A síntese e o empacotamento de alguns neurotransmissores-chave dependem significativamente das mitocôndrias. Por exemplo, a acetilcolina (ACh) é sintetizada a partir da colina e da acetil coenzima A (acetil CoA). A reação é catalisada pela enzima colina acetiltransferase (ChAT).
Obtemos a colina diretamente da dieta, como da gema do ovo. Já o Acetil CoA é sintetizado na mitocôndria a partir do piruvato proveniente da quebra de glicose ao final da glicólise (Guo, Tian, & Du, 2017).
A ACh sintetizada é subsequentemente transportada para vesículas sinápticas através do transportador de ACh, processo que consume energia (ATP produzido na mitocôndria).
Outro exemplo é o glutamato, que é crítico para as sinapses glutamatérgicas. Devido à deficiência de piruvato carboxilase nos neurônios, o glutamato é sintetizado nos astrócitos e depois entregue aos neurônios pelos transportadores de glutamato. A síntese de glutamato ocorre nas mitocôndrias dos astrócitos através de várias etapas para converter oxaloacetato em α-cetoglutarato e, eventualmente, no produto final, glutamato.
Além de sua função na síntese de glutamato, o transporte de glutamato de astrócitos para os neurônios e o empacotamento de glutamato em vesículas sinápticas são processos que consomem energia e dependem significativamente da produção de ATP das mitocôndrias.
De fato, as mitocôndrias neuronais também são conhecidas por desempenhar um papel crítico na síntese de vários outros neurotransmissores importantes, como norepinefrina, dopamina, GABA e serotonina. Novamente, as mitocôndrias são indispensáveis para o empacotamento desses neurotransmissores em vesículas sinápticas.
Além disso, as mitocôndrias também têm influência indireta na produção de neurotransmissores não clássicos, incluindo adenosina, ATP e óxido nítrico. Portanto, as mitocôndrias são extremamente essenciais para a síntese, empacotamento e armazenamento de vários neurotransmissores, cuja disfunção está ligada a várias doenças neurodegenerativas e a transtornos do neurodesenvolvimento.
