1. Produkcja energii (synteza ATP): Mitochondria wytwarzają ATP poprzez oddychanie komórkowe, które jest zestawem reakcji metabolicznych, które rozkładają glukozę i inne cząsteczki organiczne w obecności tlenu. Glukoza jest rozkładana przez glikolizę i cykl kwasu cytrynowego (cykl Krebsa) w celu wytworzenia elektronów o wysokiej energii. Te elektrony są przekazywane wzdłuż łańcucha transportu elektronów w wewnętrznej membranie mitochondrialnej, co prowadzi do pompowania jonów wodoru przez membranę. Powstały gradient protonu napędza syntezę ATP poprzez proces zwany fosforylacją oksydacyjną.
2. łańcuch transportu elektronów i fosforylacja oksydacyjna: Łańcuch transportu elektronów jest serią kompleksów białkowych osadzonych w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Działa jako szlak transferu elektronów, przechodząc elektrony z cząsteczek dawcy wysokoenergetycznego (takie jak NADH i FADH2) do cząsteczek akceptora o niskiej energii (takich jak tlen). Gdy elektrony przepływają przez łańcuch, ich energia jest wykorzystywana do pompowania jonów wodoru przez membranę, tworząc gradient protonu. Przepływ protonów z powrotem do matrycy poprzez syntazę ATP napędza syntezę ATP z ADP.
3. Cykl kwasu cytrynowego: Cykl kwasu cytrynowego, znany również jako cykl Krebsa, jest serią reakcji chemicznych, które występują w matrycy mitochondrialnej. Odgrywa centralną rolę w oddychaniu komórkowym poprzez zakończenie rozkładu glukozy i innych cząsteczek organicznych w celu wytworzenia dwutlenku węgla, NADH i FADH2. Te wysokoenergetyczne elektrony są następnie wykorzystywane w łańcuchu transportu elektronów do produkcji ATP.
4. homeostaza wapnia: Mitochondria odgrywają rolę w regulacji poziomów wapnia w komórce. Mogą przyjmować i przechowywać wapń z cytosolu, pomagając utrzymać właściwe stężenie wapnia niezbędne do różnych procesów komórkowych, w tym skurczu mięśni, przenoszenia nerwów i regulacji enzymatycznej.
5. Apoptoza (zaprogramowana śmierć komórki): Mitochondria są zaangażowane w inicjację i wykonywanie apoptozy, formę zaprogramowanej śmierci komórki. W odpowiedzi na niektóre sygnały mitochondria uwalniają białka do cytosolu, takie jak cytochrom c. Cytochrom C wyzwala aktywację kaspaz, rodziny enzymów, które prowadzą do kaskady zdarzeń, które ostatecznie powodują śmierć komórki.
6. Reaktywne formy tlenu (ROS) Produkcja: Mitochondria są głównym źródłem reaktywnych form tlenu (ROS) jako produktu ubocznego fosforylacji oksydacyjnej. Podczas gdy ROS są niezbędne do sygnalizacji i regulacji komórkowej, nadmierna produkcja może powodować stres oksydacyjny i przyczyniać się do starzenia, uszkodzenia tkanek i różnych chorób.
7. Produkcja ciepła (termogeneza): W niektórych tkankach, takich jak brązowa tkanka tłuszczowa, mitochondria odgrywają rolę w termogenezie, proces generowania ciepła. Odbywa się to poprzez odłączenie łańcucha transportu elektronów od syntezy ATP, co prowadzi do uwolnienia energii jako ciepła zamiast ATP.
Dodatkowo mitochondria biorą udział w kilku innych funkcjach komórkowych, w tym w syntezie niektórych lipidów, aminokwasów i hemu (składnik hemoglobiny). Uczestniczą również w szlakach sygnalizacji komórkowej, wzrostu komórek i regulacji metabolizmu komórkowego. Ogólnie rzecz biorąc, mitochondria są niezbędnymi organellami, które organizują różne kluczowe funkcje w celu utrzymania homeostazy komórkowej i produkcji energii.