1. Produzione di energia (sintesi ATP): I mitocondri producono ATP attraverso la respirazione cellulare, che è una serie di reazioni metaboliche che abbattono il glucosio e altre molecole organiche in presenza di ossigeno. Il glucosio viene scomposto attraverso la glicolisi e il ciclo dell'acido citrico (ciclo di Krebs) per generare elettroni ad alta energia. Questi elettroni vengono passati lungo la catena di trasporto di elettroni nella membrana mitocondriale interna, portando al pompaggio degli ioni idrogeno attraverso la membrana. Il gradiente protonico risultante guida la sintesi di ATP attraverso un processo chiamato fosforilazione ossidativa.
2. Catena di trasporto di elettroni e fosforilazione ossidativa: La catena di trasporto di elettroni è una serie di complessi proteici incorporati nella membrana mitocondriale interna. Funziona come un percorso di trasferimento di elettroni, passando elettroni da molecole di donatori ad alta energia (come NADH e FADH2) a molecole accettori a bassa energia (come l'ossigeno). Mentre gli elettroni fluiscono attraverso la catena, la loro energia viene utilizzata per pompare gli ioni idrogeno attraverso la membrana, creando un gradiente di protoni. Il flusso di protoni di nuovo nella matrice attraverso ATP sintasi guida la sintesi di ATP da ADP.
3. Ciclo di acido citrico: Il ciclo dell'acido citrico, noto anche come ciclo di Krebs, è una serie di reazioni chimiche che si verificano nella matrice mitocondriale. Ha un ruolo centrale nella respirazione cellulare completando la rottura del glucosio e di altre molecole organiche per generare anidride carbonica, NADH e FADH2. Questi elettroni ad alta energia vengono quindi utilizzati nella catena di trasporto degli elettroni per produrre ATP.
4. Omeostasi del calcio: I mitocondri svolgono un ruolo nella regolazione dei livelli di calcio all'interno della cellula. Possono occupare e conservare il calcio dal citosol, contribuendo a mantenere le corrette concentrazioni di calcio necessarie per vari processi cellulari, tra cui contrazione muscolare, trasmissione nervosa e regolazione degli enzimi.
5. apoptosi (morte cellulare programmata): I mitocondri sono coinvolti nell'iniziazione e nell'esecuzione dell'apoptosi, una forma di morte cellulare programmata. In risposta a determinati segnali, i mitocondri rilasciano proteine nel citosol, come il citocromo c. Il citocromo C innesca l'attivazione di Caspasi, una famiglia di enzimi che portano alla cascata degli eventi che alla fine causano la morte cellulare.
6. Produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS): I mitocondri sono una delle principali fonti di specie reattive di ossigeno (ROS) come sottoprodotto della fosforilazione ossidativa. Mentre i ROS sono essenziali per la segnalazione e la regolazione cellulare, una produzione eccessiva può causare stress ossidativo e contribuire all'invecchiamento, al danno tissutale e a varie malattie.
7. Produzione di calore (termogenesi): In alcuni tessuti, come il tessuto adiposo marrone, i mitocondri svolgono un ruolo nella termogenesi, il processo di generazione di calore. Ciò si ottiene disaccoppiando la catena di trasporto di elettroni dalla sintesi di ATP, portando al rilascio di energia come calore anziché ATP.
Inoltre, i mitocondri sono coinvolti in diverse altre funzioni cellulari, tra cui la sintesi di alcuni lipidi, aminoacidi ed eme (un componente dell'emoglobina). Partecipano anche alle vie di segnalazione cellulare, alla crescita cellulare e alla regolazione del metabolismo cellulare. Nel complesso, i mitocondri sono organelli indispensabili che orchestrano varie funzioni cruciali per mantenere l'omeostasi cellulare e la produzione di energia.