Gesundheit

Was sind Mitochondrien?

Mitochondrien werden oft als die Kraftzentren der Zelle bezeichnet. Sie helfen, die Energie, die wir aus der Nahrung gewinnen, in Energie umzuwandeln, die die Zelle nutzen kann. Aber Mitochondrien haben mehr zu bieten als die Energieerzeugung.

Mitochondrien, die in fast allen Arten von menschlichen Zellen vorkommen, sind für unser Überleben lebenswichtig. Sie erzeugen die Mehrheit unseres Adenosintriphosphats (ATP), der Energiewährung der Zelle.

Die Mitochondrien sind auch an anderen Aufgaben beteiligt, wie z.B. der Signalübertragung zwischen Zellen und dem Zelltod, der so genannten Apoptose.

In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie Mitochondrien funktionieren, wie sie aussehen, und erklären, was passiert, wenn sie aufhören, ihre Arbeit richtig zu machen.

Die Struktur der Mitochondrien

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A basic diagram of a mitochondrion

Ein Grunddiagramm eines Mitochondrions

Mitochondrien sind klein, oft zwischen 0,75 und 3 Mikrometern und unter dem Mikroskop nur sichtbar, wenn sie gefärbt sind.

Im Gegensatz zu anderen Organellen (Miniaturorgane innerhalb der Zelle) haben sie zwei Membranen, eine äußere und eine innere. Jede Membran hat unterschiedliche Funktionen.

Mitochondrien sind in verschiedene Abteilungen oder Regionen unterteilt, von denen jede eine unterschiedliche Rolle spielt.

Einige der wichtigsten Regionen sind die:

Äußere Membran: Kleine Moleküle können frei durch die äußere Membran hindurchtreten. Dieser äußere Teil enthält Proteine, die Porine genannt werden, die Kanäle bilden, die es den Proteinen ermöglichen, sich zu kreuzen. In der äußeren Membran befinden sich auch eine Reihe von Enzymen mit den unterschiedlichsten Funktionen.

Zwischenmembranraum: Dies ist der Bereich zwischen der inneren und äußeren Membran.

Innere Membran: Diese Membran enthält Proteine, die mehrere Rollen haben. Da sich keine Porine in der inneren Membran befinden, ist sie für die meisten Moleküle undurchlässig. Moleküle können die innere Membran nur in speziellen Membrantransportern passieren. Die innere Membran ist der Ort, an dem das meiste ATP entsteht.

Cristae: Das sind die Falten der inneren Membran. Sie vergrößern die Oberfläche der Membran und erhöhen damit den Raum für chemische Reaktionen.

Matrix: Dies ist der Raum innerhalb der inneren Membran. Mit Hunderten von Enzymen ist es wichtig für die Produktion von ATP. Hier ist die mitochondriale DNA untergebracht (siehe unten).

Verschiedene Zelltypen haben unterschiedliche Zahlen von Mitochondrien. Zum Beispiel haben reife rote Blutkörperchen überhaupt keine, während Leberzellen mehr als 2.000 haben können. Zellen mit einem hohen Energiebedarf neigen dazu, eine größere Anzahl von Mitochondrien zu haben. Rund 40 Prozent des Zytoplasmas in Herzmuskelzellen werden von den Mitochondrien aufgenommen.

Obwohl Mitochondrien oft als ovale Organellen gezeichnet werden, teilen sie sich ständig (Spaltung) und verbinden sich miteinander (Fusion). In Wirklichkeit sind diese Organellen also in immer neuen Netzwerken miteinander verbunden.

Auch in den Samenzellen werden die Mitochondrien im Mittelstück spiralförmig geformt und liefern Energie für die Schwanzbewegung.

Mitochondriale DNA

Obwohl der größte Teil unserer DNA im Kern jeder Zelle aufbewahrt wird, haben die Mitochondrien ihren eigenen DNA-Satz. Interessanterweise ist die mitochondriale DNA (mtDNA) der bakteriellen DNA ähnlicher.

Die mtDNA enthält die Anweisungen für eine Reihe von Proteinen und anderen zellulären Unterstützungsgeräten über 37 Gene.

Das in den Kernen unserer Zellen gespeicherte menschliche Genom enthält rund 3,3 Milliarden Basenpaare, während die mtDNA aus weniger als 17.000 besteht.

Während der Fortpflanzung stammt die Hälfte der DNA eines Kindes von seinem Vater und die andere Hälfte von seiner Mutter. Das Kind erhält seine mtDNA jedoch immer von seiner Mutter. Aus diesem Grund hat sich die mtDNA als sehr nützlich für die Verfolgung von Genlinien erwiesen.

So haben mtDNA-Analysen ergeben, dass der Mensch möglicherweise erst vor relativ kurzer Zeit, vor etwa 200.000 Jahren, aus Afrika stammt und von einem gemeinsamen Vorfahren abstammt, der als mitochondrialer Vorabend bekannt ist.