Mitocondri: cosa sono, struttura, funzioni

I mitocondri sono organuli cellulari deputati principalmente alla produzione di energia, tramite l’utilizzo dell’ossigeno (reazioni aerobiche). Per questo motivo sono definiti le centrali energetiche delle nostre cellule. 

Il mitocondrio svolge molte funzioni, tra cui le più famose sono la sintesi dell’ATP, il ciclo di Krebs e la beta ossidazione degli acidi grassi.

Questi organelli hanno una struttura caratteristica e presentano delle invaginazioni interne chiamate creste, sedi fondamentali per la produzione di energia.

Che cosa sono i mitocondri?

I mitocondri sono organelli specializzati presenti all’interno delle cellule eucariote. Il loro compito è quello di utilizzare l’ossigeno per estrarre energia dai substrati attraverso le reazioni aerobiche.

La loro struttura ricorda un fagiolo e possiedono due membrane:

• la membrana mitocondriale esterna racchiude completamente l’organulo e ne rappresenta il confine esterno. È facilmente permeabile alla maggior parte dei metaboliti;
• la membrana mitocondriale interna si sviluppa formando le creste, delle invaginazioni in cui ha luogo la sintesi di ATP. È permeabile solo alle molecole dotate di un trasportatore;

Queste membrane, inoltre, suddividono il mitocondrio in due compartimenti:

• la matrice, dove avvengono numerose reazioni, come ad esempio il ciclo di Krebs;
• lo spazio intermembrana, a livello del quale si ha l’accumulo del gradiente protonico per formare ATP.

Qual è il ruolo dei mitocondri? Funzioni

I mitocondri svolgono diverse funzioni:

• sintesi di ATP;
• beta ossidazione degli acidi grassi;
• sintesi di alcuni amminoacidi e fosfolipidi;
• ossidazione di amminoacidi;
• desaturazione e allungamento di acidi grassi;
• ossidazione del piruvato (piruvato deidrogenasi);
• ciclo di Krebs;
• replicazione del DNA e sintesi dell’RNA e delle proteine (mitocondriali);
• sintesi di gruppi eme;
• immagazzinamento e rilascio di ioni calcio;
• termogenesi;
• morte cellulare.

Come fa il mitocondrio a produrre energia?

Per produrre energia, Il mitocondrio utilizza gli equivalenti riducenti provenienti da glicolisi, ciclo di Krebs e ossidazione di acidi grassi e amminoacidi.

Questi “navette” di elettroni, indicati con NADH e FADH2, passano attraverso specifici trasportatori che costituiscono la catena di trasporto degli elettroni, a livello della membrana mitocondriali interna.

Durante questi passaggi, vengono trasferiti protoni dalla matrice allo spazio intermembrana; questi poi ritornano nella matrice passando attraverso l’ATP sintasi, un macchinario molecolare a forma di fungo, che produce ATP.

Nota bene: non tutta l’energia immagazzinata viene trasformata in ATP. Una parte di quella liberata durante il trasferimento degli elettroni è dissipata come calore; inoltre, nel tessuto adiposo bruno è presente un canale proteico (termogenina) che dissipa il gradiente protonico generando calore. 

Mitocondri e allenamento: quale relazione?

I mitocondri producono tanto ATP ma lentamente per cui sono fondamentali per l’esercizio aerobico, ovvero un’attività svolta per un tempo prolungato oltre i 2 minuti. 

Le fibre lente o ossidative (tipo I) contengono più mitocondri ed enzimi mitocondriali rispetto agli altri tipi di fibre. Inoltre hanno anche un flusso ematico più elevato e questo significa che hanno una maggiore disponibilità di ossigeno.

Queste caratteristiche vengono accentuate dall’allenamento aerobico che determina due adattamenti principali:

• l’aumento della densità capillare;
• l’amento del numero dei mitocondri (biogenesi mitocondriale).

Non solo abbiamo un migliore trasporto, diffusione e captazione di ossigeno e metaboliti, ma anche un maggior numero di centrali dove questi combustibili vengono bruciati.

Tutto ciò si traduce in un aumento della capacità aerobica (VO2 max) che dipende proprio dal trasporto e dell’utilizzo dell’ossigeno. 

Questi adattamenti aerobici si ripercuotono anche sul metabolismo anaerobico nei seguenti modi:

• la maggior energia prodotta tramite processi aerobici permette di risparmiare glicogeno e conservarlo per sforzi più intensi, come ad esempio gli sprint finali;
• aumenta la soglia del lattato, con la possibilità di svolgere un’attività più pesante senza che questo sottoprodotto si accumuli a livelli tali da costringere a diminuire l’intensità o fermare la prestazione; 
• la più rapida produzione di ATP, permette un ripristino altrettanto veloce della fosfocreatina, in quanto l’ATP dona un gruppo fosfato alla creatina.

L’attività fisica aiuta sia ad aumentare il dispendio calorico, sia a migliorare la qualità del dimagrimento, in quanto i mitocondri sono le sedi in cui vengono bruciati i grassi.

Per aumentare il dispendio energetico sono utili il cardio oppure lavori metabolici con i pesi o a corpo libero che coinvolgono parti distanti del corpo (stimolo sistemico). Ottimi esempi sono circuiti in stile crossfit come l’EDT o l’EMOM.

Per farla breve, l’allenamento ideale prevede 15-20 minuti di attività al massimo delle tue capacità, a ritmo costante. Tempi maggiori non mettono sufficientemente in crisi la produzione energetica mitocondriale; intensità maggiori sfruttano troppo il metabolismo anaerobico, inibendo quello aerobico.

Ovviamente per affrontare questo tipo di allenamento devi possedere una discreta capacità aerobica. Se sei un soggetto decondizionato e/o sovrappeso o obeso, inizia anche con una camminata o alternala a brevi tratti di corsa. 

Man mano che prendi confidenza aumenta gradualmente l’intensità fino a che non riesci a correre almeno 10 km in un’ora o meno (test del moribondo di Albanesi). Raggiunto questo traguardo puoi sopportare intensità più elevate.

Bibliografia

Biologia Cellulare e Molecolare – Karp

Il manuale del personal trainer NSCA – Earle e Baechle

I principi di biochimica di Lehninger – Nelson e cox

Le basi molecolari della nutrizione – Airenti

Project Nutrition – Andrea Biasci

Note sull’autore: Andrea Barone

Laureato magistrale in “Scienze dell’Alimentazione e Nutrizione Umana” (prossimo all’esame di stato per l’abilitazione all’esercizio della professione di biologo nutrizionista) e triennale in “Scienza della Nutrizione”.

Invictus Trainer che esercita da circa 4 anni l’attività di personal trainer, con l’obiettivo di migliorare la composizione corporea dei suoi clienti e correggere le loro abitudini alimentari. Aspira a crescere professionalmente nel settore sportivo agonistico in qualità di preparatore atletico e/o personal trainer curando parallelamente l’aspetto nutrizionale degli atleti.