La respirazione aerobica e il mitocondrio

La respirazione aerobica e il mitocondrio

Anaerobi e aerobi

Anaerobi: organismi che catturano e utilizzano l'energia attraverso meccanismi metabolici indipendenti dall'ossigeno. Aerobi: organismi dipendenti dall'ossigeno.

Il ruolo dei mitocondri negli eucarioti

Negli eucarioti, l'utilizzo dell'ossigeno come meccanismo per estrarre energia ha luogo in un organello specializzato, il mitocondrio. I mitocondri sono abbastanza grandi da risultare visibili al microscopio ottico. Possono apparire come singole entità con una forma a fagiolo, con un diametro variabile tra circa e μm di lunghezza. In altri casi, i mitocondri possono presentarsi come reticoli tubulari fortemente ramificati ed interconnessi.

Essi sono organelli dinamici la cui forma può essere modificata drasticamente. Circa il 15-20% del volume cellulare di una tipica cellula del fegato di mammifero è occupata da mitocondri e quest’ultimi contengono più di mille differenti proteine. Questi organelli sono meglio conosciuti per il loro ruolo nel generare l'ATP che è usato per guidare la maggior parte delle attività della cellula che richiedono energia.

Funzioni e struttura dei mitocondri

Per svolgere questa funzione, i mitocondri sono associati spesso con goccioline d'olio contenenti acidi grassi, da cui derivano materiali grezzi da ossidare. Il metabolismo energetico è stato l'argomento di principale interesse nello studio dei mitocondri, ma questi organelli sono coinvolti anche in altre attività non strettamente correlate al metabolismo energetico. Per esempio, i mitocondri rappresentano i siti di sintesi di numerose sostanze, come certi amminoacidi e i gruppi eme.

I mitocondri giocano anche un ruolo di vitale importanza nella cattura e rilascio degli ioni calcio. Anche il processo di morte cellulare è regolato in gran parte da eventi che si verificano a livello dei mitocondri.

Struttura delle membrane mitocondriali

Il margine esterno del mitocondrio contiene due membrane: la membrana mitocondriale esterna e la membrana mitocondriale interna.

Membrana mitocondriale esterna

La membrana mitocondriale esterna racchiude completamente il mitocondrio e ne rappresenta il confine esterno. È formata per circa il 50% da lipidi e contiene una curiosa miscela di enzimi interessati ad attività estremamente diverse, come l'ossidazione dell'adrenalina, la degradazione del triptofano e l'allungamento degli acidi grassi.

Membrana mitocondriale interna

La membrana mitocondriale interna è suddivisa in due domini interconnessi. Uno di questi domini, chiamato membrana delimitante interna, si estende appena sopra l'altra membrana mitocondriale, formando un rivestimento esterno a doppia membrana. La membrana delimitante interna è particolarmente ricca di proteine implicate nell'importo di proteine mitocondriali.

L'altro dominio della membrana mitocondriale interna si estende verso l'interno dell'organello con una serie di invaginazioni membranose, chiamate creste. Le creste generano una superficie di membrana molto grande che ospita i componenti richiesti per la respirazione aerobica e la produzione di ATP. La membrana delimitante interna e le membrane delle creste sono unite l'una alle altre con sottili connessioni, chiamate giunzioni delle creste.

Compartimenti mitocondriali

Le membrane mitocondriali dividono questo organello in due compartimenti ripieni di fluido, uno al centro del mitocondrio, detto matrice, e un secondo tra membrana esterna e membrana interna, detto spazio intermembrana. La matrice ha consistenza di gel, dovuta ad un'alta concentrazione di proteine idrosolubili. Le proteine dello spazio intermembrana sono meglio conosciute per il loro ruolo nell'iniziare il processo di morte cellulare programmata.

Composizione delle membrane mitocondriali

La membrana interna contiene più di 100 diversi tipi di polipeptidi ed ha un alto rapporto proteine/lipidi. È praticamente priva di colesterolo e ricca di un insolito fosfolipide, la cardiolipina. La cardiolipina svolge un ruolo importante nel facilitare l'attività delle proteine coinvolte nella sintesi di ATP.

Si ritiene che la membrana mitocondriale esterna sia derivata dalla membrana esterna che fa parte della parete cellulare in alcune cellule batteriche, poiché ambedue le membrane contengono porine, proteine integrali che formano ampi canali circondati da una palizzata di foglietti. Le porine della membrana mitocondriale esterna non sono strutture statiche ma sono in grado di chiudersi reversibilmente a seconda delle condizioni della cellula. Quando i canali delle porine sono ben aperti, la membrana esterna è permeabile e, praticamente, tutte le molecole e tutti gli ioni hanno bisogno di trasportatori specifici per entrare all'interno della matrice.

La matrice mitocondriale contiene ri...