I mitocondri sono centrali nel metabolismo cellulare. Forniscono metaboliti intermedi utilizzati nelle vie biosintetiche e trasformano i nutrienti derivati dalla dieta nel composto ricco di energia ATP. La biosintesi dell’ATP mitocondriale è un capolavoro di efficienza termodinamica. Attraverso il ciclo dell’acido tricarbossilico (TCA) e l’β-ossidazione degli acidi grassi, i mitocondri estraggono elettroni dai composti carboniosi della dieta e li trasferiscono ai nucleotidi, che li consegnano infine ai complessi della catena respiratoria situati nelle invaginazioni della membrana mitocondriale interna (IMM) conosciute come criste. I complessi della catena respiratoria donano elettroni in reazioni redox successive all’ossigeno molecolare e, ad eccezione del complesso II, usano l’energia liberata per pompare protoni attraverso l’IMM impermeabile ai protoni, generando un gradiente elettrochimico di protoni. Questo gradiente viene poi utilizzato dall’ATP sintasi, che, attraverso un meccanismo rotatorio, catalizza la formazione del legame chimico ad alta energia γ-fosfato tra ADP e fosfato inorganico. La conversione dell’energia chimica dei composti carboniosi in una forma di energia fisica e vettoriale (il gradiente elettrochimico) massimizza il rendimento del processo biosintetico dell’ATP ed è forse una delle fondamenta della vita come la conosciamo.
