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Mitochondrien: Stromerzeuger in Zellen

Zellen sind die Grundbestandteile lebender Organismen. Die zwei Haupttypen von Zellen sind  prokaryotische und eukaryotische Zellen. Eukaryontische Zellen haben membrangebundene  Organellen  , die wesentliche Zellfunktionen erfüllen. Mitochondrien  gelten als „Kraftwerke“ eukaryotischer Zellen. Was bedeutet es zu sagen, dass Mitochondrien die Stromerzeuger der Zelle sind? Diese Organellen erzeugen Strom, indem sie Energie in Formen umwandeln, die von der  Zelle verwendet werden können. Mitochondrien befinden sich im  Zytoplasma und sind die Orte der  Zellatmung. Die Zellatmung ist ein Prozess, der letztendlich aus den Lebensmitteln, die wir essen, Kraftstoff für die Aktivitäten der Zelle erzeugt. Mitochondrien produzieren die Energie, die für Prozesse wie Zellteilung. Wachstum und  Zelltod erforderlich ist  .

Mitochondrien haben eine charakteristische längliche oder ovale Form und sind durch eine Doppelmembran begrenzt. Die innere Membran ist gefaltet, wodurch Strukturen entstehen, die als  Kristalle bekannt sind . Mitochondrien kommen sowohl in  tierischen als auch in pflanzlichen Zellen vor. Sie kommen in allen  Körperzelltypen vor. mit Ausnahme der reifen  roten Blutkörperchen. Die Anzahl der Mitochondrien innerhalb einer Zelle variiert je nach Art und Funktion der Zelle. Wie bereits erwähnt, enthalten rote Blutkörperchen überhaupt keine Mitochondrien. Das Fehlen von Mitochondrien und anderen Organellen in roten Blutkörperchen lässt Platz für die Millionen von Hämoglobinmolekülen, die für den Sauerstofftransport durch den Körper benötigt werden. Andererseits können Muskelzellen Tausende von Mitochondrien enthalten, die zur Bereitstellung der für die Muskelaktivität erforderlichen Energie benötigt werden. Mitochondrien sind auch in Fettzellen  und  Leberzellen reichlich   vorhanden.

 

Mitochondriale DNA

Mitochondrien haben ihre eigene  DNARibosomen  und können ihre eigenen  Proteine ​​herstellenMitochondriale DNA (mtDNA)  kodiert für Proteine, die am  Elektronentransport  und der oxidativen Phosphorylierung beteiligt sind, die bei der Zellatmung auftreten. Bei der oxidativen Phosphorylierung wird Energie in Form von ATP in der mitochondrialen Matrix erzeugt. Aus mtDNA synthetisierte Proteine ​​kodieren auch für die Produktion der RNA-Moleküle  Transfer-RNA  und ribosomale RNA.

Mitochondriale DNA unterscheidet sich von DNA im  Zellkern dadurch,  dass 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 erzeugt wird, schädigt auch die mtDNA.

 

Mitochondrien-Anatomie und Reproduktion

Tierisches Mitochondrion
Mariana Ruiz Villarreal

 

Mitochondriale Membranen

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 aufweist. Diese
Falten werden Cristae genannt . Die Falten erhöhen die „Produktivität“ der Zellatmung, indem sie die verfügbare Oberfläche vergrößern. Innerhalb der inneren Mitochondrienmembran befinden sich eine Reihe von Proteinkomplexen und Elektronenträgermolekülen, die die Elektronentransportkette (ETC) bilden . Das ETC repräsentiert die dritte Stufe der aeroben Zellatmung und die Stufe, in der 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 Mitochondrium in zwei verschiedene Teile: den Intermembranraum und die Mitochondrienmatrix . Der Zwischenmembranraum ist der enge Raum zwischen der Außenmembran und der Innenmembran, während die Mitochondrienmatrix der Bereich ist, der vollständig von der innersten Membran umschlossen ist. Die mitochondriale Matrix enthält mitochondriale DNA (mtDNA), Ribosomen und Enzyme. Einige der Schritte in der Zellatmung, einschließlich des Zitronensäurezyklus und der oxidativen Phosphorylierung, treten in der Matrix aufgrund ihrer hohen Konzentration an 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, stellen ihre eigenen Proteine ​​her und haben eine gewisse Kontrolle über ihre Reproduktion. Ähnlich wie Bakterien haben Mitochondrien zirkuläre DNA und replizieren sich durch einen Fortpflanzungsprozess, der als binäre Spaltung bezeichnet wird. Vor der Replikation verschmelzen die Mitochondrien in einem als Fusion bezeichneten Prozess. Die Fusion ist erforderlich, um die Stabilität aufrechtzuerhalten, da die Mitochondrien ohne sie kleiner werden, wenn sie sich teilen. Diese kleineren Mitochondrien sind nicht in der Lage, ausreichend Energie zu produzieren, die für eine ordnungsgemäße Zellfunktion benötigt wird.

 

Reise in die Zelle

Andere wichtige eukaryotische Zellorganellen sind:

  • Nucleus – beherbergt DNA und steuert das Zellwachstum und die Zellreproduktion.
  • Ribosomen – unterstützen die Produktion von Proteinen.
  • Endoplasmatisches Retikulum  – synthetisiert Kohlenhydrate und Lipide.
  • Golgi Complex  – produziert, lagert und exportiert zelluläre Moleküle.
  • Lysosomen  – verdauen zelluläre Makromoleküle.
  • Peroxisomen  – entgiften Alkohol, bilden Gallensäure und bauen Fette ab.
  • Zytoskelett  – Netzwerk von Fasern, die die Zelle unterstützen.
  • Zilien und Flagellen  – Zellanhänge, die die Fortbewegung der Zellen unterstützen.

Quellen

  • Encyclopædia Britannica Online, sv „Mitochondrion“, abgerufen am 07. Dezember 2015, http://www.britannica.com/science/mitochondrion.
  • Cooper GM. Die Zelle: Ein molekularer Ansatz. 2. Auflage. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. Mitochondrien. Verfügbar unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9896/.

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