Cosa sono i mitocondri?
Potresti aver sentito i mitocondri associati al soprannome “la centrale elettrica della cellula”. Come si sono guadagnati questo soprannome?
I mitocondri sono le centrali elettriche o fabbriche in miniatura di ogni singola cellula del tuo corpo. Una tipica cellula umana vivente contiene da centinaia a migliaia di mitocondri.
Più o meno come l’apparato digerente, i mitocondri sono come piccoli sistemi digestivi nelle cellule, che trasformano il cibo in energia. Gli zuccheri, i grassi e gli aminoacidi delle proteine che mangiamo vengono convertiti in energia attraverso i mitocondri. Sono così efficaci che generano circa il 90% dell’energia di cui le nostre cellule hanno bisogno.
Come sono fatti i mitocondri?
I mitocondri assomigliano a piccoli fagioli nelle cellule. Sono fatti di due membrane: la membrana esterna e la membrana interna.
La membrana esterna agisce come un muro, coprendo l’intero organello.
La membrana interna si presenta come una serie di pieghe, composta da diversi compartimenti. Questa forma a strati ha lo scopo di massimizzare la superficie del mitocondrio, favorendo una maggiore efficienza nella sua funzione.
All’interno della membrana interna c’è un fluido chiamato matrice; è qui che avviene la magia.
Da dove vengono i mitocondri?
Prima che i mitocondri diventassero preziosi per le cellule umane, esistevano completamente al di fuori di esse come organismi monocellulari indipendenti. Assomigliavano molto ai batteri. Tuttavia, in qualche momento dell’antica storia biologica, più di due miliardi di anni fa, si sono fusi con una semplice cellula per formare una relazione simbiotica.
All’inizio, il piano non era solo quello di fondersi. I mitocondri, in quanto batteri, volevano solo derubare le cellule ospiti della loro energia e poi lasciarle morire. Ma i batteri si sono presto resi conto del vantaggio di lavorare insieme alle cellule semplici.
Le cellule semplici forniscono loro antiossidanti per proteggerli dai radicali liberi e dalle specie tossiche di ossigeno reattivo che i mitocondri generano come sottoprodotto della produzione di energia. In cambio, i mitocondri producono l’energia di cui le cellule semplici hanno bisogno. È un affare piuttosto dolce. È come se i mitocondri pagassero l’affitto in cambio dell’alloggio e delle utenze.
I mitocondri sono essenzialmente alieni nel tuo corpo. I nostri mitocondri possiedono persino il loro proprio DNA, chiamato mtDNA, dando loro un genoma indipendente. Inoltre, il DNA mitocondriale si trasmette solo da madre a figlio, rendendoti geneticamente più simile a tua madre che a tuo padre. Infatti, le moderne società di test di ascendenza si basano sulla tua linea di ascendenza materna usando il DNA mitocondriale.
Lo scopo dei mitocondri.
I mitocondri hanno uno scopo primario: produrre energia. Per creare energia, creano una molecola molto necessaria conosciuta come adenosina trifosfato o ATP.
Cos’è l’ATP?
Il nostro corpo non si limita a creare e sfruttare l’energia immediatamente. In realtà immagazzina l’energia che produciamo dal nostro cibo in una molecola. L’ATP, o adenosina trifosfato, è l’accumulatore primario di energia per le nostre cellule. Sono come piccole batterie che galleggiano in giro, in attesa di essere usate. “Tri”, che significa tre, indica che ci sono tre fosfati nella struttura molecolare.
Quando le cellule hanno bisogno di energia, l’ATP viene scomposto attraverso un processo chiamato idrolisi. Questo è in realtà piuttosto facile da fare perché l’ATP è una molecola così instabile. I tre fosfati dell’ATP sono come tre coinquilini che condividono la stanza. Non si piacciono e aspettano solo di essere divisi.
Quando avviene la divisione, il legame molecolare tra i fosfati nel gruppo trifosfato dell’ATP viene spezzato, rimuovendo uno dei fosfati nella molecola dell’ATP. Il trio diventa un duo, trasformando così l’ATP in ADP o adenosina di-fosfato.
Questa rottura libera un’immensa energia e le nostre cellule la usano per alimentare importanti attività cellulari.
I nostri mitocondri lavorano duramente per assicurarsi che le nostre cellule abbiano abbastanza di queste “batterie” pronte all’uso, o ATP, che galleggiano in giro.
Come fanno i mitocondri a creare ATP?
Per creare più ATP, i nostri mitocondri passano attraverso una serie di reazioni chimiche per scomporre il nostro cibo, in particolare glucosio, aminoacidi e acidi grassi. Il glucosio è davvero la molecola principale in cui viene scomposto il nostro cibo, quindi concentriamoci sul glucosio per capire come i nostri mitocondri convertono il cibo in energia.
I nostri mitocondri prendono le nostre molecole di glucosio attraverso un processo chiamato respirazione cellulare che è essenzialmente solo un processo di scomposizione e conversione del glucosio combinando l’ossigeno con una molecola di glucosio. L’ossigeno deriva dall’aria che respiriamo.
Questo processo di aggiunta di ossigeno al glucosio produce una serie di molecole. Nella sua forma più rudimentale, il processo assomiglia alla seguente formula:
Glucosio + ossigeno = anidride carbonica, acqua e ATP.
L’anidride carbonica e l’acqua sono sottoprodotti del processo. Questa è la respirazione cellulare, semplificata.
Tuttavia, i nostri mitocondri non prendono il glucosio nella sua forma grezza. Non è utilizzabile nel suo stato normale, quindi le nostre cellule scompongono il glucosio ancora di più prima di passarlo ai mitocondri. Questo processo si chiama glicolisi.
La forma scomposta del glucosio è quella che viene realmente combinata con l’ossigeno per produrre una rete di anidride carbonica, NADH, FADH2 e ATP. Questo processo è quello che viene chiamato ciclo di Krebs. Rompiamo i prodotti di questo processo:
Diossido di carbonio: Uno dei nostri sottoprodotti. Lo espiriamo.
NADH e FADH2: Il nicotinamide adenina dinucleotide (NAD+) e il flavin adenina dinucleotide (FAD) sono coenzimi che aiutano a generare più ATP. NADH e FADH2 sono le loro forme cariche di elettroni. Ignorate questo per ora. Parleremo di questi importanti attori più tardi.
ATP: Energia!
Così il ciclo di Krebs crea energia, ma il ciclo di Krebs da solo non produce abbastanza ATP di cui le nostre cellule hanno bisogno. I veri premi sono il NADH e il FADH2 che vengono prodotti nel processo. Sono loro a produrre la maggior parte del nostro ATP attraverso la cosiddetta catena di trasporto degli elettroni.
La catena di trasporto degli elettroni è essenzialmente un processo in cui i nostri mitocondri “rubano” costantemente dai loro ospiti. NADH e FADH2 sono molecole cariche di elettroni e i nostri mitocondri “rubano” questi elettroni da NADH e FADH2, trasformandoli di conseguenza in NAD+ e FAD.
A sua volta, i nostri mitocondri prendono questi elettroni carichi e producono una tonnellata di ATP, trasformando i limoni in limonata. Questo processo è così efficiente nella produzione di ATP che la catena di trasporto degli elettroni produce la maggior parte della nostra energia ATP. Fortunatamente, i volenterosi amici del mitocondrio, NAD+ e FAD, continuano a tornare portando doni di elettroni carichi per sostenere il processo. È una catena di rifornimento perfetta e l’unico sottoprodotto di questo processo è l’acqua, completando così la nostra formula:
Glucosio + ossigeno = anidride carbonica, acqua e ATP.
Mitocondri e invecchiamento.
La ricerca della School of Kinesiology and Health Science della York University mostra che facciamo meno mitocondri quando invecchiamo. I mitocondri inoltre si deteriorano gradualmente con l’avanzare dell’età, facendo lavorare molto di più i pochi mitocondri rimasti. Infatti, la disfunzione mitocondriale è considerata un segno distintivo dell’invecchiamento.
Gli stessi ricercatori della York University credono che questo sia il risultato di uno squilibrio tra il nostro numero di radicali liberi e la capacità delle nostre cellule di rimuoverli. Ma la maggior parte della comunità scientifica concorda sul fatto che i mitocondri diventano meno efficaci nel tempo a causa della loro minore capacità di produrre ATP.
I mitocondri rispondono al tuo bisogno di energia.
Nella maggior parte dei casi, il numero di mitocondri che creiamo è correlato alla quantità di energia di cui abbiamo bisogno. Questo significa che, in gran parte, la nostra attività quotidiana detta il numero di mitocondri che creiamo e sosteniamo. Ogni volta che c’è un cambiamento significativo nel nostro stile di vita o nelle nostre abitudini, i nostri mitocondri adattano il loro numero.
David A. Hood, della York University, ritiene che ci sia una connessione tra le routine di esercizio e la biogenesi mitocondriale. La biogenesi mitocondriale è una serie di reazioni chimiche complesse all’interno del corpo che segnalano la necessità di più ATP e quindi più mitocondri. I nostri mitocondri si clonano essenzialmente attraverso un processo di auto-replicazione per soddisfare la nuova domanda di energia.
Tuttavia, è vero anche il contrario. Uno stile di vita sedentario può segnalare al corpo che non abbiamo bisogno di tanto ATP e inibire i mitocondri dal replicarsi. Di conseguenza, i mitocondri producono meno energia cellulare in generale, portando a una disfunzione metabolica più generale.
Mitocondri e NAD+.
Per quanto i mitocondri siano cruciali per creare energia, non è semplice come un solo organello. Un mucchio di diverse reazioni chimiche e coenzimi sono in gioco, in particolare una molecola critica conosciuta come nicotinamide adenina dinucleotide o NAD+.
Come detto prima, due coenzimi sono creati nella respirazione cellulare, FAD e NAD+. Tuttavia, tra i due, produciamo molto più NAD+ che FAD. Se i mitocondri fossero delle fabbriche, le molecole di NAD+ sono la flotta di camion per le consegne e le molecole di FAD sono gli autisti temporanei che lavorano solo part-time.
Il NAD+ è l’amico più affidabile del mitocondrio, che fornisce costantemente elettroni carichi per produrre abbondante ATP nella catena di trasporto degli elettroni.
Purtroppo, la quantità di NAD+ che produciamo diminuisce naturalmente con l’età. Come i mitocondri, anche il numero di NAD+ che abbiamo nelle nostre cellule è largamente influenzato dal nostro stile di vita e dalle nostre abitudini. Uno studio pubblicato su Physiological Reports mostra che l’allenamento può aumentare naturalmente i livelli di NAD+. Al contrario, cose come l’età, lo stress metabolico, lo stress immunitario, il bere, la sovralimentazione possono tutti contribuire all’esaurimento del NAD+.
Nella ricerca della comprensione della scienza dell’invecchiamento e di come gestirlo al meglio, la comunità scientifica si è concentrata molto sulla ricerca del NAD+ e sulla sua relazione con la disfunzione mitocondriale. È ampiamente accettato che la salute mitocondriale gioca un ruolo enorme nella nostra salute umana complessiva e il NAD+ fa parte di questa storia. Fortunatamente, mantenere una sana funzione mitocondriale è possibile con alcuni cambiamenti nello stile di vita. Ecco alcuni consigli su come sostenere la salute mitocondriale.