Cytologie

Mitochondrien

Was sind die Mitochondrien und wie sehen ihr Aufbau und ihre Funktion innerhalb der Zelle aus? In diesem Beitrag erklären wir dir alles, was du zu den Mitochondrien wissen musst.

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Inhaltsübersicht

Mitochondrien einfach erklärt

Die Mitochondrien sind energieliefernde Zellorganellen innerhalb der Eukaryoten . Die Prokaryoten , also die Lebewesen ohne Zellkern wie z.B. Bakterien, enthalten kein Mitochondrium. Manchmal wird das Mitochondrium auch als Mitochondrion bezeichnet.

Sie haben eine ovale Form und sind von einer Doppelmembran umschlossen. Im Inneren haben sie eine röhrenförmige Gestalt.
Je nach Zelltyp können zwischen 1 und 2.000 Mitochondrien in einer Zelle vorhanden sein.

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Mitochondrium

Du hast bestimmt schon einmal von den Mitochondrien als „Kraftwerke der Zelle“ gehört. Das beschreibt ihre Funktion sehr gut. Ihre wichtigste Aufgabe ist die Bildung von ATP (Adenosintriphosphat ). Das ist ein Molekül, das sich in jeder Zelle deines Körpers befindet. Alle deiner Muskeln und Organe verwenden dieses Molekül als Energielieferant.

Wenn du dich beim Sport also immer topfit und voller Energie fühlst, dann arbeiten deine Mitochondrien wahrscheinlich sehr gut.

Definition

Die Mitochondrien (eng. mitochondria) sind Zellorganellen, die im Cytoplasma aller Eukaryoten vorkommen. Sie haben eine ovale Form und besitzen eine innere und eine äußere Membran. Ihre Hauptfunktion ist die Produktion des Energiemoleküls ATP innerhalb der sogenannten Atmungskette.

Mitochondrien Aufbau

Der Bau der Mitochondrien ist relativ einfach. Wenn du sie mit einem Elektronenmikroskop betrachtest, kannst du ihren Aufbau genauer erkennen. Dabei wirst du sehen, dass ihre Form grundsätzlich variabel, meist jedoch oval ist. Im Inneren haben sie ein Netzwerk aus mehreren „Röhren“.

Ihre Größe kann innerhalb einer Zelle sehr stark variieren. Meistens sind sie bis zu 1 \mu m groß.

Grundtypen

Grundsätzlich kannst du zwischen mehreren Mitochondrium-Arten unterscheiden. Alle dieser Arten haben eine Oberflächenvergrößerung zum Ziel. Dadurch können mehr chemische Reaktionen ablaufen, wodurch die ATP Produktion beschleunigt wird.
Hier sind für dich die wichtigsten Grundtypen aufgelistet:

  • Sacculus-Typ (Sacculi-Typ): Beim Sacculus-Typ besitzt das Mitochondrium Einstülpungen mit runden Aussackungen. Dieser Typ kommt meistens in Zellen der Nebennierenrinde vor.
  • Tubulus-Typ (Tubuli-Typ): Der Tubulus-Typ besitzt weite, meist schlauchförmige Einstülpungen. Du findest ihn vor allem in Zellen wieder, die Steroide produzieren. Diese sind vor allem innerhalb der Hoden und der Nebennierenrinde.
  • Cristae-Typ: Der Cristae-Typ besitzt kammartige Einstülpungen namens Cristae. „Cristae“ ist lateinisch und bedeutet so viel wie „Kamm“.
  • Prisma-Typ: Der vierte und letzte Typ eines Mitochondriums ist der Prisma-Typ. Er hat Einstülpungen in einer dreieckigen Form und tritt vor allem in den Leberzellen auf.
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Mitochondrientypen

Mitochondrienmembran

Das gesamte Mitochondrium ist von einer Biomembran umgeben. Diese Mitochondrienmembran ist eine sogenannte Doppelmembran. Das bedeutet, dass die Mitochondrien von einer inneren und einer äußeren Membran umgeben sind. Du kennst das vielleicht schon vom Zellkern oder den Plastiden der Pflanzenzelle .

Die innere Membran liegt in Falten und umschließt den sogenannten Matrixraum. Sie dient außerdem zur Oberflächenvergrößerung, wodurch die Reaktionen in der Matrix schneller ablaufen können. Zwischen der inneren und der äußeren Membran liegt der Intermembranraum. Dieser enthält verschiedenste Stoffe und Enzyme, die durch die äußere Membran mit der Umgebung ausgetauscht werden können.

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Aufbau eines Mitochondriums

Die Entstehung der Doppelmembran an genau diesen Zellorganellen kannst du durch die sogenannte Endosymbiontentheorie erklären. Diese geht davon aus, dass Mitochondrien und Plastiden aus eigenständigen prokaryotischen Lebewesen entstanden sind. Die Prokaryoten sind eine Endosymbiose mit einer anderen Zelle eingegangen. Im Laufe der Zeit entwickelte sich diese Vereinigung zu eigenen Zellorganellen weiter. Das ist auch der Grund, warum die genannten Organellen auch eine eigene Erbinformation (DNA) und verschiedenste Enzyme im Matrixraum besitzen.

Außerdem besitzen die Mitochondrien deshalb sogar eigene Ribosomen . Die mitochondrialen Ribosomen sind sogenannte 70S Ribosomen. Diese sind normalerweise typisch für Prokaryoten.

Mitochondrien Vorkommen

Die Mitochondrien kommen in allen Zellen, ausgenommen der roten Blutkörperchen vor. Dabei reguliert dein Körper seinen Bedarf an Mitochondrien selbst. In Zellen, die einen schnellen Stoffwechsel besitzen, befinden sich mehr Mitochondrien. Das kann zum Beispiel in Nervenzellen%Verweis oder Muskelzellen%Verweis sein. Je mehr du dich also bewegst, desto mehr Mitochondrien schickt dein Körper in die zugehörigen Zellen.

In den Knorpelzellen (Chondrozyten) befinden sich weniger Mitochondrien. Das liegt daran, dass sie in der Regel nur sehr wenig bewegt werden.

Mitochondrien Funktion

Das Mitochondrium hat mehrere wichtige Aufgaben innerhalb der Zelle. Seine wichtigste Funktion ist die Produktion von Energie. Das heißt sie wandeln die von dir aufgenommene Nahrung in nutzbare Energie um. Deshalb dienen die Mitochondrien sozusagen als das „Kraftwerk der Zelle“. Die Energie wird in Form von ATP gespeichert.

Außerdem erfüllen die Mitochondrien eine weitere wichtige Funktion. Da sie in ihrer Matrix eine eigene DNA enthalten, beteiligen sie sich auch an der Vererbung.

Weitere Aufgaben sind beispielsweise das Speichern von Calcium. Das Calcium dient als Botenstoff in der Signalübertragung innerhalb der Zelle. Dadurch kann es verschiedenste Prozesse einleiten. Einer dieser Prozesse ist zum Beispiel die Apoptose . Diese kannst du dir als bestimmten oder programmierten Zelltod vorstellen. Dein Körper identifiziert beispielsweise schädliche Zellen, die durch Apoptose geschrumpft und unwirksam gemacht werden können.

Wenn ein Mitochondrium keine Arbeit mehr leistet, kann es abgebaut werden. Dies kann durch das Endoplasmatische Retikulum , den Golgi-Apparat und die Lysosomen geschehen.

Mitochondrien ATP

ATP oder auch Adenosintriphosphat dient der Energieversorgung des gesamten Körpers. Es ist ein sogenanntes Nukleotid mit drei Phosphatresten, einem Zucker und dem Adenin.

Gebildet wird das ATP innerhalb der Zellatmung . Diese kannst du dir als einen Stoffwechselvorgang vorstellen. Du kannst sie unterteilen in die Glykolyse , den Citratzyklus und die Atmungskette .

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Zellatmung

Der erste Schritt der Zellatmung ist die Glykolyse. Sie läuft dabei im Cytoplasma ab. Bei ihr wird einfach gesagt Zucker (Glucose) in zwei sogenannte Pyruvat-Ionen gespalten. Dabei bildet sich auch ATP. Die Energie, die davor im Glucosemolekül enthalten war, wird auf das ATP übertragen.

Als nächstes kommt der Citratzyklus. Dieser findet innerhalb der Mitochondrienmatrix statt. Bei ihm wird in Form eines Kreislaufes ATP freigesetzt.

Durch die Atmungskette wird die Nahrungsenergie zusammen mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser verbrannt. Dadurch entsteht eine große Menge an ATP. Die Enzyme für diese ATP-Produktion befinden sich zu einem Großteil im Matrixraum der Mitochondrien.

Die Energie erhält dein Körper nun, wenn sich ein Phosphatrest vom ATP abspaltet. Dadurch entsteht ADP (Adenosindiphosphat). Dieser Prozess läuft im Körper extrem schnell und oft ab. Um zu regenerieren, benötigt das ADP wieder einen Phosphatrest. Dieses erhält es durch die sogenannte Phosphorylierung%Verweis.

Mit diesem Wissen kannst du auch den Zusammenhang in der Praxis herstellen:
Je besser dein Körper deine aufgenommene Nahrung verarbeiten kann, desto mehr ATP erhält er während der Zellatmung. Dadurch kann mehr ATP in ADP umgewandelt werden und du hast mehr Energie. Diesen Umstand kannst du speziell für den Sport nutzen.

Mitochondriale DNA

Die Mitochondrien besitzen in ihrer Matrix eine eigene DNA. Du kannst sie auch als mtDNA bezeichnen. Sie ist meistens ringförmig angeordnet.

Die mtDNA spielt eine wichtige Rolle in der Vererbung. Früher wurde behauptet, dass die mitochondriale DNA nur von der Mutter vererbt werden kann. Heute geht man davon aus, dass die mtDNA auch väterlicherseits vererbt wird.

Die Vererbung der mtDNA ist sehr speziell. Bei ihr wird im Gegensatz zu anderen DNA-Arten eine exakte Kopie weitergegeben. Bei den anderen DNA-Arten findet immer noch eine Rekombination%Verweis statt. Darunter kannst du die Neuanordnung des genetischen Materials in der Zelle verstehen.

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