Was sind Mitochondrien und was machen diese?

Mitochondrien werden häufig als Kraftwerke der Zellen bezeichnet und sind Bestandteile fast aller Zellen. Betrachten wir uns eine menschliche Zelle. Eine Zelle ist prinzipiell ein abgeschlossener Bereich, der aber mit der Umgebung sprich anderen Zellen im Kontakt steht.

Eine Zelle ist ähnlich organisiert wie eine Stadt. Folgende Strukturen (Organellen) enthält (fast) jede Zelle:

Das ist die große Bibliothek mit dem gesamten Wissen – das menschliche Genoms in Form von Genen in denen die DNS liegt.

Es gibt weiterhin die Post, Telefonnetz, Müllabfuhr und ganz besondere Organellen, die neben dem Zellkern eine eigene DNS haben, die Kraftwerke der Zelle – Mitochondrien.

Alle Organellen schwimmen in einer wässrigen Zelllösung, die als Cytosol bezeichnet wird.

Je nach Energiebedarf einer Zelle schwankt die Anzahl an Mitochondrien. Eine Fettzelle hat nur relativ wenige Mitochondrien etwa 200, aber Zellen die jede Menge Energie benötigen haben bis zu 3000 Mitochondrien pro Zelle.

Zu diesen Zellen mit hohem Energiebedarf zählen:

(Herz)-Muskelzellen

(Zentral)-Nervenzellen (Gehirn, das etwa 25% der gesamten Energie eines ruhenden Körpers benötigt – humaner Weltrekord!)

Leberzellen und

(Es gibt auch Zellen, die haben keine Mitochondrien, wie z.B. die Erythrozyten – die roten Blutkörperchen)

Mitochondrien haben darüber hinaus weitere Funktionen, die jede für sich lebensnotwendig sind aber der Reihe nach.

Der biochemische Vorgang mittels den die Mitochondrien die Zellen mit Energie versorgen wird als Atmungskette bezeichnet. Hier ist der Name Begriff! Kein anderer Vorgang steht so unmittelbar mit dem Leben in Verbindung wie die Atmung. 3 Minuten ohne Luft und unser Leben ist in ernster Gefahr. Mittels Atmung liefert uns dieser Vorgang die Energieform, also die Substanz mit der die Zelle ihren Energiebedarf «bezahlen» kann. Diese Substanz heißt ATP (Adenosin-Tri-Phosphat). [Traubenzucker oder Fett sind Energieträger, diese dienen dazu die passende Energieform, ATP bereitzustellen].

Die Atmungskette auch als innere Atmung bekannt ist letztlich ein Vorgang, bei dem Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser vereinigt werden. Wir kennen diesen Vorgang aus der Chemie, er wird als Knallgasreaktion bezeichnet und hier wird deutlich, es wird jede Menge Energie frei. Energie die letztlich Lebensfreude und Vitalität bedeutet, sofern das Mitochondrium gesund ist.

In der Technik wird die kontrollierte Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle realisiert. Aufgabe ist es, kontrolliert das Elektron des Wasserstoffs auf den Sauerstoff zu übertragen. Es wird Energie in Form von Wärme und Strom frei, der zum Antrieb genutzt werden kann.

Die Atmungskette funktioniert ähnlich, aber es muss eine Herausforderung überwunden werden. Die Zellmembran des Mitochondriums würde verbrennen, wenn das Elektron des «Wasserstoffs,» so wie in der Brennstoffzelle, in einem Schritt auf Sauerstoff übertragen würde. Deshalb wird das Elektron schrittweise auf Sauerstoff übertragen. Und genau in diesem Umstand liegen die Lösung und das Hauptproblem!

Natürlich wird kommt am Mitochondrium kein elementarer Wasserstoff vor, aber biochemisch ist es das selbe und zwar vereinfacht sind die Wasserstoffträger: reduziertes Niacin (Vitamin B3) und reduziertes Riboflavin (Vitamin B2), die während des biochemischen Abbaus der Hauptenergieträger, Kohlenhydrate und Fette, entstehen. Reduziert bedeutet, diese sind reich an Elektronen, die sie abgeben können an einen Partner der diese haben möchte. Abgabe von Elektronen bedeutet eine Oxidation und Aufnahme von Elektronen eine Reduktion. Sauerstoff nimmt die Elektronen auf, er ist der Elektronenacceptor und wird zu Wasser reduziert.

(O2 + 4 H+ +4e –> 2 H2O)

Aus der Gleichung wird ersichtlich, dass jedes eingeatmete Sauerstoffmolekül 4 e benötigt.

Zur Übertragung des Wasserstoffs aus den obengenannten Wasserstoffträgern (reduziertes Vitamin B3 und reduziertes Vitamin B2) muss nun ein Trick angewendet werden, damit die mitochondriale Zellmembran nicht verbrennt. Der Vorgang verläuft in mehreren Stufen an den sogenannten Atmungskettenkomplexen.

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