1. Производство на енергия (ATP синтез): Митохондриите произвеждат АТФ чрез клетъчно дишане, което е набор от метаболитни реакции, които разграждат глюкозата и други органични молекули в присъствието на кислород. Глюкозата се разгражда чрез гликолиза и цикъла на лимонената киселина (цикъл на KREBS) за генериране на високоенергийни електрони. Тези електрони се преминават по протежение на електронната транспортна верига във вътрешната митохондриална мембрана, което води до изпомпване на водородни йони през мембраната. Полученият протонен градиент задвижва синтеза на АТФ чрез процес, наречен окислително фосфорилиране.
2. Електронна транспортна верига и окислително фосфорилиране: Електронната транспортна верига е серия от протеинови комплекси, вградени във вътрешната митохондриална мембрана. Той функционира като път за трансфер на електрон, преминавайки електрони от високоенергийни донорни молекули (като NADH и FADH2) до акцепторни молекули с ниска енергия (като кислород). Тъй като електроните текат през веригата, тяхната енергия се използва за изпомпване на водородни йони през мембраната, създавайки протонен градиент. Потокът на протони обратно в матрицата през ATP синтаза задвижва синтеза на ATP от ADP.
3. Цикъл на лимонената киселина: Цикълът на лимонената киселина, известен още като цикъла на Krebs, е поредица от химични реакции, които се проявяват в митохондриалната матрица. Той играе централна роля в клетъчното дишане, като завършва разпадането на глюкозата и други органични молекули за генериране на въглероден диоксид, NADH и FADH2. Тези високоенергийни електрони след това се използват в транспортната верига на електрон за производство на АТФ.
4. Калциев хомеостаза: Митохондриите играят роля за регулиране на нивата на калций в клетката. Те могат да поемат и съхраняват калций от цитозола, като спомагат за поддържане на правилни концентрации на калций, необходими за различни клетъчни процеси, включително свиване на мускули, предаване на нервни и регулиране на ензима.
5. апоптоза (програмирана клетъчна смърт): Митохондриите участват в започване и изпълнение на апоптоза, форма на програмирана клетъчна смърт. В отговор на определени сигнали митохондриите освобождават протеини в цитозола, като цитохром С. Cytochrome C задейства активирането на каспази, семейство от ензими, които водят до каскадата на събитията, в крайна сметка причиняват клетъчна смърт.
6. Реактивни видове кислород (ROS) Производство: Митохондриите са основен източник на реактивни видове кислород (ROS) като страничен продукт на окислителното фосфорилиране. Докато ROS са от съществено значение за клетъчната сигнализация и регулация, прекомерното производство може да причини оксидативен стрес и да допринесе за стареене, увреждане на тъканите и различни заболявания.
7. топлинно производство (термогенеза): В определени тъкани, като кафява мастна тъкан, митохондриите играят роля в термогенезата, процеса на генериране на топлина. Това се осъществява чрез изключване на веригата за транспорт на електрон от ATP синтеза, което води до освобождаване на енергия като топлина вместо ATP.
Освен това, митохондриите участват в няколко други клетъчни функции, включително синтеза на определени липиди, аминокиселини и хема (компонент на хемоглобин). Те също участват в клетъчните сигнални пътища, растежа на клетките и регулирането на клетъчния метаболизъм. Като цяло митохондриите са незаменими органели, които организират различни важни функции за поддържане на клетъчната хомеостаза и производството на енергия.