Mitochondrien

Zellen sind die Grundbausteine eines jeden Lebewesens, angefangen von der einzelligen Alge bis zum Menschen mit über fünfzigtausend Milliarden Zellen. Jede Zelle besteht aus sogenannten Organellen, von denen die Mitochondrien die „Kraftwerke“ darstellen.

Mitochondrien – die „Kraftwerke“ der Zellen

In ihnen erfolgt die Oxidation organischer Stoffe mit Sauerstoff, wobei chemische Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) entsteht. Darüber hinaus sind sie wesentlich an der Zellatmung beteiligt. Mitochondrien besitzen ein eigenes Genom und vermehren sich durch Wachstum und Sprossung. Sie sind in unterschiedlicher Anzahl und vor allem in Zellen mit hohem Energiebedarf enthalten.

Zellaufbau 2 tierisch

Aufbau und Funktion der Mitochondrien

Die kugeligen oder länglichen Mitochondrien erreichen eine Länge von bis zu vier Mikrometer. Sie treten als einzelne Organellen in der Zelle auf oder bilden ganze Netzwerke.

Eine menschliche Zelle enthält je nach Energiebedarf zwischen 600 und 12.000 Mitochondrien. Besonders Muskel-, Sinnes-, Nerven- und Eizellen weisen einen hohen Massenanteil auf, der bei den Herzmuskelzellen 36 Prozent erreicht.

Die Zelle passt die Anzahl an Mitochondrien ihrem Energiebedarf an. Darüber hinaus ist sie in der Lage, mithilfe des endoplasmatischen Retikulums, der Lysosomen und des Golgi-Apparates verbrauchte Mitochondrien zu entsorgen.

Jedes Mitochondrium ist ein komplexes Gebilde, das aus einer äußeren und einer inneren Membran besteht. Die innere Membran ist gegenüber der äußeren mehrfach gefaltet und weist daher eine fünfmal größere Oberfläche auf. In diesen als Cristae bezeichneten Falten erfolgt die Produktion des energiereichen ATPs.

Dazu sind an der inneren Membran Proteinkomplexe der Atmungskette angelagert, welche die Energiegewinnung übernehmen. Der Raum zwischen den beiden Membranen ist der Intermembranraum. Kleine Moleküle können die äußere Membran ungehindert passieren. Daher sind die Konzentrationen zwischen dem Intermembranraum und dem Zytosol nahezu identisch.

Einer großen Bedeutung kommt der Matrix zu, ein von der inneren Membran umschlossener Raum. In diesem finden sich zwei Drittel der Proteine sowie eine Mischung aus mehreren Enzymen. Diese Bestandteile sind für die Oxidation der Fettsäuren in den Mitochondrien von großer Bedeutung. Darüber hinaus fungieren sie als Speicher für Kalzium und dienen der Synthese von Eisen-Schwefel-Clustern. Außerdem enthält die Matrix eigene Ribosomen und die mitochondriale DNA (mtDNA). In dieser ist ein Teil des Erbgutes der Zelle gespeichert.

Mit der Oxidation organischer Stoffe in den Mitochondrien entstehen neben der ATP toxische Stoffe – die freien Radikale. Hierbei handelt es sich um äußerst reaktive Verbindungen, die eindringende Mikroorganismen zerstören. Mitochondrien nutzen diese Stoffe, um aus Cholesterin wichtige Steroidhormone wie Testosteron, Östrogen, Progesteron oder Pregnenolon herzustellen. Ein ständiger Überschuss an freien Radikalen führt zum oxidativen Stress und zu Schäden an der mtDNS, der mit dem Alterungsprozess und verschiedenen chronischen Krankheiten einhergeht.

Einfluss der Mitochondrien auf die Gesundheit des Menschen

Diese kleinen unscheinbaren Organellen haben einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Gesundheit des gesamten Organismus. Äußere Einflüsse und erbliche Anlagen können die Mitochondrien in ihrer Funktion einschränken. Die Folge ist eine verminderte Energieproduktion, die sich auf das gesamte Gewebe auswirkt. Im Gegensatz zu der DNS im Zellkern verfügt die mtDNS über keinen „Reparaturmechanismus“ und ist daher besonders anfällig gegenüber freien Radikalen. Eine Schädigung der Mitochondrien ist außerdem durch:

  1.         Einflüsse aus der Umwelt,
  2.         falsche Ernährung,
  3.         Giftstoffe im Körper (Zahnfüllungen aus Amalgam) sowie
  4.         mechanische Traumata, beispielsweise an der Halswirbelsäule

möglich. Die durch beschädigte Mitochondrien bedingten Erkrankungen sind in der Medizin als Mitochondriopathien bekannt. Sie treten, abhängig von ihrer Ursache, schon im Kindes- oder Erwachsenenalter auf. Ein chronischer Überschuss an freien Radikalen in der Zelle verändert die mtDNA, was zum Ausfall des Mitochondriums führen kann. Außerdem vermehren sich beschädigte Mitochondrien wesentlich schneller als gesunde. Dies hat eine verringerte Produktion an ATP zur Folge.

Besonders anfällig für nitrosativen Stress sind die Eisen-Schwefel-Cluster. Es kommt zum Ausfall des gesamten Mitochondriums und der Verbrauch an Sauerstoff sinkt, was die Bildung freier Radikale begünstigt. Der Verlust an Mitochondrien führt letztendlich zu einer deutlichen Verringerung der Leistungsfähigkeit der betroffenen Strukturen. Betroffen von den Mitochondriopathien sind vor allem die Zellen des Herzmuskels und der Nerven, da der Körper diese nicht durch neue ersetzen kann.

Die Symptome machen sich vor allem nach dem 30. bis 40. Lebensjahr bemerkbar, wenn die Entwicklung mitochondrialer Schäden stark zunimmt. Die Folge sind degenerative Krankheiten, Immun- und Leistungsschwäche, Krebs, Allergien, Rheuma und ein beschleunigter Alterungsprozess. Eine Therapie dieser Krankheiten ist nur auf symptomatischer Ebene möglich.

 Unterschiede zwischen Fettsäuren und Glukose als Ausgangsstoffe

Für die Mitochondrien ist die Oxidation von Glukose ein wesentlich einfacherer Prozess als die von Fettsäuren. Bei der Glukoseoxidation entstehen jedoch weitaus mehr freie Radikale, was zu Mutationen der mtDNA führt und den Alterungsprozess beschleunigt. Daraus entsteht eine Art Kettenreaktion, denn alte Mitochondrien sind nicht mehr in der Lage, Fettsäuren zu verbrennen.

Die Symptome sind eine starke Abhängigkeit von Kohlenhydraten als Nahrung, was im weiteren Verlauf eine Schädigung ihrer Zellen zur Folge hat. Das Endstadium dieser Kettenreaktion sind verschiedene Krankheiten wie das metabolische Syndrom, Fettleibigkeit oder Diabetes Typ 2.

Eine gesunde und ausgewogene Ernährung mit vielen Vitaminen und Ballaststoffen ist die Grundlage für eine optimale Versorgung der Zellen mit Energie. Die sogenannten Antioxidantien – dazu zählen die Vitamine A, C und E – binden überschüssige freie Radikale und schützen die Mitochondrien vor Schäden durch Mutation der mtDNA und einem vorzeitigen Altern.

Artikel erstellt durch: Anna Nilsson

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weitere Quellen und Literatur:

  • Willibald Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch. 266. Auflage. Berlin 2014: Walter de Gruyter-Verlag. Onlineversion abgerufen
  • Gerd Herold: Innere Medizin. Köln 2016: G. Herold Verlag
  • Duale Reihe Medizinische Mikrobiologie, Georg Thieme Verlag, 4. Auflage, 2009
  • Robert Koch-Institut: RKI-Ratgeber für Ärzte

Medizinischer Hinweis:

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