Organizzazione del sistema energetico

Catena di trasporto

I coenzimi ridotti NADH e FADH ottenuti finora sono carichi di elettroni.
I NADH e FADH₂ cedono i loro elettroni ai complessi proteici situati nella membrana interna del mitocondrio:
- Complesso I → riceve elettroni da NADH e li affida a FMN.
- Complesso II → riceve elettroni da FADH₂.
- Coenzima Q (ubichinone) → trasportatore mobile che riceve elettroni da I e II.
- Complesso III → riceve elettroni dall’ubichinone e li passa al citocromo c.
- Complesso IV → è quel complesso che si occupa di ricevere elettroni dal citocromo c e li trasferisce all’ossigeno, formando H₂O.
Questo crea un gradiente elettrochimico: alta concentrazione di protoni fuori, bassa concentrazione dentro.
I protoni vogliono tornare nella matrice (per il gradiente). Per farlo, passano attraverso l’ATP sintasi (complesso V). Questo flusso di elettroni attiva una turbina che è come una pressa che unisce meccanicamente ADP + Pᵢ → ATP.
Durante questo, i trasferimenti di elettroni si produce energia che, i complessi I, III e IV usano per pompare protoni (H⁺) che stanno nella matrice mitocondriale e li pompano nello spazio intermembrana.
La resa è che:
Ogni NADH → circa 3 ATP
Ogni FADH₂ → circa 2 ATP
Totale teorico 38 ATP per glucosio, ma 2 sono stati investiti nella glicolisi e altri se ne perdono in calore, ottenendo 32 ATP effettive.

Gestione della produzione

I mitocondri sono le centrali energetiche della cellula e in qualche certo modo dovranno pur gestire il sistema di produzione energetica e lo fanno mediante il network mitocondriale, ovvero un finissimo sistema con cui i mitocondri si riorganizzano in modo continuo ed estremamente dinamico e veloce.
Il network mitocondriale è un sistema dinamico, in equilibrio tra fissione e fusione. La regolazione di questo equilibrio coinvolge numerosi fattori.
Nei mammiferi, il processo di fusione è mediato principalmente dalle mitofusine MFN1 e MFN2, e da OPA1. Queste tre proteine sono GTPasiche. MFN1 e MFN2 sono localizzate sulla membrana esterna e fungono da ganci che legano e avvicinano due mitocondri. Dopo averli avvicinati tramite idrolisi di GTP fondono le membrane esterne. Invece OPA1 sulla membrana interna consente la fusione anche delle membrane interne.
Le mitofusine possono essere ubiquitinate per essere degradate, in modo che venga limitata la fusione.
Il processo di fissione invece, prevede la presenza di proteine FIS1 sulla membrana esterna dei mitocondri. Le FIS1 fungono da punto di ancoraggio per le proteine GTPasiche, DRP1, le quali se vengono fosforilate si attivano e si legano su FIS1. Una volta posizionate formano un anello, e tramite GTP stringe il mitocondrio fino a farlo dividere.
Le mutazioni dei geni che producono proteine mitocondriali causano malfunzionamenti dei mitocondri si andranno ad avere problemi laddove c’è maggiore richiesta di energia. L’ossigeno è essenziale perché è il recettore finale degli elettroni; senza ossigeno, il processo si blocca.