Poremećaji oksidacijske fosforilacije uzrokuje često, no ne uvijek, laktičnu acidozu, koja osobito pogađa središnji živčani sustav, mrežnicu i mišiće.
Također vidjeti Postupak s bolesnikom u kojeg se sumnja na nasljednu metaboličku bolest.
Stanično se disanje (oksidacijska fosforilacija) zbiva u mitohondrijima, gdje niz enzima posreduje u prijenosu elektrona na molekularni kisik uslijed čega se stvara ATP, molekula koja pohranjuje energiju. Poremećaji funkcije enzima iz spomenutog procesa remete stanično disanje i tako smanjuju omjer ATP–a i ADP–a. Mitohondriji imaju vlastitu DNA (mitohondrijsku DNA [mtDNA]), koja se nasljeđuje maternalno. Međutim, uz mtDNA, i nuklearna DNA je važna za funkciju mitohondrija. Dakle, i mitohondrijske i nuklearne mutacije mogu uzrokovati mitohondrijske poremećaje.
Na manjak energije nastao uslijed poremećaja oksidacijske fosforilacije su osobito osjetljiva tkiva s velikom potrebom za energijom (npr. mozak, živci, mrežnica, poprečno-prugasti i srčani mišić). Najčešći klinički znakovi uključuju konvulzije, hipotoniju, oftalmoplegiju, epizode slične moždanom udaru, mišićnu slabost i kardiomiopatiju.
Biokemijski se nađe duboka laktična acidoza jer se povećava omjer NADH:NAD, pomičući ravnotežu reakcije laktat dehidrogenaze prema laktatu. Povećanje omjera laktata i piruvata razlikuje poremećaje oksidacijske fosforilacije od drugih genetskih uzroka laktične acidoze, poput nedostatka piruvat karboksilaze ili piruvat dehidrogenaze, kod kojih omjer laktata i piruvata ostaje normalan. Opisan je velik broj poremećaja oksidacijske fosforilacije; no ovdje su navedeni samo najčešći poremećaji s njihovim osobitostima.
Mitohondrijske mutacije i varijante su povezane s nizom bolesti starije životne dobi (npr. Parkinsonovom bolesti, Alzheimerovom bolesti, šećernom bolesti, gluhoćom, rakom).
Niže su navedeni poremećaji s poznatim međuodnosom genotipa i kliničkih obilježja. Postoje i drugi poremećaji funkcije mitohondrija koji nisu tako dobro definirani. Dodatno, postoji veliki broj stanja u kojima poznati genetski poremećaj uzrokuje sekundarnu disfunkciju mitohondrija.
Leberova nasljedna optička neuropatija
Ova bolest je karakterizirana akutnim ili subakutnim obostranim gubitkom vida uzrokovanim degeneracijom mrežnice. Početak se obično zbiva u 20–tim ili 30–tim godinama bolesnikova života, no simptomi se mogu javiti od djetinjstva do odrasle dobi. Omjer muškog i ženskog spola je 4:1. Opisane su brojne mutacije, ali 3 najčešće mutacije uzrokuju bolest u 90% europskih pacijenata. Rodoslovna stabla oboljelih od LHON obično pokazuju maternalni obrazac nasljeđivanja, tipičan za mitohondrijske bolesti uzrokovane mutacijama mtDNA.
Mitohondrijska encefalomiopatija, laktacidoza i epizode slične moždanom udaru (MELAS):
Mutacije mitohondrijskog tRNAleu gena uzrokuju ovu progresivnu neurodegenerativnu bolest obilježenu opetovanim epizodama “metaboličkog moždanog udara”, miopatijom i laktičnom acidozom. U mnogim slučajevima, stanice sadrže divlji tip i mutirani oblik mitohondrijske DNA (heteroplazmija); stoga je ekspresija bolesti varijabilna
Mioklona epilepsija s raščupanim crvenim vlaknima (MERRF):
Ovo je progresivna bolest obilježena nekontroliranim mišićnim kontrakcijama (mioklonizmi), demencijom, ataksijom i miopatijom, koja prilikom bojenja bioptata mišića pokazuje nepravilna crvena vlakna (koja ukazuju na proliferaciju mitohondrija). Uzrokovana je mutacijama mitohondrijskog tRNAlys} gena. Česta je heteroplazmija zbog čega je klinički izražaj varijabilan.
Kearns–Sayreov sindrom i kronična progresivna vanjska oftalmoplegija (CPEO):
Ovi poremećaji su obilježeni oftalmoplegijom, ptozom, atipičnim pigmentnim retinitisom, miopatijom s raščupanim crvenim vlaknima, ataksijom, gluhoćom i kardiomiopatijom koji se tipično pojavljuju prije 20. godine života.
Kearns-Sayreov sindrom je uzrokovan velikom susjednom delecijom u mtDNA koja rezultira gubitkom gena važnih za stvaranje mitohondrijskih proteina i oksidacijsku fosforilaciju.
CPEO može nastati zbog mutacija u jednom od nekoliko različitih nuklearnih gena koji su kritični za proizvodnju i održavanje mtDNA i stoga dovode do delecije velikih segmenata mtDNA u mišićnim stanicama. Rjeđi uzrok su točkaste mutacije u genima mtDNA koji daju upute za stvaranje molekula koje se nazivaju prijenosne RNA.
Neuropatija, ataksija i retinitis pigmentosa (NARP)
NARP je progresivna bolest karakterizirana senzornom neuropatijom (ukočenost, trnci ili bol u udovima), slabošću mišića, ataksijom, gubitkom vida uzrokovanim oštećenjem mrežnice (pigmentni retinitis), kognitivnim propadanjem, epileptičkim napadajima, gubitkom sluha i poremećajima srčane provodljivosti. Simptomi obično započinju u djetinjstvu ili ranoj odrasloj dobi.
Uzrok ovog poremećaja su mutacije u genu ATP6 mtDNA. Mutacije gena ATP6 mijenjaju strukturu ili funkciju ATP sintaze što dovodi do smanjenog stvaranja ATP-a u mitohondriju.
Bolest Leigh (subakutna nekrotizirajuća encefalopatija)
Leighova bolest je teški neurološki poremećaj koji se najčešće očituje u prvoj godini života. Karakteriziran je progresivnim problemima gutanja, slabim napredovanjem na tjelesnoj masi, hipotonijom, slabošću, ataksijom, oftalmoplegijom, nistagmusom, optičkom atrofijom i laktičnom acidozom. Većina bolesnika umire unutar 2 do 3 godine, najčešće uslijed zatajenja disanja.
Neuroradiološke snimke pokazuju degenerativne promjene u bazalnim ganglijima, malom mozgu i moždanom deblu.
Leighova bolest nastaje kao posljedica mutacija u jednom od više od 75 različitih nuklearnih ili mtDNA gena uključenih u proizvodnju energije u mitohondrijima.