I mitocondri sono le centrali elettriche delle cellule animali e vegetali. Convertono il NADH e il NADPH di origine ematica in ATP (adenosina trifosfato), la valuta energetica comune del macchinario cellulare. Il singolare di mitocondri è mitocondrio. Si sospetta fortemente che i mitocondri derivino da cellule simbiotiche precoci che vivono in cooperazione con altre cellule. Questi organelli hanno il proprio DNA e l’evoluzione ha già impiegato milioni di anni per trasferire gradualmente il DNA dai mitocondri al nucleo della cellula, dove risiede il resto del DNA.
Una cellula media ha 2,000 mitocondri, che occupano circa il 20% del volume totale. L’interno di un mitocondrio, osservabile al microscopio quando colorato, contiene una membrana altamente piegata. Queste pieghe sono chiamate creste. Le creste esistono per massimizzare l’area superficiale di questa membrana, rendendo possibile un’elevata produttività di ATP. I mitocondri sono uno dei pochi organelli ad avere una struttura a doppia membrana. La sua membrana esterna utilizza doppi strati fosfolipidici e proteine per tenere fuori qualsiasi molecola di peso atomico maggiore di 5000. Proteine speciali più grandi di questo possono raggiungere l’interno del mitocondrio solo attraverso il trasporto attivo. La membrana interna è la più impermeabile di tutte, permettendo agli atomi di entrare e uscire solo attraverso il trasporto attivo.
I mitocondri svolgono ruoli critici in molti aspetti del metabolismo e possono avere funzioni specializzate a seconda della cellula. Ad esempio, nel fegato, mitocondri specializzati elaborano l’ammoniaca, un prodotto di scarto cellulare. Quando alcuni mitocondri si rompono a causa di mutazioni genetiche, ne risultano malattie mitocondriali.
I mitocondri sono insoliti perché invece di ereditare metà del loro materiale genetico dal padre e metà dalla madre, l’eredità mitocondriale è esclusivamente materna. Invece di sole due copie dei geni, come nel nucleo cellulare, i geni mitocondriali sono disponibili da cinque a dieci copie. Sebbene un mitocondrio contenga circa 3000 proteine, il suo genoma degenerato può codificarne solo 37. La degenerazione mitocondriale svolge un ruolo importante nel processo di invecchiamento ed è indicata come una delle sette cause primarie dell’invecchiamento. Pertanto, alcune terapie antietà propongono di “evacuare” il DNA mitocondriale e spostarlo nel nucleo cellulare, un processo che l’evoluzione ha avviato ma non completato.
Ci sono solo poche cellule eucariotiche (che possiedono un nucleo) prive di mitocondri: i microsporidi, le metamonadi e le archamoebe. Gli studi hanno esaminato le cellule procariotiche (prive di nucleo) alla ricerca di possibili versioni attuali di antiche cellule mitocondriali fluttuanti, ma i mitocondri si sono evoluti così ampiamente nel loro tempo nelle cellule eucariotiche che sono probabilmente indistinguibili dai loro cugini moderni .