Mitochondrien - Nutzen und Funktion

Zellen sind die Grundbestandteile lebender Organismen. Die beiden Haupttypen von Zellen sind prokaryotische und eukaryotische Zellen. Eukaryotische Zellen haben membrangebundene Organellen, die wesentliche Zellfunktionen erfüllen. Mitochondrien gelten als die "Kraftpakete" eukaryotischer Zellen. Was bedeutet, dass Mitochondrien die Stromproduzenten der Zelle sind. Diese Organellen erzeugen Kraft, indem sie Energie in Formen umwandeln, die von den Zellen nutzbar sind. Die zelluläre Atmung ist ein Prozess, der letztlich Brennstoff für die Aktivitäten der Zelle aus den Lebensmitteln erzeugt, die wir essen. Mitochondrien produzieren die Energie, die benötigt wird, um Prozesse wie Zellteilung, Wachstum und Zelltod durchzuführen.

Mitochondrien haben eine markante längliche oder ovale Form und sind durch eine Doppelmembran begrenzt. Die innere Membran ist gefaltet und schafft Strukturen, die als Cristae bekannt sind. Mitochondrien finden sich sowohl in tierischen als auch in pflanzlichen Zellen. Sie sind in allen Körperzelltypen gefunden worden, mit Ausnahme von reifen roten Blutkörperchen. Die Anzahl der Mitochondrien innerhalb einer Zelle variiert je nach Typ und Funktion der Zelle. Wie bereits erwähnt, enthalten rote Blutkörperchen überhaupt keine Mitochondrien. Das Fehlen von Mitochondrien und anderen Organellen in roten Blutkörperchen lässt Raum für die Millionen von Hämoglobinmolekülen, die benötigt werden, um Sauerstoff durch den Körper zu transportieren. Muskelzellen dagegen können Tausende von Mitochondrien benötigt, um die Energie für die Muskelaktivität bereitzustellen. Mitochondrien sind auch in Fettzellen und Leberzellen reichlich vorhanden.

Mitochondriale DNA

Mitochondrien haben ihre eigene DNA, Ribosomen und können ihre eigenen Proteine herstellen. Mitochondriale DNA (mtDNA) kodiert für Proteine, die am Elektronentransport und der oxidativen Phosphorylierung beteiligt sind, die in der zellulären Atmung auftreten. Bei der oxidativen Phosphorylierung wird Energie in Form von ATP innerhalb der mitochondrialen Matrix erzeugt. Proteine, die aus mtDNA synthetisiert werden, kodieren auch für die Produktion der RNA-Moleküle, die RNA und ribosomale RNA. Mitochondriale DNA unterscheidet sich von der DNA, die im Zellkern gefunden wird, da sie nicht über die DNA-Reparaturmechanismen verfügt, die dazu beitragen, Mutationen in der Kern-DNA zu verhindern. Infolgedessen hat mtDNA eine viel höhere Mutationsrate als Kern-DNA. Die Exposition gegenüber reaktivem Sauerstoff, der während der oxidativen Phosphorylierung entsteht, schädigt auch mtDNA. Mitochondrien sind durch eine Doppelmembran begrenzt. Jede dieser Membranen ist eine Phospholipid-Doppelschicht mit eingebetteten Proteinen. Die äußerste Membran ist glatt, während die innere Membran viele Falten hat. Diese Falten werden Cristae genannt. Die Falten erhöhen die "Produktivität" der zellulären Atmung, indem sie die verfügbare Oberfläche erhöhen. Innerhalb der inneren mitochondrialen Membran befinden sich eine Reihe von Proteinkomplexen und Elektronenträgermolekülen, die die Elektronentransportkette (ETC)bilden. Die ETC stellt die dritte Stufe der aeroben zellulären Atmung und das Stadium dar, in dem die überwiegende Mehrheit der ATP-Moleküle erzeugt wird. ATP ist die Hauptenergiequelle des Körpers und wird von Zellen verwendet, um wichtige Funktionen wie Muskelkontraktion und Zellteilung auszuführen.

Mitochondriale Räume

Die Doppelmembranen teilen das Mitochondrion in zwei verschiedene Teile, den Intermembranraum und die mitochondriale Matrix. Der Intermembranraum ist der schmale Raum zwischen der äußeren Membran und der inneren Membran, während die mitochondriale Matrix der Bereich ist, der vollständig von der innersten Membran umschlossen ist. Die mitochondriale Matrix enthält mitochondriale DNA (mtDNA), Ribosomen und Enzyme. Mehrere der Schritte in der zellulären Atmung, einschließlich der Citric Acid Cycle und oxidative Phosphorylierung treten in der Matrix aufgrund seiner hohen Konzentration von Enzymen auf.

Mitochondriale Reproduktion

Mitochondrien sind insofern halbautonom, als sie nur teilweise von der Zelle abhängig sind, um sich zu replizieren und zu wachsen. Sie haben ihre eigene DNA, Ribosomen, machen ihre eigenen Proteine und haben eine gewisse Kontrolle über ihre Fortpflanzung. Ähnlich wie Bakterien haben Mitochondrien kreisförmige DNA und replizieren sich durch einen Reproduktivprozess, der binären Spaltung. Vor der Replikation verschmelzen Mitochondrien in einem Prozess namens Fusion. Fusion ist notwendig, um die Stabilität zu erhalten, da ohne sie Mitochondrien kleiner werden, wenn sie sich teilen. Diese kleineren Mitochondrien sind nicht in der Lage, ausreichende Mengen an Energie, die für die richtige Zellfunktion benötigt wird, zu produzieren.

Andere wichtige eukaryotische Zellorganellen sind:

• Nucleus - beherbergt DNA und steuert Zellwachstum und Fortpflanzung
• Ribosomen - Hilfe bei der Produktion von Proteinen
• Endoplasmatisches Retikulum - synthetisiert Kohlenhydrate und Lipide
• Golgi Complex - produziert, speichert und exportiert zelluläre Moleküle
• Lysosomen - verdauen zelluläre Makromoleküle
• Peroxisomen - Entgiften den Alkohol, bilden Gallensäure, und brechen Fette.
• Cytoskelett - Netzwerk von Fasern, die die Zelle unterstützen.
• Cilia und Flagella - Zellanhängsel, die bei der zellulären Fortbewegung helfen.