"Research is to see what everybody has seen and think what nobody has thought."  (Albert Szent-Györgyi)

Znanstveniki, ki preučujejo evolucijsko biologijo, trdijo, da bi brez mitohondrijev življenje obstajalo še vedno v obliki enoceličnih bakterij. Brez mitohondrijev ne bi mogli izkoriščati energije iz maščob, ne bi poznali spolov, ne staranja, ne menopavze in ne bi bilo celične smrti.

Kot sem pisal v prejšnji vsebini, sta prvi dve milijardi let življenja na Zemlji obstajali samo dve obliki živih organizmov: bakterije in arheje. Ti organizmi so razvili izjemno biokemijsko raznolikost, saj so bili sposobni preživetja v praktično vsakem okolju in kot vir hrane so se naučili uporabljati različne enostavne organske molekule iz okolice. Kljub temu pa se nikoli niso mogli razviti v večje in morfološko bolj kompleksne organizme in velikost takratnega življenja je bila omejena na približno en mikron (mikrometer).

Za tvorbo večjih organizmov in višje razvitih struktur je bilo nujen nastanek bolj kompleksne celice, ki je lahko izkoriščala več energije, kot do tedaj enostavna bakterija. Nastanek teh celic je do danes misteriozen in predstavlja enega izmed najmanj verjetnih dogodkov v biologiji. Ključen trenutek v zgodovini življenja ni bil nastanek celičnega jedra, temveč proces, ko je en enocelični organizem ponotranjil drugo bakterijo in nastala je evkariontska celica, to je celica, ki ima jedro in druge organele. Novonastala celica je preživela in ohranila svojo integriteto, bakterija znotraj gostiteljske celice pa je znala uporabljati kisik za pretvarjanje energije iz hrane, kar je omogočilo vzpon življenja. Skozi evolucijo se je ta bakterija ohranila in čeprav se je odpovedala večini svojih genov, jih je okoli 50 ohranila. Danes to bakterijo poznamo kot mitohondrij, majhen organel znotraj celice z izjemno pomembno funkcijo za vsako obliko kompleksnega življenja. Uporaba kisika je omogočila tvorbo večjih količin ATP-ja, energijske enote, ki jo celice lahko uporabljajo za delo in tvorbo novih struktur, zato je življenja lahko postalo večje, mogočnejše in močnejše. To je bil tudi trenutek, ko so se živi organizmi naučili izkoriščati prosto energijo iz maščob. Le-te, kot boste spoznali v prihodnjih vsebinah, se lahko uporabijo za nastanek ATP-ja samo v celicah, ki imajo mitohondrije, kjer v procesu beta oksidacije na mitohondrijskem trifunkcionalnem proteinskem kompleksu nastane največ proste energije na enoto makrohranila.

Odnos med mitohondriji in gostiteljsko celico si lahko predstavljate kot zvezo med fantom in punco, ki si sicer zaupata, vendar obstaja majhen procent dvoma, zato vsak zase zadržita določene informacije. Na podoben način imajo mitohondriji, kljub temu da živijo znotraj gostiteljske celice, svoj genom, ki je veliko manjši v primerjavi z genomom gostitelja. Geni se nahajajo v celičnem jedru in nekateri izmed njih nosijo informacije in navodila za nastanek novega življenja v obliki molekul DNK. V procesu prenosa dednega materiala se geni prenesejo tako iz očeta kot matere na potomce. Mitohondriji skupaj s svojim genomom pa se prenašajo skoraj izključno po materini strani, zaradi tega se analize mitohondrijske DNK lahko uporabljajo tudi za določitev rodovnika oziroma analize prednikov po materini strani. Ker vsaka celica vsebuje nekaj sto mitohondrijev, je število kopij DNK veliko večje kakor število kopij jedrne DNK, zato to dejstvo s pridom izkoriščajo v forenziki.

Mitohondriji so organeli, kjer se proizvaja skoraj vsa proste energija (v obliki molekul ATP) v celici, zato jih imenujemo tudi celične elektrarne. Način, kako mitohondriji omogočajo nastanek molekul ATP-ja pa je eden izmed najbolj nenavadnih mehanizmov v biologiji. Mitohondrije sestavljata dve membrani in na notranji membrani se nahajajo različni beljakovinski kompleksi, preko katerih se prenašajo elektroni, ki jih dobimo z oksidacijo hranil. Pri tem se na razdalji nekaj nanometrov ustvarja elektično polje z jakostjo okoli 30 milijonov V/m, kar je ekvivalentno jakosti električnega polja pri udaru strele. Ta energija omogoča, da se skozi notranjo membrano prečrpajo vodikovi ioni (protoni) v medmembranski prostor. Potencialna energija, ki pri tem nastane, se lahko uporabi za to, da beljakovinski kompleks (ATP sintaza), ki je po obliki podoben gobici, »združuje« fosfatne skupine in molekule ADP v energijske »paketke«, imenovane ATP.

V povprečju v celici najdemo okoli 300-400 mitohondrijev, v mišicah fizično aktivnih ljudi pa tudi več kot tisoč. Več jih celica vsebuje, več molekul ATP lahko ustvari in več proste energije ima na voljo. Tisti, ki se ukvarjate z vzdržljivostnimi športi zelo dobro poznate, da je treba najprej zgraditi »bazo«. V tem procesu telo ustvarja več mitohondrijev z namenom, da imajo naše mišične celice na voljo več proste energije in lahko opravijo več dela. T.i. biogeneza mitohondrijev je inducirana z energijskimi potrebami celice in fizična aktivnost je eden izmed najboljših načinov, da bodo vaše celice imele na voljo več proste energije, bodo bolj funkcionalne in bolj zdrave ne glede na to ali ste profesionalni športniki ali nekdo, ki se giba zaradi zdravja. Fizična aktivnost je za zdravje namreč vsaj tako pomembna kakor kvalitetna prehrana.

Poleg tega imajo mitohondriji številne druge funkcije s katerimi kontrolirajo usodo naših celic. Kadar ne zmorejo več črpati toliko energije in prenašati toliko elektronov, kot prihaja v njih, ustavijo svojo »elektrarno«, kar vodi do bolezenskih stanj, v prvi vrsti inzulinske rezistence. Ker je v mitohondrijih proces oksidacije zelo intenziven, se pri tem tvorijo tudi stranski produkti oksidacije, ki jih imenujemo reaktivne kisikove zvrsti, večina vas pa jih pozna pod pojmom prosti radikali. Slednji so, kot veste, zelo nevarni za celične organele, za beljakovinske strukture, celično membrano in predvsem za DNK. Zaradi tega so se skozi evolucijo razvili mehanizmi popravljanja DNK, ki so vodili do delitev celic na spolne in somatske celice in do nastanka moškega in ženskega spola. Mitohondrijska DNK je prav tako izpostavljena mutacijam zaradi oksidativnega stresa in to precej bolj kot jedrna DNK. Kadar so naši mitohondriji pod stresom, izločajo v citoplazmo gostiteljske celice signalne molekule, le-te pa sprožijo v celici bodisi mehanizme preživetja bodisi mehanizme programirane celične smrti. Mitohondriji tako regulirajo celično homestazo, kontrolirajo procese vnetja, oksidativnega stresa in celičnega preživetja, zato je naše zdravje v veliki meri neposredno odvisno od funkcionalnosti teh okoli 1 mikron velikih organelov, ki so bakterijska zapuščina znotraj naših teles.