Il mitocondrio è un organulo presente nelle cellule eucariotiche che ha molte funzioni cruciali per la vita cellulare.
Produzione di energia
Il mitocondrio è noto come la “centrale energetica” della cellula perché è responsabile della produzione di adenosina trifosfato (ATP), la principale fonte di energia chimica utilizzata dalle cellule. Questo avviene attraverso il processo di respirazione cellulare, in cui i nutrienti vengono degradati e l’energia viene trasferita all’ATP.
Il processo di respirazione cellulare include la glicolisi, il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa. Questi processi metabolici avvengono all’interno delle membrane mitocondriali e consentono di scomporre i nutrienti, come i carboidrati e i grassi, per produrre energia.
Regolazione dello stato redox della cellula
Durante il processo di respirazione cellulare, l’ossigeno assunto dall’ambiente esterno agisce come accettore finale degli elettroni. Durante il trasferimento degli elettroni sull’ossigeno per formare acqua, sono coinvolti ioni metallici come il ferro e il rame, i quali cambiano la loro valenza, uno elettrone alla volta, producendo specie dell’ossigeno parzialmente ridotte con maggiore reattività rispetto all’ossigeno stesso, chiamate specie reattive dell’ossigeno (ROS).
Durante la catena di trasporto degli elettroni, una molecola di ossigeno si riduce acquisendo 4 elettroni (e 4 protoni) per formare due molecole di acqua.
O2 + 4e + 4 H+ → 2 H2O
Poiché gli elettroni vengono trasferiti sull’ossigeno uno alla volta, si formano temporaneamente intermedi con un numero dispari di elettroni nell’orbitale più esterno, noto come elettrone spaiato o singoletto. Queste specie molecolari sono altamente reattive e tendono a sottrarre elettroni alle molecole con cui entrano in contatto.
La riduzione dell’ossigeno con un solo elettrone porta alla formazione dell’anione superossido (•O2–), il secondo elettrone (con 2 protoni) forma il perossido di idrogeno (H2O2), il terzo elettrone scinde il perossido per formare il radicale ossidrilico (•OH) e uno ione idrossido (OH–).
Il radicale ossidrilico (•OH) si forma anche attraverso la reazione del radicale superossido (•O2–) con il perossido di idrogeno (H2O2) nella reazione di Haber-Weiss e attraverso la reazione tra il perossido di idrogeno (H2O2) e l’ione ferroso (Fe2+) nella reazione di Fenton.
I radicali liberi, oltre a causare una forte perossidazione dei lipidi di membrana che porta alla morte cellulare, possono danneggiare gli acidi nucleici con effetti mutageni, le proteine attraverso l’ossidazione dei gruppi tiolici o l’apertura dell’anello dell’istidina e del triptofano e i carboidrati, da cui possono strappare facilmente atomi di idrogeno.
