Cytologie
Zellorganellen
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Was sind die Mitochondrien? Wie sind die aufgebaut und welche Funktion haben sie in der Zelle? All das erfährst du in unserem Beitrag und im dazugehörigen Video !

Mitochondrien einfach erklärt

Mitochondrien sind Zellorganellen . Sie kommen in tierischen und pflanzlichen Zellen vor. Als „Kraftwerke der Zellen“ produzieren sie das sogenannte Adenosintriphosphat (ATP). Es dient deinem Körper als Energieträger und wird im gesamten Körper gebraucht. Machst du also beispielsweise Sport, müssen deine Mitochondrien intensiver arbeiten.

Du kannst Mitochondrien an ihrer ovalen Form und der doppelten Membran erkennen. Durch sie gibt es in jedem Mitochondrium zwei voneinander abgetrennte Räume: den Matrixraum in der Mitte und den Membranzwischenraum (Intermembranraum) zwischen den beiden Membranschichten.

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Mitochondrium

Mitochondrien haben ein eigenes Erbgut — die mitochondriale DNA.

Definition

Mitochondrien sind ovale Zellorganellen in Tier- und Pflanzenzellen. Sie gelten als die Kraftwerke der Zellen, da sie den Energieträger Adenosintriphosphat (ATP) herstellen. Mitochondrien haben ein eigenes Erbgut — die mitochondriale DNA.

Mitochondrien Aufbau

Mitochondrien sind eher kleine Zellorganellen. In der Regel haben sie eine Größe von bis zu 1 \mu m. Wenn du sie aber mit einem Elektronenmikroskop betrachtest, kannst du ihren Aufbau erkennen. Der ist bei Mitochondrien relativ einfach: Sie sind meist oval und haben im Inneren ein Netzwerk aus mehreren Röhren (Cristae). Die werden von der Mitochondrienmembran gebildet.

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Aufbau eines Mitochondriums

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. Er enthält verschiedenste Stoffe und Enzyme, die durch die äußere Membran mit der Umgebung ausgetauscht werden können.

Endosymbiontentheorie

Mit der Endosymbiontentheorie kannst du die Entstehung der Doppelmembran in Mitochondrien erklären. Die Theorie geht davon aus, dass Mitochondrien aus eigenständigen, prokaryotischen Lebewesen entstanden sind, die in die eukaryotischen Zellen aufgenommen wurden. Das ist auch der Grund dafür, dass Mitochondrien eigene Erbinformationen (DNA ) besitzen.

Mitochondrien Grundtypen

Grundsätzlich kannst du zwischen mehreren Mitochondrium-Arten unterscheiden. Alle diese 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:

  • Cristae-Typ: Der Cristae-Typ besitzt kammartige Einstülpungen namens Cristae. Es handelt sich dabei um den am häufigsten vorkommenden Grundtypen.
  • 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.
  • 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

Mitochondrien Funktion

Das Mitochondrium hat mehrere wichtige Aufgaben innerhalb der Zelle:

  • Produktion von Energie: Die wichtigste Funktion der Mitochondrien ist es, die von dir aufgenommene Nahrung in nutzbare Energie umzuwandeln. Deshalb dienen die Mitochondrien als Kraftwerke der Zelle. Die Energie wird dann in Form von ATP gespeichert.
  • Vererbung: Da Mitochondrien in ihrer Matrix eigene DNA enthalten, beteiligen sie sich auch an der Vererbung.
  • Speichern von Calcium: Das Calcium dient innerhalb deiner Zellen als Botenstoff in der Signalübertragung. Dadurch kann es verschiedenste Prozesse einleiten. Einer dieser Prozesse ist zum Beispiel der programmierte Zelltod (Apoptose ). Identifiziert dein Körper schädliche Zellen, können sie durch Apoptose geschrumpft und unwirksam gemacht werden.

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 und besteht aus drei Phosphatresten, einem Zucker und der Nukleinbase Adenin.

In deinem Körper entsteht immer dann Energie, wenn sich ein Phosphatrest vom ATP abspaltet. Dadurch bildet sich ADP (Adenosindiphosphat). Dieser Prozess läuft im Körper extrem schnell und oft ab. Um zu regenerieren, benötigt das ADP wieder einen Phosphatrest. Diesen erhält es durch die sogenannte Phosphorylierung.

Du hast vorher noch nichts von ATP gehört und musst seinen Aufbau und den Prozess der Energiegewinnung genauer kennen? Dann schau dir unser separates Video zu ATP an!

Zum Video: Adenosintriphosphat
Zum Video: Adenosintriphosphat

Mitochondrien Zellatmung

Gebildet wird ATP innerhalb der Zellatmung . Dabei handelt es sich um einen komplexen Stoffwechselvorgang, den du in drei Abschnitte unterteilen kannst:

  1. Glykolyse : Sie läuft im Cytoplasma ab. Bei ihr wird einfach gesagt Zucker (Glucose) in zwei Teile, die sogenannten Pyruvat-Ionen, gespalten. Dabei wird ATP gebildet. Die Energie, die davor im Glucosemolekül enthalten war, wird auf das ATP übertragen.
  2. Citratzyklus : Er findet innerhalb der Mitochondrienmatrix statt. Bei ihm wird in Form eines Kreislaufes ATP freigesetzt.
  3. Atmungskette : Durch die Atmungskette wird die Nahrungsenergie zusammen mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser verbrannt. Dadurch entsteht eine weitere, große Menge an ATP. Die Enzyme für diese ATP-Produktion befinden sich zu einem Großteil im Matrixraum der Mitochondrien.

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.

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 oder Muskelzellen 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.

Merke: Je nach Zelltyp können zwischen 1 und 2.000 Mitochondrien in einer Zelle vorhanden sein.

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 bei der Vererbung eine wichtige Rolle. Früher wurde angenommen, 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 statt. Darunter kannst du die Neuanordnung des genetischen Materials in der Zelle verstehen.

DNA einfach erklärt

Du weißt noch nicht, was die DNA genau ist und wie sie aufgebaut ist? Dann schau dir als Nächstes unser Video zur DNA an und finde alles Wichtige dazu heraus!

Zum Video: DNA einfach erklärt
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