Das Mitochondrium

Das Mitochondrium wird umgangssprachlich auch das "Kraftwerk der Zelle" genannt. Das liegt daran, dass das Mitochondrium eine große Rolle in Energie-erzeugenden Prozessen wie dem Citratzyklus und der Atmungskette spielt. Das sind jedoch nicht die einzigen Aufgaben, die diese interessante Zellorganelle hat.

Wie ist ein Mitochondrium aufgebaut?

Betrachtet man das Mitochondrium, ohne dass man weiß, dass es sich um eine Zellorganelle handelt, könnte man es für eine eigenständige Zelle halten. Denn genau wie andere Zellen auch hat das Mitochondrium 2 Membranen sowie diverse eigene Zellorganellen.

Betrachten wir einmal den Aufbau anhand der Schema-Zeichnung genau:

1. Mitochondriale DNA: Hier sehen wir direkt das erstaunlichste, das diese Zellorganelle zu bieten hat: Nämlich ein eigenes ringförmiges Genom, das frei in der Matrix des Mitochondriums herumtreibt. Die DNA des Mitochondriums bietet zum größten Teil Informationen zum Bau von Einheiten, die für den Citratzyklus und die Atmungskette nötig sind. Die DNA ist meistens mehrfach vorhanden und unterliegt einem eigenen Replikations-Zyklus.
   
   Beim Thema Genetik wird das Mitochondrium besonders interessant, denn das Mitochondrium wird beinahe immer nur von der Mutter auf den Nachwuchs übertragen und damit auch die mitochondriale DNA, die immerhin zu 30 verschiedenen Krankheiten führen kann, wenn diese defekt ist.
   
   
2. Ribosomen: Ribosomen werden auch innerhalb des Mitochondriums dringend benötigt, denn sie gewährleisten die Replikation der mitochondrialen DNA. An ihnen werden die entsprechenden Basenpaare zu einem neuen Strang aneinander gereiht und miteinander verbunden.
   
   
3. Außenmembran: Genau wie die normale eukaryote (tierische) Zellmembran ist diese Membran semipermeabel, lässt also nur bestimmte "kleine" Moleküle durch, während größere Moleküle nur durch Ionen-Kanäle herein können. Die Außenmembran gibt dem Mitochondrium Schutz und hält die dem Mitochondrium eigenen Zellorganellen umschlossen.
   
   
4. Innere Membran: Die innere Membran des Mitochondriums hat eine größere Fläche als die äußere Membran, sodass sich im Innenraum "Falten" bilden, die so genannten Cristae. Da sich die chemischen Reaktionen des Citratzyklus' und der Atmungskette an der inneren Membran abspielen, bedeuten die "Falten" oder Cristae eine erhebliche Oberflächenvergrößerung. Durch sie kann die Effizienz der Energiegewinnung erheblich vergrößert werden.
   
   
5. Matrix: Die Flüssigkeit, mit der das Mitochondrium "gefüllt" ist, nennt man Matrix. Die Matrix enthält neben den Ribosomen, den DNA-Ringen und den Granula auch ATP-Synthese Moleküle sowie diverse Enzyme, die für den Citratzyklus und die Atmungskette nötig sind.
   
   
6. Cristae: Das Wort "Crista" stammt aus dem griechischen und bedeutet "Kamm". Die kammähnlichen Ausstülpungen der mitochondrialen inneren Membran werden Cristae genannt. An ihrer inneren Oberfläche laufen lebenswichtige Prozesse wie der Citratzyklus und die Atmungskette ab. Durch die Cristae wird eine Oberflächenvergrößerung erreicht, die die Effizienz der Energiegewinnung deutlich erhöht.
   
   
7. Granula: Sie sind die Speicher der Zelle - auch innerhalb des Mitochondriums. Es gibt verschiedene Arten von Granula, die meisten speichern Fette und Proteine sowie Pigmente und Sekrete.
   
   
8. ATP-Synthese-Partikel: Sie kommen gehäuft an Stellen vor, wo sich die Cristae nahe sind. Sie sind für den Ablauf des Citratzyklus' und der Atmungkette zuständig.
   
   
9. Membran-Zwischenraum: Der Raum zwischen der inneren und der äußeren Membran.

Was sind die Aufgaben des Mitochondriums?

• Energie-Gewinnung: Zwei lebenswichtige Prozesse laufen im Mitochondrium ab, der Citratzyklus und die Atmungskette. Beide Prozesse wandeln Zucker (Glukose und Fruktose) in eine chemisch verwertbare Art der Energie um, nämlich in ATP und NADH + H. Beide sind sehr energiereiche Verbindungen, die stabil die Energie speichern, bis sie benötigt wird.
  
  
• Speicher-Medium: Das Mitochondrium hält für noble Zwecke her wie die Calcium-Speicherung.
  
  
• Synthese: Mitochondrien sind außerdem in der Lage Eisen-Schwefel-Cluster zu synthetisieren.
  
  
• Bestimmung des Zelltods: Das Mitochondrium hat als letztes die überaus wichtige Aufgabe zu bestimmen, wann die Zelle, in der es sich befindet, stirbt. Es entscheidet dies natürlich nicht anhand des Zufalls, sondern danach, wie viele Nährstoffe und Hormone zur Verfügung stehen. Sind nicht genug da, sendet das Mitochondrium einen Botenstoff los, der zum Tod der Zelle führt.
  
  

Aufgaben zum Thema Mitochondrium:

1. Zeichne dir das Schema des Mitochondrium auf ein weißes Blatt ab und beschrifte die Zahlen (natürlich ohne Abgucken)!  :)
2. Erkläre nun in eigenen Worten, welche Aufgaben das Mitochondrium innerhalb der Zelle hat!
3. Stelle dir vor, eine Zelle würde all ihrer Mitochondrien beraubt! Was würde passieren?
4. Es gibt auch Zellen, die ohne Mitochondrien auskommen. Informiere dich im Internet (oder im Biobuch) und erkläre, wie Prokaryoten das Leben ohne Mitochondrien meistern!