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Biologielexikon

Mitochondrien (engl. mitochondrions)

Was sind Mitochondrien und was ist ihre Aufgabe?
Mitochondrien sind die "Kraftwerke" oder "Energiezentralen" der eukaryontischen Zelle: Aus Sauerstoff und Zucker gewinnen sie Energie, die die Zellen verwerten können. Mitochondrien sind also Zellorganellen, in denen viele energieliefernde Abbauprozesse stattfinden. Die in den Mitochondrien gewonnene Energie wird vor allem in Form von ATP gespeichert (ATP ist sozusagen die "Energiemünze" der Zelle). In Folge dieser Funktion als Energiezentrale der eukaryontischen Zelle befinden sich Mitochondrien in der Nähe von Bereichen mit hohem Energieverbrauch (ATP-Verbrauch), also z. B. in Spermienfäden.

Wie sehen Mitochondrien aus?
Mitochondrien besitzen eine in etwa elliptische Form (ähnlich einer dicken, gestauchten Wurst) und sind aufgrund ihrer geringen Größe lichtmikroskopisch oft nur schwer zu erkennen (Länge: ca. 2-4 Mikrometer, Dicke: ca. 1 Mikrometer). Allerdings sind Mitochondrien in ihrer Form und Gestalt relativ flexibel, sie können sogar miteinander fusionieren ("verschmelzen") und sich auch wieder trennen.

Wie werden die Mitochondrien bei der Zellteilung weitergegeben?
Vor der Bildung von Tochterzellen werden die Mitochondrien zunächst verdoppelt (die Tochterzellen erhalten somit die gleiche Zahl an Mitochondrien) und dann offenbar rein zufällig (also ohne erkennbaren Sortiervorgang) auf die Zellen verteilt.

Besitzen Mitochondrien eigene DNA?
Mitochondrien enthalten eigene DNA (so genannte mitochondriale DNA, kurz: mtDNA). Anders als die DNA im Zellkern ist die DNA der Mitochondrien ringförmig (zirkulär). Die mitochondriale DNA umfasst vergleichsweise wenig Gene - beim Menschen sind es 37 (ein durchschnittliches Chromosom des Menschen enthält etwa 100-mal mehr). Diese 37 Gene der mtDNA beim Menschen sind 16569 Basenpaare lang, haben keine Introns und kodieren für 13 Proteine, 22 tRNAs und 2 rRNAs.
Allgemein kann man sagen, dass die mtDNA ungefähr 0,5 bis 1 % der Gesamt-DNA-Menge einer Körperzelle ausmacht.

Wie werden Mitochondrien von Eltern an ihre Kinder weitergegeben?
Im Hinblick auf die Vererbung der Mitochondrien ist interessant, dass Mitochondrien unter anderem beim Menschen immer nur von der Mutter an die Kinder vererbt werden: Bei der Befruchtung der Eizelle "bricht" gewissermaßen der Schwanz des Spermiums, der die Mitochondrien enthält, ab, sodass sich in der befruchteten Eizelle (Zygote) nur die Mitochondrien der Eizelle (also der Mutter) befinden. Aus dieser Zygote entwickelt sich dann das neue Lebewesen.

Wo kommen Mitochondrien vor?
Mitochondrien kommen in allen eukaryotischen Zellen (Zellen mit Zellkern) vor, die Sauerstoff verbrauchen. Ihre Zahl pro Zelle kann je nach Zelltyp stark variieren, stoffwechselaktive Zellen enthalten besonders viele Mitochondrien: Leberzellen enthalten ca. 1000 bis 2000, ein Amphibienei enthält sogar ca. 300 000 Mitochondrien, - in den roten Blutkörperchen (den Erythrozyten) befinden sich hingegen gar keine Mitochondrien.

Wie sind Mitochondrien aufgebaut?
Mitochondrien haben zwei unterschiedliche Membranen, man spricht auch von einer Doppelmembran:

1. die Außenmembran (= die Membran, die das Mitochondrium zum Zellplasma hin abgrenzt)
2. die Innenmembran

Durch die zwei Membranen entstehen innerhalb eines Mitochondriums zwei Kompartimente (Reaktionsräume):

a) ein Innenraum
, der als Matrix bezeichnet wird, und
b) ein relativ schmaler Membranzwischenraum (Intermembranraum).

Anders als die Außenmembran zeigt die Innenmembran viele "Falten" (so genannte Cristae). Die Faltenbildung führt zu einer erheblichen Vergrößerung der Oberfläche. (Ein ähnliches Phänomen gibt es bei der Faltenbildung im menschlichen Darm übrigens.). In der Innenmembran liegen bestimmte Enzyme ("Biokatalysatoren"), die wichtig sind für den Citratzyklus (= Zitronensäurezyklus) und die Atmungskette. Um die Bedeutung des Citratzyklus zu verstehen, muss ein wenig "ausgeholt" werden: Zellen müssen, um Energie zu gewinnen, Kohlenhydrate abbauen. Die bei diesem Abbau freiwerdende Energie wird in bestimmten Molekülen gespeichert, um sie bei Bedarf "abzurufen. Diese energiereichen Moleküle (die "Energiemünzen" der Zelle) tragen den Namen ATP (Adenosin-5'-triphosphat). Der gesamte Ablauf beim Abbau der Kohlenhydrate umfasst nun 3 Schritte, von denen einer der Citratzyklus ist. In zeitlicher Abfolge sind dies folgende 3 Schritte:

die Glykolyse,
der Citratzyklus und
die Atmungskette.

Als (Zwischen-) Endprodukt fällt am Ende der Glykolyse ein Stoff namens Pyruvat an. Dieses Pyruvat wird in leicht veränderter Form(namens Acetyl-Coenzym A) im Citratzyklus weiter abgebaut und es entstehen Wasser und Kohlenstoffdioxid. In der anschließenden Atmungskette wird schließlich das energiereiche ATP gewonnen.


Wie sind Mitochondrien im Laufe der Evolution entstanden?
Es wird angenommen, dass Mitochondrien von Bakterien abstammen und dass diese Bakterien im Rahmen einer Symbiose von entwicklungsgeschichtlich frühen Eukaryonten in sich aufgenommen wurden (siehe unter Endosymbiontentheorie). Mitochondrien enthalten eigene Ribosomen vom Typ 70S (das sind die Ribosomen, die bei Prokaryoten vorkommen).




Siehe auch unter:

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Literatur:


Internet:



Letzte Aktualisierung: 08.07.2013



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