19.3: La membrana mitocondriale interna

La membrana mitocondriale interna è il sito primario della sintesi dell’ATP. Il dominio della membrana interna che forma uno strato liscio adiacente alla membrana esterna è chiamato membrana di confine interna. Questo dominio contiene trasportatori di membrana che guidano i metaboliti dentro e fuori i mitocondri. Al contrario, la rete di membrana interna che si invagina nello spazio della matrice è chiamata membrana cristae. Questo dominio rappresenta la principale funzione mitocondriale in quanto ospita i complessi proteici della catena respiratoria. Le cristae di solito formano invaginazioni tubulari; Tuttavia, si osservano cristae triangolari e vescicolari in specifici tipi di cellule.

La composizione della membrana perimetrale interna e della membrana cristae differisce in modo significativo. L’eterogeneità tra i domini interni della membrana e la loro struttura curva specializzata è importante per le funzioni respiratorie. Questa asimmetria compositiva è mantenuta dalla struttura tubolare a forma di collo nota come giunzioni crista che collegano la membrana perimetrale interna e la membrana cristae. La membrana delle cristae ha un diametro piccolo di 20-40 nm e di conseguenza ha una curvatura estrema. Questa distinta struttura di membrana è modellata da diversi componenti proteici, tra cui il sito di contatto mitocondriale e il sistema di organizzazione delle cristae (MICOS) e l’ATP sintasi.

Il MICOS è un complesso multiproteico conservato che funziona con la cardiolipina lipidica mitocondriale, i complessi respiratori e altri fattori. Oltre a stabilizzare la struttura della membrana interna, MICOS svolge molteplici ruoli, tra cui la formazione del sito di contatto tra la membrana interna ed esterna e la promozione della biosintesi di proteine e polipeptidi specifici. Le mutazioni nelle subunità MICOS sono legate a molte malattie umane come il morbo di Parkinson, l’encefalopatia epatica e le condizioni coronariche acute. Oltre a MICOS, i dimeri di ATP sintasi che si localizzano ai bordi delle cristae sono cruciali nella morfologia della membrana interna. La dimerizzazione difettosa dell’ATP sintasi è stata associata alla sindrome di Leigh, un disturbo neurometabolico che progredisce in insufficienza respiratoria acuta.