2.06 – Mitocondri

2.06 – Mitocondri

Ultima modifica: 02/07/2023

La scoperta e la comprensione dei mitocondri, gli organuli cellulari responsabili della produzione di energia all’interno delle cellule, sono state un processo progressivo nel corso della storia scientifica. Attraverso gli anni, i ricercatori hanno fatto importanti scoperte e formulato ipotesi che hanno contribuito alla nostra comprensione dei mitocondri e al loro ruolo vitale nelle cellule e negli organismi.

• Negli anni ’20, grazie all’uso del microscopio ottico, Carl Benda fu il primo a osservare i mitocondri all’interno delle cellule. Tuttavia, la vera natura e l’importanza di questi organuli furono comprese solo successivamente.

• Negli anni ’40, gli scienziati Eugene Kennedy e Albert Lehninger condussero importanti studi sulla biochimica dei mitocondri, focalizzandosi sulla loro capacità di produrre energia attraverso la respirazione cellulare. Questi studi portarono alla scoperta di molte delle reazioni biochimiche coinvolte nella produzione di energia all’interno dei mitocondri.

• Negli anni ’50, George Palade utilizzò la microscopia elettronica per studiare le strutture cellulari, compresi i mitocondri. Le sue ricerche evidenziarono la complessa struttura dei mitocondri, come le creste mitocondriali e la membrana interna, aprendo la strada alla comprensione della loro funzione.

• Negli anni ’60, Albert Claude, George Palade e Christian de Duve furono insigniti del Premio Nobel per la Medicina o la Fisiologia nel 1974 per i loro studi pionieristici sulle strutture cellulari, compresi i mitocondri. Questo riconoscimento contribuì a identificare i mitocondri come organuli distinti all’interno delle cellule.

• Gli anni ’80 segnarono un importante sviluppo con l’ipotesi endosimbiontica dei mitocondri formulata da Lynn Margulis. Questa ipotesi suggerì che i mitocondri, insieme ai cloroplasti, potrebbero essersi originati da batteri ancestrali inglobati da cellule eucariotiche attraverso un processo di simbiosi. Questa teoria, inizialmente accolta con scetticismo, ha guadagnato un ampio supporto e ha contribuito significativamente alla comprensione dell’origine e dell’evoluzione dei mitocondri.

Cosa sono i mitocondri ?

I mitocondri sono organuli presenti negli organismi eucarioti e sono considerati la “centrale energetica” della cellula, questo perché sono responsabili della produzione di energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP) attraverso un processo chiamato respirazione cellulare. La respirazione cellulare avviene all’interno dei mitocondri e comprende tre fasi principali: glicolisi, ciclo di Krebs (o ciclo dell’acido citrico) e fosforilazione ossidativa.

Durante la glicolisi, il glucosio viene convertito in piruvato nel citoplasma. Successivamente, il piruvato viene trasportato nei mitocondri e ossidato nel ciclo di Krebs, producendo NADH e FADH2, che sono coenzimi ricchi di elettroni. Nella fase finale, la fosforilazione ossidativa, gli elettroni vengono trasferiti attraverso la catena di trasporto degli elettroni sulla membrana interna dei mitocondri, generando un gradiente di protoni (H+) che viene utilizzato dall’enzima ATP sintetasi per sintetizzare ATP a partire dall’ADP.

La struttura dei mitocondri è altamente specializzata per svolgere le sue funzioni energetiche. Oltre alla doppia membrana (membrana esterna e interna), i mitocondri contengono anche una matrice interna. La membrana esterna è liscia e svolge una funzione protettiva, mantenendo l’integrità dei contenuti interni dei mitocondri.

È permeabile alla maggior parte delle molecole e dei piccoli ioni grazie alla presenza di porine, proteine canale che permettono il passaggio di tali sostanze. La membrana interna è altamente specializzata ed è caratterizzata dalle creste mitocondriali.

Le creste mitocondriali sono ripiegamenti della membrana interna che si estendono nella matrice mitocondriale. La loro presenza aumenta notevolmente la superficie della membrana interna, fornendo spazio per una maggiore presenza di complessi proteici coinvolti nella produzione di ATP, come l’ATP sintetasi. Questi complessi enzimatici sono localizzati sulle creste mitocondriali e svolgono un ruolo chiave nella sintesi di ATP durante la fosforilazione ossidativa.

La membrana interna dei mitocondri è altamente selettiva e impermeabile a molti ioni e molecole polari. Questa proprietà è fondamentale per il mantenimento di gradienti elettrochimici necessari per la produzione di ATP. Per attraversare la membrana interna, le molecole devono utilizzare specifiche proteine di trasporto, come le translocasi, che facilitano il passaggio selettivo di metaboliti e ioni attraverso la membrana.

I mitocondri possiedono il loro DNA, noto come DNA mitocondriale (mtDNA). Il DNA mitocondriale (mtDNA) è un genoma a doppio filamento che si presenta come un anello circolare all’interno dei mitocondri. A differenza del DNA nucleare, che è ereditato da entrambi i genitori, il mtDNA viene trasmesso esclusivamente per via materna. Ciò significa che ogni individuo riceve il proprio mtDNA dalla madre. Questa peculiarità è dovuta al fatto che durante la fertilizzazione, solo il citoplasma dell’ovocita, che contiene i mitocondri, viene trasmesso alla progenie, mentre il citoplasma dello spermatozoo, che contiene pochi o nessun mitocondrio, viene solitamente degradato dopo la fecondazione. Il mtDNA contiene una serie di geni che codificano per componenti essenziali dei mitocondri, come enzimi della catena respiratoria e della fosforilazione ossidativa, insieme a RNA ribosomiale e RNA di trasferimento necessari per la sintesi proteica all’interno dei mitocondri.