Aufbau: Eine Matrix, zwei Zellmembranen
Mitochondrien, die „Kraftwerke“ der Zellen, sind in ihrer Form oval bis rund, werden aber stets von zwei Zellmembranen umhüllt. Deshalb gehören sie zu den sogenannten Organellen („Orgänchen“), die strukturell abgegrenzt sind. In ihrem Inneren befindet sich ein variabler Matrixraum, der die Erbinformation speichert.
Größe: Maximale Länge beträgt einen Mikrometer
Das Mitochondrium hat eine Länge von etwa einem Mikrometer (µm). In der Zelle kann ein großes Mitochondrium existieren, es können aber auch viele kleine sein. Rote Blutkörperchen des Menschen enthalten beispielsweise gar keine Mitochondrien, während in einer einzigen stoffwechselintensiven Leberzelle 2000 und mehr vorkommen. Dort werden ihre Funktionen als Energieproduzenten besonders deutlich. Die äußere Membran gewährleistet den Stoffaustausch in der Zelle und schützt zugleich das Mitochondrium. Sie verfügt über spezielle Proteine, mit denen verschiedene Substanzen aufgenommen und abgegeben werden können. Die innere Membran der Mitochondrien ist stark gefaltet, wodurch sich ihre Oberfläche erheblich vergrößert. In den Falten liegen viele für die Atmung zuständige Proteine.
Definition: Die Umwandlung von Enzymen schafft Energiereserven
Ihrer Aufgabe als Energielieferanten kommen die Mitochondrien mit der Bildung von Adenosintriphosphat (ATP) nach. Diese Vorgänge spielen sich in der inneren Membran ab. Die dort nebeneinander lagernden Enzyme bilden so etwas wie eine Kette, die Elektronen transportieren kann. ATP ist dabei ein Nebenprodukt, das hauptsächlich aus dem starken Konzentrationsgefälle der Protonen entsteht. Dieses Gefälle begünstigt die Aufspaltung der Enzyme unter anderem in das Adenosintriphosphat als hauptsächlichen Energieträger für alle Zellen. ATP unterstützt als wichtigste Energiequelle aller Lebewesen direkt die Synthese organischer Moleküle, den physischen Stofftransport durch Biomembranen und schließlich auch das Bewegen von Muskeln.
ATP macht die Zellwände für Nährstoffe durchlässig
Die Mitochondrien kommen auf Grund ihrer energetischen Zweckbestimmung besonders häufig in Muskel-, Nerven- und Sinneszellen vor. Ohne diese Kraftzentren in den Zellen ist keine Nerven- und Gehirntätigkeit, kein Herzschlagen möglich. Sie sind der Ort, an dem Fette und Kohlenhydrate verbrannt werden, die durch Nahrung aufgenommen wurden. So entstehen energiereiche Elektronen, die Körper und Geist immer wieder auf das Neue stärken. Das Adenosintriphosphat übernimmt in diesem Prozess die Speicherung der Energievorräte. Diese stammen zu einem wesentlichen Teil aus Zucker, der durch die Nahrung in den Körper gelangt ist. In Glukose umgewandelt, kann er die Zellmembranen durchdringen und steht als Energiespender zur Verfügung. Gleichzeitig bildet die Glukose eine molekulare Grundlage für das ATP.
Stärken: Abbau von Fettsäuren, Speicher des Kalziums
Die Umwandlungsprozesse können inner- und außerhalb der Mitochondrien, mit oder ohne Sauerstoff stattfinden. Das System ohne Sauerstoff ist die Glykolyse und spielt sich im Zytoplasma ab. Mit Sauerstoff findet die Umwandlung von Energiestoffen an der inneren Membran des Mitochondriums statt. Die Mitochondrienmatrix bietet darüber hinaus Räume für spezielle Enzyme, welche für den Abbau von Fettsäuren sorgen. Auch für den komplexen Zitronensäurezyklus sind die Mitochondrien wichtig. Sie dienen außerdem als Speicher von Kalzium. Gelagerte Kalziumionen können sie jederzeit wieder abgeben, wenn es für das Funktionieren der Zelle erforderlich ist.
Die mitochondriale DNA ist ringförmig
Mitochondrien besitzen eine eigene DNA. Die mitochondriale DNA (mtDNA) hat eine ringförmige Struktur. In der Matrix des Mitochondriums befinden sich außerdem Ribosomen. Schätzungsweise enthält das Mitochondriengenom etwa ein Prozent der gesamten Erbinformation eines Menschen.
Medizin: Defekte Strukturen beeinträchtigen den Stoffwechsel
Defekte Mitochondrien können mögliche Ursachen von rund 50 Krankheiten sein, die vorrangig mit Beeinträchtigungen des Stoffwechsels zusammenhängen. Solche Erkrankungen werden auf Grund der Zweiteilung der Mitochondrien aus sich selbst begünstigt.
