Bis jetzt müssen Sie mindestens eine Sache verstanden haben – wir werden Fakten über jede einzelne Komponente einer Zelle produzieren – sei es eine tierische Zelle oder eine pflanzliche Zelle. Wir haben bereits die Fakten über die Zellmembran und das Zytoplasma behandelt.

Es ist nun an der Zeit, zu den anderen Komponenten einer Zelle überzugehen. So haben wir beschlossen, mit Mitochondrien Fakten zu beginnen. Mitochondrien sind im Volksmund als das Kraftwerk der Zelle bekannt. Aber warum ist das so? Lassen Sie es uns herausfinden!

Während wir natürlich diese Frage beantworten werden, werden wir auch über verschiedene andere Fragen nachdenken, die normalerweise mit dieser wichtigen Zellorganelle verbunden sind. Fangen wir an…

Name Mitochondrien	Abgeleitet von zwei griechischen Wörtern – Mitos und Chondros. Mitos bedeutet Faden und Chondros bedeutet Körnchen
Farbe	Bräunlich rot – der einzige Teil der Zelle, der farbig ist
Größe	0.5 Mikrometer bis 1 Mikrometer in tierischen Zellen
Vorhanden in	Tier- und Pflanzenzellen
Vorhanden in	Alle eukaryotischen Zellen
Genom	Mitochondrien haben ihr eigenes Genom und ihre eigene DNA
mtDNA	Mitochondriale DNA ist zirkulär
Fähigkeit	Fähigkeit, sich bei Bedarf selbst zu teilen

1. Mitochondrien sind Organellen, die sich im Inneren einer Zelle befinden. Welche Art von Zelle? Es ist in jeder eukaryotischen Zelle vorhanden (eukaryotische Zellen sind diejenigen, die einen Zellkern haben, im Gegensatz zu prokaryotischen Zellen, die keinen Kern haben). Jede Zelle eines Körpers hat Mitochondrien.

2. In einer eukaryotischen Zelle befinden sich die Mitochondrien im Zytoplasma. Es ist wichtig zu wissen, dass der Begriff „Mitochondrien“ eigentlich ein Plural ist. Die Einzahl heißt „Mitochondrium“.

3. Das bringt uns zu einer sehr wichtigen Frage. Wie viele Mitochondrien sind in einer Zelle vorhanden? Nun, die Anzahl variiert. Die Anzahl der Mitochondrien in einer Zelle wird von zwei Faktoren bestimmt – der Art des betreffenden Organismus und der Art des betreffenden Gewebes.

4. Komplexe Organismen haben zum Beispiel mehr Mitochondrien in einer Zelle als weniger komplexe Organismen. Auch ein Gewebe im Körper eines Organismus bestimmt die Anzahl der Mitochondrien in jeder Zelle des Gewebes. Nicht klar? Lies weiter…

5. Mitochondrien sind als Kraftwerke einer Zelle bekannt. Sie produzieren die Energie, die eine Zelle benötigt, um ihre Funktionen auszuführen. Wenn ein Gewebe also darauf ausgelegt ist, viel Arbeit zu leisten (wie das Muskelgewebe beim Menschen), haben die Zellen in diesem Gewebe mehr Mitochondrien. Wie viele Mitochondrien sind nun in einer Zelle vorhanden? Die Anzahl kann von einem einzigen Mitochondrium in einer Zelle bis zu mehreren tausend Mitochondrien in einer einzigen Zelle reichen.

Interessante Fakten zu Mitochondrien: 6-10 | Struktur der Mitochondrien

6. Was die Struktur der Mitochondrien betrifft, so haben diese Organellen eine komplexe Struktur. Wenn man die Form und Größe der Mitochondrien wissen will, kann einem niemand eine richtige Antwort geben. Das liegt daran, dass Mitochondrien sowohl in ihrer Form als auch in ihrer Größe erheblich variieren können.

7. Aber im Allgemeinen haben Mitochondrien eine etwa ovale Form. Es ist jedoch interessant zu wissen, dass unabhängig von der Form und Größe die Gesamtstruktur der Organelle gleich bleibt. Jedes Mitochondrium besitzt eine Doppelmembran.

8. Die erste Membranschicht – gewöhnlich als Außenmembran bezeichnet – ist die Schutzschicht, die das Innere eines Mitochondriums schützt. Ganz gleich, ob ein Mitochondrium ein rundes, klecksartiges Aussehen hat oder die Form eines langen Stabs aufweist, die äußere Membran ist immer vorhanden. Diese äußere Membran ist glatt.

9. Innerhalb der äußeren Membran gibt es eine weitere Membran, die als innere Membran bezeichnet wird. Diese innere Membran ist einzigartig in dem Sinne, dass sie in anderen Zellorganellen nicht vorhanden ist. Und auch die innere Membran ist faltig und gefaltet. Sie faltet sich sogar mehrmals um!

10. Aber warum sind diese Falten überhaupt vorhanden? Warum kann die innere Membran nicht glatt sein wie die äußere Membran? Ausgezeichnete Frage! Hier ist die Antwort: Die Falten dienen dazu, die Oberfläche zu vergrößern.

Interessante Fakten zu Mitochondrien: 11-15 | Struktur der Mitochondrien

11. Wozu braucht man eine größere Oberfläche? Stellen Sie sich Ihr Klassenzimmer vor. Was passiert, wenn die Größe des Klassenzimmers verringert wird? Es können weniger Schüler in der Klasse untergebracht werden. Die Falten der inneren Membran vergrößern die Oberfläche und bieten mehr Platz für chemische Reaktionen.

12. Das heißt, es können mehr chemische Reaktionen ablaufen. Wäre die innere Membran glatt, wäre die Anzahl der chemischen Reaktionen, die stattfinden können, deutlich geringer, weil weniger Oberfläche zur Verfügung stünde. In diesem Zusammenhang müssen wir sagen, dass es viele chemische Reaktionen gibt, die auf der inneren Membran stattfinden.

13. Dann gibt es noch die Cristae im Inneren der Mitochondrien. Was sind das eigentlich für Dinger? Sie sind nichts anderes als die Falten, die von der inneren Membran der Mitochondrien gebildet werden. Diese Cristae vergrößern tatsächlich die Oberfläche.

14. Zwischen der äußeren Membran und der inneren Membran befindet sich ein Raum. Dieser Raum wird als Intermembranraum bezeichnet.

15. Der Raum zwischen den inneren Membranen ist mit einer Flüssigkeit gefüllt. Diese Flüssigkeit wird als Matrix bezeichnet. Die meisten Proteine, die im Inneren der Mitochondrien zu finden sind, befinden sich in der Matrix. Also nein, Matrix ist kein Film. Die Matrix besteht aus Wasser und Enzymen (im Grunde aus Proteinen).

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Interesting Mitochondria Facts: 16-20 | Funktion der Mitochondrien

16. Mitochondrien erzeugen Energie, die von den Zellen verwendet wird, um alle Funktionen auszuführen. Das bedeutet, dass alles, was ein Organismus tut, auf die von den Mitochondrien erzeugte Energie zurückzuführen ist. Das ist der Grund, warum die Mitochondrien als die Kraftwerke der Zellen bekannt sind.

17. Wie wird diese Energie erzeugt? Die Nahrung, die Organismen aufnehmen, enthält chemische Energie, die in nutzbare Energie umgewandelt werden muss. Das ist die Aufgabe der Mitochondrien. Die Kohlenhydrate (Glukose) und Fettsäuren, die von Organismen (wie uns) verzehrt werden, werden von Mitochondrien in chemische Energie umgewandelt.

18. Das Kohlenhydrat, das Organismen verbrauchen, wird zunächst in das sogenannte Pyruvat aufgespalten. Dies geschieht außerhalb der Mitochondrien. Dieses Pyruvat gelangt dann in die Mitochondrien. Fettsäuren hingegen gelangen direkt in die Mitochondrien.

19. Einmal in den Mitochondrien angekommen, werden Pyruvat und Fettsäuren in Acetyl-CoA umgewandelt. Acetyl-CoA ist eine Art Molekül, das von der Organelle (Mitochondrien) mithilfe der in der Matrix vorhandenen Enzyme hergestellt wird.

20. Sobald das Acetyl-CoA hergestellt ist, wird es zum Ausgangspunkt für eine zweite Art von chemischer Reaktion, die als „Zitronensäurezyklus“ bekannt ist. Der andere Name für diese zweite Art von chemischer Reaktion ist „Krebs-Zyklus“.

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Interessante Fakten über Mitochondrien: 21-25 | Funktion der Mitochondrien

21. Im Krebs-Zyklus des Zitronensäurezyklus werden die Kohlenstoffatome des Acetyl-CoA durch oxidativen Stoffwechsel (d.h. Stoffwechsel unter Verwendung von Sauerstoff) zur Erzeugung von CO2 (Kohlendioxid) verwendet. CO2 ist ein Abfallprodukt und wird daher aus der Zelle freigesetzt. Die wichtigste Aufgabe des Krebs-Zyklus ist die Erzeugung von sehr energiereichen Elektronen.

22. Die hochenergetischen Elektronen reduzieren dann zwei Enzyme namens NAD+ und FAD und wandeln sie in NADH und FADH2 um, die ebenfalls Enzyme sind. Dabei ist zu beachten, dass NAD+ und NADH Koenzyme sind. Auch FAD und FADH2 sind Koenzyme. Sie werden als Koenzyme bezeichnet, weil das erstere die oxidierte Form und das letztere die reduzierte Form ist. NAD+ und FAD sind also oxidierte Formen, während NADH und FADH2 reduzierte Formen sind.

23. Die Trägerenzyme (die reduzierten Formen, d.h. NADH und FADH2) werden dann von der Matrix der Mitochondrien zur inneren Membran der Mitochondrien transportiert. Sobald sie die innere Membran erreicht haben, beginnt eine dritte chemische Reaktion. Diese chemische Reaktion wird als Oxidative Phosphorylierung bezeichnet.

24. Bei der Oxidativen Phosphorylierung geben die Trägerenzyme die Elektronen ab. Sobald sie die energiereichen Elektronen abgeben, kehren sie in ihren oxidativen Zustand zurück, d.h. NAD+ und FAD. Die freigesetzten Elektronen passieren dann die Elektronen-Transport-Kette (in der inneren Membran der Mitochondrien) und gehen zum Sauerstoff (der der letzte Elektronenempfänger ist).

25. Innerhalb der Elektronentransportkette gibt es nun mehrere Elektronenakzeptoren. Diese Akzeptormoleküle entziehen den hochenergetischen Elektronen allmählich ihre Energie, was als kontrollierte Freisetzung von freier Energie bezeichnet wird.

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Interessante Fakten zu Mitochondrien: 26-30 | Funktion der Mitochondrien

26. Wenn die energiereichen Elektronen die Elektronentransportkette durchlaufen und Energie verlieren, erzeugen sie ein sogenanntes „elektrochemisches Gefälle“ an der inneren Membran der Mitochondrien.

27. Es ist dieser elektrochemische Gradient, der die gesamte Energie (die den Elektronen entzogen wird) für die Produktion von Adinosintriphosphat (ATP) liefert. ATP-Moleküle sind im Grunde die Energiemoleküle, die von den Zellen verwendet werden.

28. Die Energie im elektrochemischen Gradienten wird für die Umwandlung von Adinosin-Diphosphat (eine organische Verbindung) und Pi (anorganisches Phosphat) in ATP (eine organische Verbindung) verwendet.

29. Für diese Umwandlung von ADP + Pi in ATP werden 5 verschiedene Enzymkomplexe der Atmungskette (die die Elektronentransportkette bilden) verwendet. Von diesen 5 Komplexen werden die ersten 4 für den Transport von Elektronen bis hin zum molekularen Sauerstoff verwendet, den die Organismen einatmen. Der letzte Komplex (d. h. der 5. Komplex) ist derjenige, der ADP + Pi in ATP umwandelt. Sie fragen sich, wie diese 5 Komplexe heißen? Sie heißen:

• Komplex I (NADH-Dehydrogenase)
• Komplex II (Succinat-Dehydrogenase)
• Komplex III (Cytochrom-c-Reduktase)
• Komplex IV (Cytochrom-c-Oxidase)
• Komplex V (ATP-Synthase)

30. Eine weitere Funktion der Mitochondrien ist die Kontrolle der Kalziumionenkonzentration (Ca2+) in den Zellen. Zu diesem Zweck müssen die Mitochondrien und das Endoplasmatische Retikulum sehr eng zusammenarbeiten, um die Kalziummenge im Zytosol zu begrenzen. Zu den weiteren Funktionen der Mitochondrien gehören:

• Sie steuern den Zellzyklus.
• Sie steuern das Zellwachstum.
• Sie sind an der Signalübertragung beteiligt.
• Sie sind auch am Prozess der Zelldifferenzierung beteiligt.
• Sie sind am Prozess des Zelltods beteiligt.

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Interessante Fakten über Mitochondrien: 31-35 | DNA der Mitochondrien

31. Hier ist eine der verblüffendsten Mitochondrien-Fakten für Sie! Mitochondrien haben ihre eigene DNA, die von der DNA des Organismus, in dessen Zellen sich die Mitochondrien befinden, getrennt ist. Sie haben auch ihre eigenen Ribosomen!

32. Die DNA der Mitochondrien befindet sich zusammen mit den Ribosomen in der Matrix der Mitochondrien.

33. Die mitochondriale DNA oder mtDNA ist für die Synthese von Proteinen für ihren eigenen Gebrauch verantwortlich, ohne andere Komponenten der Zellen zu verwenden. Die mtDNA ist ein kreisförmiger Strang.

34. Dieser kreisförmige DNA-Strang der Mitochondrien ermöglicht es ihnen, sich schnell zu teilen, indem sie zunächst größer werden und sich dann teilen, um die Anzahl der Mitochondrien in einer Zelle zu erhöhen. Dies geschieht, wenn die Zellen mehr Energie benötigen. Wenn der Energiebedarf der Zellen sinkt, sterben die überschüssigen Mitochondrien einfach ab.

35. Das Vorhandensein von separater mitochondrialer DNA oder mtDNA hat viele Wissenschaftler zu der Annahme veranlasst, dass Mitochondrien separate symbiotische Bakterien sind, die im Inneren der Zellen leben. Tatsächlich ist das mitochondriale Genom dem bakteriellen Genom sehr ähnlich.

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Interessante Mitochondrien-Fakten: 36-40 | Mitochondrien Wissenswertes

36. Viele Wissenschaftler sagen, dass Mitochondrien Endosymbionten sind. Was bedeutet das? Die Theorie besagt, dass es vor vielen Millionen Jahren, als sich das erste Leben auf der Erde entwickelte, keinen Sauerstoff gab. Daher nutzten die ersten Organismen die anaerobe Atmung. Sie waren nicht effizient in der ATP-Produktion.

37. Einige Millionen Jahre später kamen Pflanzen und Bäume hinzu und produzierten Sauerstoff. Zu diesem Zeitpunkt entstanden primitive eukaryotische Zellen mit aerober Atmung. Sie waren effizient in der ATP-Produktion. Diese eukaryotischen Zellen wurden dann von anderen eukaryotischen Wirtszellen verschluckt, die auf anaerobe Atmung angewiesen waren.

38. Anstatt diese neue Art von eukaryotischen Zellen, die zur aeroben Atmung fähig waren, zu verdauen, machten die Wirtszellen sie zu ständigen Mitgliedern und begannen eine symbiotische Beziehung, in der die verschluckten Zellen sehr effizient ATP produzierten und es den Wirtszellen ermöglichten, das ATP zu nutzen. Im Gegenzug stellten die Wirtszellen den verschluckten Zellen eine konstante Nahrungsquelle zur Verfügung (Proteine, die im Zellkern von den Genen kodiert und dann im Zytosol synthetisiert und schließlich an die Mitochondrien weitergeleitet werden).

39. Spermien haben Mitochondrien, die für die Beweglichkeit der Spermien verantwortlich sind. Sobald ein Spermium jedoch die Eizelle befruchtet, werden die Mitochondrien der Spermien zerstört. Das bedeutet, dass die mtDNA, die in den Nachkommen gefunden wird, eigentlich von der Seite der Mutter stammt. In sehr seltenen Fällen wird mtDNA von einem Mann in die Nachkommenschaft gelangen.

40. Mitochondrien haben eine bräunlich-rote Farbe. Wenn es in der menschlichen Haut kein Melanin gäbe, hätte der Mensch die Farbe der Mitochondrien, denn der einzige farbige Teil in einer Zelle sind die Mitochondrien.

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