita, poiché sono responsabili di fornire energia alla cellula, permettendole di svolgere vari processi metabolici. La sua forma è circolare e allungata, con diversi strati e creste all'interno, dove si incastrano. proteine ​​che consentono di svolgere vari processi per fornire questa energia, sotto forma di ATP (adenosina trifosfato).

Questi organelli possono comparire in numero variabile nell'ambiente cellulare e la loro quantità è direttamente correlata al fabbisogno energetico della cellula. Ecco perché, a seconda del tessuto che forma la cellula, ci si può aspettare più o meno mitocondri. Ad esempio, nel fegato, dove c'è un'elevata attività enzimatica, le cellule epatiche hanno spesso molti di questi organelli.

Morfologia

Il mitocondrio è, come ci si potrebbe aspettare, una struttura molto piccola, di dimensioni comprese tra 0,5 e 1 μm (micrometri) di diametro e fino a 8 μm di lunghezza, di forma allungata, semisferica, come un salsiccia grassa.

La quantità di mitocondri all'interno della cellula è direttamente correlata al suo fabbisogno energetico. Più energia è richiesta, più mitocondri avrà bisogno della cellula. L'insieme dei mitocondri è chiamato condrioma cellulare.

I mitocondri sono circondati da due membrane con funzioni diverse in termini di attività enzimatica, separate in tre spazi: citosol (o matrice citoplasmatica), spazio intermembrana e matrice mitocondriale.

1. Membrana esterna

È un doppio strato lipidico esterno, permeabile a ioni, metaboliti e molti polipeptidi. Contiene proteine ​​che formano pori, chiamate porine, che costituiscono un canale anionico voltaggio-dipendente. Questi canali consentono il passaggio di grandi molecole fino a 5.000 dalton e un diametro approssimativo di 20 (ångström)

Piuttosto, la membrana esterna svolge poche funzioni enzimatiche o di trasporto. Contiene tra il 60% e il 70% di proteine.

2. Membrana interna

La membrana interna è composta per circa l'80% da proteine ​​e, a differenza della sua controparte, quella esterna, è priva di pori, essendo altamente selettiva. Contiene molti complessi enzimatici e sistemi di trasporto transmembrana, che sono coinvolti nella traslocazione delle molecole, cioè spostandole da un luogo all'altro.

3. Creste mitocondriali

Nella maggior parte degli organismi eucarioti, le creste mitocondriali appaiono come setti appiattiti e perpendicolari. Si ritiene che il numero di creste nei mitocondri sia un riflesso della loro attività cellulare. creste rappresentano un aumento significativo dell'area superficiale in modo che le proteine ​​​​utili per diversi processi possano essere accoppiate che avvengono all'interno dei mitocondri.

Sono collegati alla membrana interna in punti specifici, in cui sarà facilitato il trasporto dei metaboliti tra i diversi compartimenti dei mitocondri. In questa parte dei mitocondri si svolgono funzioni legate al metabolismo ossidativo, come la catena respiratoria o la fosforilazione ossidativa. Qui possiamo evidenziare i seguenti composti biochimici:

• La catena di trasporto degli elettroni, composta da quattro complessi enzimatici fissi e due trasportatori di elettroni mobili.
• Un complesso enzimatico, il canale ionico idrogeno e l'ATP sintasi, che catalizza la sintesi dell'ATP (fosforilazione ossidativa).
• Proteine ​​trasportatrici, che permettono il passaggio di ioni e molecole attraverso di essa, tra le più notevoli abbiamo acidi grassi, acido piruvico, ADP, ATP, O2 e acqua; può essere evidenziato:

4. Spazio intermembrana

Tra le due membrane c'è uno spazio che contiene un liquido simile al citoplasma, ad alta concentrazione di protoni, a causa del pompaggio di queste particelle subatomiche da parte dei complessi enzimatici della catena respiratorio.

All'interno di questo mezzo intramembranoso si trovano vari enzimi, coinvolti nel trasferimento del legame ad alta energia dell'ATP, come adenilato chinasi o creatina chinasi. Inoltre si può trovare la carnitina, sostanza coinvolta nel trasporto degli acidi grassi dal citoplasma all'interno dei mitocondri, dove verranno ossidati.

5. Matrice mitocondriale

La matrice mitocondriale, chiamato anche mitosol, contiene meno molecole del citosol, sebbene in esso si possano trovare anche ioni, metaboliti da ossidare, DNA circolare simile a quello dei batteri e alcuni ribosomi (mitribosomi), che effettuano la sintesi di alcune proteine ​​mitocondriali e in realtà contengono RNA mitocondriale.

Ha gli stessi organelli degli organismi procarioti a vita libera, che differiscono dalle nostre cellule per la mancanza di un nucleo.

In questa matrice sono presenti diverse vie metaboliche fondamentali per la vita, come il ciclo di Krebs e la beta-ossidazione degli acidi grassi.

Fusione e fissione

I mitocondri hanno la capacità di dividersi e fondersi con relativa facilità, e queste sono due azioni che si verificano costantemente nelle cellule. Ciò comporta la miscelazione e la divisione del DNA mitocondriale di ciascuna di queste unità di organelli..

Nelle cellule eucariotiche non esistono mitocondri individuali, ma piuttosto una rete connessa ad un numero variabile di DNA mitocondriale. Una delle possibili funzioni di questo fenomeno è condividere prodotti sintetizzati da diverse parti della rete, correggere difetti locali o, semplicemente, condividere il loro DNA.

Se due cellule che hanno mitocondri diversi si fondono, la rete di mitocondri che emergerà dall'unione sarà omogenea dopo solo 8 ore. Poiché i mitocondri si uniscono e si dividono costantemente, è difficile stabilire il numero totale di questi organelli in una cellula di un determinato tessuto, sebbene si possa presumere che quei tessuti che lavorano di più o che richiedono più energia avranno molti mitocondri come risultato di fissioni.

La divisione mitocondriale è mediata da proteine, molto simili alle dinamine, che sono coinvolti nella generazione di vescicole. Il punto in cui questi organelli iniziano a dividersi dipende fortemente dalla loro interazione con il reticolo endoplasmatico. Le membrane del reticolo circondano il mitocondrio, costringendolo e infine dividendolo in due.

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Caratteristiche

La funzione principale dei mitocondri è la produzione di ATP, noto come combustibile per i processi cellulari. Tuttavia, svolgono inoltre parte del metabolismo degli acidi grassi tramite beta-ossidazione, oltre a fungere da riserva di calcio.

Inoltre, nella ricerca degli ultimi anni, questo organello è stato correlato all'apoptosi, questa è la morte cellulare, oltre al cancro e all'invecchiamento del corpo, e la comparsa di malattie degenerative come il morbo di Parkinson o diabete.

Uno dei vantaggi per i test genetici offerti dai mitocondri è il loro DNA, che deriva direttamente dalla linea materna. I ricercatori in genealogia e antropologia usano questo DNA per stabilire alberi genealogici. Questo DNA non è soggetto a ricombinazione genetica dovuta alla riproduzione sessuale.

1. sintesi di ATP

È nei mitocondri che la maggior parte dell'ATP viene prodotta per le cellule eucariotiche non fotosintetiche.

Metabolizzano l'acetil-coenzima A, mediante un ciclo enzimatico dell'acido citrico, e producendo anidride carbonica (CO2) e NADH. NADH cede elettroni a una catena di trasporto degli elettroni nella membrana mitocondriale interna. Questi elettroni viaggiano fino a raggiungere una molecola di ossigeno (O2), producendo una molecola d'acqua (H2O).

Questo trasporto di elettroni è accoppiato a quello di protoni, provenienti dalla matrice e raggiungendo lo spazio intermembrana. È il gradiente protonico che permette di sintetizzare l'ATP grazie all'azione di una sostanza, chiamata ATP sintasi, legando un fosfato all'ADP e usando l'ossigeno come accettore finale di elettroni (fosforilazione ossidativo).

La catena di trasporto degli elettroni è nota come catena respiratoria, contiene 40 proteine.

2. Metabolismo lipidico

Una buona quantità di lipidi presenti nelle cellule è dovuta all'attività mitocondriale. L'acido lisofosfatidico è prodotto nei mitocondri, da cui vengono sintetizzati i triacilgliceroli.

Vengono sintetizzati anche acido fosfatidico e fosfatidilglicerolo, necessari per la produzione di cardiolipina e fosfatidil etanolammina.

L'origine dei mitocondri: cellule all'interno delle cellule?

Nel 1980 Lynn Margulis, una delle donne più importanti della scienza, ha recuperato una vecchia teoria sull'origine di questo organello, riformulandola come teoria endosimbiotica. Secondo la sua versione, più aggiornata e basata su evidenze scientifiche, circa 1.500 milioni di anni fa, una cellula procariotica, cioè priva di nucleo, era in grado di ottenere energia da nutrienti organici utilizzando l'ossigeno molecolare come ossidante.

Durante il processo si fondeva con un'altra cellula procariotica, o con quelle che potrebbero essere state le prime cellule eucariotiche, venendo fagocitata senza essere digerita. Questo fenomeno si basa sulla realtà, dal momento che i batteri sono stati visti inghiottire altri ma senza porre fine alle loro vite. La cellula assorbita ha stabilito una relazione simbiotica con il suo ospite, fornendogli energia sotto forma di ATP., e l'ospite ha fornito un ambiente stabile e ricco di sostanze nutritive. Questo grande vantaggio reciproco si consolidò, fino a farne parte, e questa sarebbe stata l'origine dei mitocondri.

Questa ipotesi è abbastanza logica se si prendono in considerazione le somiglianze morfologiche tra batteri, organismi procarioti a vita libera e mitocondri. Ad esempio, entrambi sono di forma allungata, hanno strati simili e, cosa più importante, il loro DNA è circolare. Inoltre, il DNA mitocondriale è molto diverso da quello del nucleo cellulare, dando l'impressione che si tratti di due organismi diversi.

Riferimenti bibliografici:

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