1. Struktur:
- Mitochondrien werden aufgrund ihrer primären Funktion bei der Energieproduktion oft als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet.
- Es handelt sich um membrangebundene Organellen mit einer Außenmembran und einer Innenmembran. Die innere Membran bildet zahlreiche Falten, sogenannte Cristae, die die für energieerzeugende chemische Reaktionen verfügbare Oberfläche vergrößern.
- Der von der inneren Membran umschlossene Raum wird als mitochondriale Matrix bezeichnet und enthält Enzyme, Ribosomen und DNA.
2. Größe und Anzahl:
- Mitochondrien variieren in Größe und Form, sind jedoch typischerweise mehrere Mikrometer lang und ungefähr zylindrisch.
- Die Anzahl der Mitochondrien pro Zelle kann je nach Zelltyp und Energiebedarf stark variieren. Einige Zellen können ein paar Mitochondrien haben, während andere Tausende enthalten können.
3. Energieproduktion (Zellatmung):
- Die Hauptfunktion der Mitochondrien besteht darin, Adenosintriphosphat (ATP) zu produzieren, die Energiewährung der Zelle. Mitochondrien führen die Zellatmung durch, bei der Glukose und andere Brennstoffe in Gegenwart von Sauerstoff abgebaut werden, um in chemischen Bindungen gespeicherte Energie freizusetzen.
- Während der Zellatmung nutzen Mitochondrien Sauerstoff, um Glukosemoleküle durch die Prozesse der Glykolyse, des Krebszyklus (Zitronensäure) und der oxidativen Phosphorylierung abzubauen. Diese Prozesse führen zur Synthese von ATP, das dann verschiedene zelluläre Aktivitäten antreibt.
4. Elektronentransportkette:
- Die innere Mitochondrienmembran enthält Proteinkomplexe, die als Elektronentransportkette bekannt sind. Diese Kette besteht aus einer Reihe von Elektronenträgern, die Elektronen von Zuständen mit hoher Energie in Zustände mit niedrigerer Energie weiterleiten und so einen elektrochemischen Gradienten über die Membran erzeugen.
- Die bei diesem Prozess freigesetzte Energie treibt die ATP-Synthese durch einen Prozess voran, der als oxidative Phosphorylierung bekannt ist.
5. Genetisches Material (mtDNA):
- Mitochondrien enthalten ihre eigene DNA (mtDNA), die sich von der DNA im Zellkern unterscheidet. MtDNA ist im Gegensatz zur linearen DNA im Zellkern zirkulär.
- MtDNA kodiert Gene, die für die Funktion der Mitochondrien essentiell sind, vor allem solche, die an der Energieproduktion beteiligt sind. Die meisten mitochondrialen Proteine werden jedoch von Kerngenen kodiert und in die Mitochondrien importiert.
6. Oxidativer Stress und Alterung:
- Mitochondrien sind eine bedeutende Quelle reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) als Nebenprodukte der Zellatmung. ROS können oxidativen Stress verursachen, der zu Schäden an Zellbestandteilen führt und zum Alterungsprozess und verschiedenen Krankheiten beiträgt.
7. Dynamisches Verhalten:
- Mitochondrien sind hochdynamische Organellen, die kontinuierlich Fusions- und Spaltungsereignissen unterliegen. Dieses dynamische Verhalten ermöglicht es Mitochondrien, sich an veränderte Energieanforderungen anzupassen, ihren Inhalt effizient zu verteilen und die Qualitätskontrolle aufrechtzuerhalten, indem beschädigte oder dysfunktionale Mitochondrien beseitigt werden.
Zusammenfassend sind Mitochondrien wesentliche Zellorganellen, die für die Energieproduktion, die Zellatmung und andere Stoffwechselfunktionen verantwortlich sind. Ihre Struktur, ihr genetisches Material und ihr dynamisches Verhalten spielen eine entscheidende Rolle bei der Zellfunktion, beim Altern und bei Krankheiten.