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MitochondrienBei Mitochondrien handelt es sich um Zellorganellen. Sie enthalten einen Teil der Erbsubstanz und sind von einer Doppelmembran umschlossen. Das genetische Material in den Zellbestandteilen nennt sich mitochondriale DNA. In den Zellen aller Eukaryoten treten die Mitochondrien in Röhren- oder Kugelform auf. Prokaryoten besitzen diese Zellorganelle nicht.

Über die Atmungskette übernehmen die Mitochondrien die Regeneration von Adenosintriphosphat. Dieses existiert als energiereiches Molekül. Die oxidativen Phosphorylierung gehört zu den Hauptaufgaben dieser Zellelemente. Des Weiteren nehmen sie weitere wichtige Funktionen wie das Bilden eines Eisen-Schwefel-Clusters ein.

Mitochondria, a membrane-enclosed cellular organelles, which produce energy, 3D illustration, Copyright: Tyrannosaurus, bigstockphoto.com

Allgemeine Informationen über die Mitochondrien

In Zellen mit einem hohen Energieverbrauch zeigt sich eine hohe Anzahl der Mitochondrien. Beispielsweise kommen sie in folgenden Zellarten vermehrt vor:

  • Sinneszellen,
  • Eizellen,
  • Nervenzellen und
  • Muskelzellen.

Mit einem Volumenanteil von 36 Prozent ist ihre Konzentration in Herzmuskelzellen hoch. Mitochondrien erreichen einen Durchmesser zwischen 0,5 und 1,5 Mikrometer. Sie nehmen unterschiedliche Formen ein. Neben kugelförmigen Gebilden existieren die Zellorganellen als komplexes Netzwerk.

Sie vermehren sich durch das Wachstum und die Sprossung. Ihre Anzahl passt sich dem Energiebedarf der Zelle an. Verliert eine eukaryotische Zelle die Mitochondrien, besteht keine Möglichkeit des Regenerierens. Protozoen zählen zu den eukaryotischen Zellen ohne natürliche Mitochondrien. Bei anderen Zellarten können die Zellorganellen 25 Prozent der Zellbestandteile einnehmen. Abhängig vom Zelltyp und dem Organismus variieren die Werte.

Die Vererbung der Mitochondrien

Die Mutter vererbt die Mitochondrien über das Plasma der Eizelle. Entstehen Krankheiten durch eine Mutation in den mitochondrialen Genen, stammen diese ausschließlich von der mütterlichen Verwandtschaftslinie. Die Medizin kennt 50 gesundheitliche Komplikationen, die eine mitochondriale Fehlfunktion verursacht. Diese Krankheiten nennen sich in der Fachsprache Mitochondriopathien.

Innerer und äußerer Aufbau der Mitochondrien

Das Mitochondrium besitzt eine Hülle, die sich aus einer äußeren und einer inneren Membran zusammensetzt. Diese bestehen aus einer Doppelschicht aus Phospholipid sowie Proteinen.

Mitochondrien Zellaufbau

Die beiden Membranen weisen unterschiedliche Eigenschaften auf. Insgesamt verfügen die Mitochondrien über fünf Kompartimente:

  • die äußere Membran,
  • Intermembranraum,
  • innere Membran,
  • Cristae und
  • Matrix.

In den Zellen bilden die Mitochondrien ein tubuläres mitochondriales Netzwerk. Dieses durchzieht die gesamte Zelle und verändert sich stetig. Die Zellorganelle verbinden sich durch Fusion. Durch die Fission teilen sie sich. Das geschieht laufend, sodass es schwerfällt eine aktuelle Anzahl der Mitochondrien zu bestimmen.

Die äußere Membran umschließt das Mitochondrium. Diese beinhaltet mehrere Kanäle, die aus Proteinkomplexen bestehen. Sie erlauben zwischen dem Mitochondrium und dem Zytosol den Austausch von Ionen und kleinen Molekülen. Große Moleküle gelangen nicht durch die Membran.

Der Intermembranraum bezeichnet den Membranzwischenraum. Er befindet sich zwischen der äußeren und der inneren Membran. Ihm schließt sich die innere Membran an. In ihr lagern Proteine, die sich in fünf Gruppen teilen. Die Aufgabe der inneren Membran besteht im Einschluss der Matrix. Diese bildet die interne Flüssigkeit des Zellorganells. Sie enthält:

  • die mtDNA genannte mitochondriale DNA,
  • die Enzyme des Citratzyklus
  • sowie Mitoribosomen, eigene mitochondriale Ribosomen.

Besitzt ein Mitochondrium keine Außenmembran, handelt es sich um einen Mitoplasten. Um diese Mitochondrien zu erhalten, entfernen Sie die äußere Membran für Untersuchungszwecke. Die intakte Innenmembran sowie die Matrix bleiben erhalten.

Die verschiedenen Funktionen der Mitochondrien

Mitochondrien leiten verschiedene Zellaktivitäten in die Wege. Dazu gehört beispielsweise der programmierte Zelltod, die Apoptose. Des Weiteren nehmen die Zellorganellen wichtige Aufgaben in der Atmungskette ein. Zwischen dem Intermembranraum und der mitochondrialen Matrix entsteht zu dem Zweck ein elektrochemischer Gradient.

Dieser bildet sich durch die Anreicherung von Protonen. Elektronen-Transportvorgänge unterstützen diesen Prozess. Der Gradient ermöglicht durch die ATP-Synthese die Herstellung von ATP. Die notwendigen Elektronen und Protonen stammen aus dem oxidativen Abbau von Nährstoffen.

Die Mitochondrien dienen als wichtiger Speicher von Kalzium. Sie besitzen die Fähigkeit, Kalziumionen aufzunehmen und zu einem späteren Zeitpunkt abzugeben. Auf diese Weise greifen sie in die zellinterne Kalzium-Homöostase ein. Zusätzlich finden Schritte des Harnstoffzyklus im Mitochondrium statt. Die Zellorganellen übernehmen die Synthese von Eisen-Schwefel-Clustern. Diese brauchen zahlreiche Enzyme der Atmungskette.

Hierbei handelt es sich um die essenzielle Funktion der Mitochondrien. Weiterhin zählen sie zu den Abbauwegen verschiedener Stoffe. Im Rahmen des Citratzyklus gelangt beispielsweise Pyruvat aus dem Zytosol in die mitochondriale Matrix. In dieser erfolgt die Pyruvatdehydrogenase. Das Pyruvat decarboxyliert zu Acetyl-CoA.

Quellen und Verweise:

  1. de.wikipedia.org/wiki/Mitochondrium
  2. Joachim Ude und Michael Koch Die Zelle Atlas der Ultrastruktur PDF

 

 

 

Hinweis für die Leser

Diese Inhalte sind zur Information gedacht. Sie sind kein Ersatz für eine ärztliche Untersuchung, Diagnose oder Behandlung. Bitte konsultieren Sie dafür immer einen Arzt.

Verantwortliche Autorin: Anna Nilsson, Journalistin und Medizinautorin seit 2001 mitwirkende Autorin, entsprechen ihre Inhalte dem aktuellen medizinischen Wissensstand und begründen sich auf ärztliche Fachliteratur.