I mitocondri sono la centrale cellulare delle cellule eucariotiche. La funzione principale dei mitocondri è la produzione di adenosina trifosfato (ATP) attraverso un processo noto come fosforilazione ossidativa. L’ATP è un nucleotide che immagazzina energia sotto forma di legami chimici. L’energia è derivata dai nutrienti delle cellule, principalmente dal glucosio e dagli acidi grassi, e viene rilasciata ogni volta che è necessaria dalle funzioni energetiche delle cellule. Queste funzioni cellulari che richiedono energia sono il trasporto su membrana, la sintesi di composti per guidare le reazioni metaboliche e il lavoro meccanico.
Queste strutture sono organelli citoplasmatici a doppia membrana associati alla maggior parte delle cellule eucariotiche. Sono flessibili e a forma di asta e il loro diametro varia da 0,5 a 1,0 micron. Il sistema di membrane di un mitocondrio è costituito da una membrana mitocondriale esterna liscia e da una membrana mitocondriale interna ripiegata, separate da uno spazio stretto chiamato spazio intermembrana. Lo spazio matrice, o spazio intercristale, è il grande spazio racchiuso dalla membrana interna. Ognuno di questi componenti svolge ruoli significativi nella funzione cellulare e contribuisce alla funzione principale dei mitocondri.
La membrana mitocondriale esterna ha un gran numero di porine, che sono canali proteici transmembrana che consentono la libera diffusione di molecole grandi e piccole. Può consentire molecole grandi fino a 10 kilodalton e piccole fino a 6.000 dalton. Questa membrana è relativamente permeabile agli ioni e alle piccole molecole, quindi il contenuto dello spazio intermembrana assomiglia al citosol.
Tuttavia, la principale funzione dei mitocondri si trova nella membrana mitocondriale interna e nello spazio della matrice. La membrana mitocondriale interna è piegata in creste, che forniscono una superficie più ampia per la sintesi di ATP. Questa membrana possiede un gran numero di cardiolipine, che sono fosfolipidi che rendono quest’ultima quasi impermeabile ai protoni, agli elettroni e agli ioni. In questa membrana si trovano anche catene ATP sintasi e respiratorie, entrambi complessi proteici. L’ATP sintasi è responsabile della generazione di ATP, mentre le catene respiratorie mantengono il gradiente protonico che fornisce energia per la fosforilazione ossidativa.
Lo spazio della matrice è riempito con un fluido denso principalmente composto da enzimi responsabili della degradazione degli acidi grassi e del piruvato nell’acetil coenzima A metabolico intermedio e della successiva ossidazione di questo intermedio nel ciclo di Krebs o acido tricarbossilico. Il piruvato è un prodotto iniziale del metabolismo del glucosio che si verifica nel citosol, che viene quindi trasportato nei mitocondri. Lo spazio della matrice contiene anche il sistema genetico mitocondriale, l’acido desossiribonucleico circolare mitocondriale a doppio filamento (cDNA) e gli enzimi necessari per l’espressione del genoma mitocondriale. Sebbene abbia un proprio sistema genetico, le proteine ??codificate dal gene necessarie per la normale formazione e funzione dei mitocondri si trovano nel genoma del nucleo della cellula.