Il mitocondrio ebbe origine dall'internalizzazione di un α-proteobacterium da parte di un precursore delle cellule eucariotiche moderne. Anche se il mitocondrio ha mantenuto la caratteristica doppia membrana e la funzione di produzione di ATP, la sua forma e composizione sono state alterate e ha acquisito una miriade di altre funzioni all'interno della cellula (50).Il mitocondrio è delimitato da due membrane: una membrana mitocondriale interna (MMI) e una membrana mitocondriale esterna (MME), le quali hanno funzioni e composizioni differenti (Figura 9). La MMI delimita il lume mitocondriale e può essere suddivisa in 2 sottocompartimenti: la membrana limitante interna, che decorre parallelamente alla MME, e la cristae formata da invaginazioni pleomorfiche, che permettono di estendere la superficie della MMI e ospitare gli enzimi necessari per la respirazione mitocondriale (51). Al contrario, la MME è liscia e, generalmente, permeabile. Essa si comporta da piattaforma dove convergono le vie di segnalazione cellulare, che vengono codificate e trasmesse al mitocondrio. La MME ha anche un ruolo fondamentale nell'interagire con gli altri organelli quali RE, lisosomi, perossisomi, endosomi, lipidi, membrana plasmacellulare (51). Il coinvolgimento del mitocondrio in diverse funzioni cellulari è sempre stato oggetto di studio, riferendo che esso ha una altissima capacità di cambiare la propria morfologia. Il mitocondrio si può presentare in diverse forme durante il ciclo cellulare e in presenza di segnali metabolici o cellulari; questa variabilità interessa sia la morfologia (lunghezza, larghezza e diametro) che la struttura (organizzazione delle membrane mitocondriali). I mitocondri si possono trovare isolati oppure possono formare dei "networks" ampi; si possono distribuire in modo non uniforme nel citosol andando a localizzarsi dove c'è più bisogno di energia (52). La capacità di cambiare e di adattarsi alle condizioni cellulari è nota come dinamismo mitocondriale (51).La cristae della MMI è il sito principale dove avviene la fosforilazione ossidativa in quanto contiene tutti i complessi della catena respiratoria, la F1F0-ATP sintetasi (53) e il citocromo c, che è l'unico fattore solubile (54). Il ruolo principale della MMI è la bioenergetica, dove le molecole che vengono prodotte nel ciclo di Krebs vengono convertite in ATP. Ci sono due conseguenze funzionali collegate alla struttura dell'MMI: una è quella di minimizzare la diffusione di metaboliti, protoni e ADP durante la respirazione mitocondriale (55), che è alla base di una buona riuscita della fosforilazione ossidativa; la seconda funzione ha un impatto sull'apoptosi: visto che durante l'apoptosi c'è bisogno del rilascio del citocromo c nel citosol per l'attivazione delle caspasi, esso deve essere espulso dal mitocondrio (54). Durante la morte cellulare, la cristae si sottopone ad una serie di cambiamenti strutturali, che si definiscono "cristae remodelling", che supportano il passaggio del citocromo c dalla cristae verso lo spazio tra le due membrane (51).A livello della MME si trovano una serie di proteine fondamentali per la fisiologia della cellula, quali le traslocasi, che mediano il trasporto dei precursori delle proteine mitocondriali, proteine importanti nell'interazione del mitocondrio con altri compartimenti subcellulari e proteine che coordinano le vie di traduzione del segnale con la funzione mitocondriale.L'apoptosi è un esempio paradigmatico di una cascata di segnali cellulari che richiedono alterazioni morfologiche del mitocondrio ed è regolata dal dinamismo mitocondriale. Il ruolo del mitocondrio nell'apoptosi viene rivelato con la scoperta della proteina BCL2, che è incorporata nella MME. La famiglia proteica BCL2 controlla la permeabilizzazione della MME ed è accompagnata dalla frammentazione del mitocondrio e rilascio del citocromo c nel citosol (56).