Mitocondri: qualche annotazione

Nick Lane è un biochimico e scrittore di scienza britannico, professore di biochimica evolutiva all'University College di Londra. Ad oggi ha pubblicato cinque libri che hanno vinto diversi premi. Di questi cinque, ne ho trovato in italiano solo uno: "Life Ascending", tradotto con il titolo "Le invenzioni della vita". 

Lane si occupa di bioenergetica, con particolare attenzione all'origine della vita - tema sempre affascinante - e all'evoluzione delle cellule complesse. Queste cellule presentano oltre alla membrana esterna, al materiale genetico, alla capacità di evoluzione e a un metabolismo, anche un sistema endomembranoso: altre membrane dividono l'interno in tanti ambienti nei quali avvengono reazioni specifiche, grazie a opportuni enzimi. 

I mitocondri sono minuscole strutture situate all'interno delle nostre cellule che svolgono il compito essenziale di produrre energia per la cellula sottoforma di ATP, adenosintrifosfato. Si trovano in tutti gli esseri viventi pluricellulari e, in questo senso, sono fondamentali per la vita complessa sul pianeta. 

Presentano due membrane: una esterna, ricca di pori attraverso i quali passano piccole molecole; una interna, ricca di ripiegamenti detti creste, sulle quali termina la respirazione cellulare con la produzione di ATP. Tra le creste è diffusa la matrice dove avvengono le reazioni del ciclo di Krebs. Ma c'è molto di più: i mitocondri hanno un proprio DNA, con un proprio piccolo insieme di geni, separati da quelli presenti nel nucleo della cellula. Possiedono anche ribosomi interni. 

Secondo l'ipotesi endosimbiontica, introdotta da Lynn Margulis nel 1967 (al tempo era sposata con il fisico Carl Sagan e firmava gli articoli con il cognome del marito), si pensa che i mitocondri una volta fossero batteri che vivevano vite indipendenti, somiglianti a certe attuali specie di Rickettsiae, con le quali condividerebbero evolutivamente un antenato comune.

Per Emelyanov, lo studio di alcuni dati filogenetici suggerisce che l'origine dei mitocondri e delle Rickettsiae sia stata preceduta dalla relazione mutualistica a lungo termine di un batterio intracellulare con un pro-eucariote, in cui un invasore ha perso molti geni superflui, ma ha evoluto proteine ​​trasportatrici per scambiare ATP - derivato dalla respirazione - con metaboliti dell'ospite, come previsto dalla classica teoria degli endosimbionti.

La loro "schiavitù" all'interno di una cellula più grande segnò un punto di svolta nell'evoluzione della vita, consentendo lo sviluppo di organismi complessi e, strettamente correlato, l'origine di due sessi. 

A differenza del DNA nel nucleo, il DNA mitocondriale viene trasmesso esclusivamente (o quasi esclusivamente) attraverso la linea femminile. Ecco perché è stato utilizzato da alcuni ricercatori per tracciare l'ascendenza umana da figlia a madre, fino alla "Eva mitocondriale". 

I mitocondri ci forniscono informazioni importanti sulla nostra storia evolutiva. E non è tutto. I geni mitocondriali mutano molto più velocemente di quelli del nucleo a causa dei radicali liberi prodotti nel loro ruolo di generatori di energia. Questo alto tasso di mutazione è alla base del nostro invecchiamento e di alcune malattie congenite. 

Le ultime ricerche suggeriscono che i mitocondri svolgano un ruolo chiave nelle malattie degenerative e nel cancro, attraverso il loro coinvolgimento nell’accelerare il suicidio cellulare. I mitocondri, quindi, risultano fondamentali per il potere, il sesso e il suicidio: Power, Sex and Suicide. 

In questo libro affascinante e stimolante, Lane riunisce gli ultimi risultati della ricerca in questo entusiasmante campo per mostrare come la nostra crescente comprensione dei mitocondri stia facendo luce su come si sia evoluta la vita complessa, perché sia nato il sesso (... perché non germogliamo e basta? - Si chiede a questo punto l'autore. E io aggiungo: - Perché taluni preti e parenti invadenti, senza ritegno ne vergogna alcuna, vogliono costringerci a tutti i costi al matrimonio?), e perché invecchiamo e moriamo. 

Questa comprensione è di fondamentale importanza, sia per tentare di capire come siamo nati noi e tutte le altre forme di vita complesse, sia per poter controllare le nostre malattie, ritardare la nostra morte per degenerazione e soprattutto per conservare le energie (tradotto: tanto ATP), necessarie per mandare a quel paese chi ci vuole costringere a compiere certe scelte contro la nostra volontà.

Ai mitocondri ha dedicato (più di) un libro anche il professor Enzo Soresi,  pneumologo, oncologo e studioso di neuroscienze di lungo corso, steso con l’aiuto del divulgatore scientifico Pierangelo Garzia. 

Ne "Il segreto dei mitocondri",  l'autore tocca gli snodi più interessanti, controversi e attuali della biomedicina e delle sue ricerche su questi batteri arcaici. Dai pericoli di alcuni antibiotici somministrati con troppa facilità alle conseguenze del Covid-19, il professor Soresi ci insegna a riconoscere i segnali dello stress mitocondriale e a prenderci cura di questi “organelli energetici”, uno dei modi per mantenersi in salute il più a lungo possibile.

Per concludere, a lezione mi piace talvolta ricordare che esistono anche cellule eucariote amitocondriate, come quelle di certi protozoi (Giardia, Trichomonas) che possiedono invece mitosomi e idrogenosomi, organelli coinvolti rispettivamente nella biochimica dei centri ferro-zolfo e nella conversione del piruvato in acetato, anidride carbonica e idrogeno. Sembra che questi organelli siano un'evoluzione dei mitocondri che permette agli organismi che li possiedono di adattarsi a una vita senza ossigeno.

FONTI

• V. V. Emelyanov, Evolutionary relationship of Rickettsiae and mitochondria, FEBS Letters 501 (2001) 11-18
• N. Lane, Power, sex and suicide: mithocondria and the meaning of the life, Oxford University Press, 2^ed. - 2018
• D. Nelson, M. Cox, I principi di biochimica di Lehninger, Zanichelli, 5^ed. - 2010
• L. Sagan, On the origin of mitosing cells, J. Theoret. Biol. (1967) 14, 225-274
• E. Soresi, P. Garzia, Il segreto dei mitocondri. Strategie biomediche per vivere meglio e più a lungo, UTET, 2024