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MitochondriumZoomA-Z

Fachgebiet - Zellbiologie

Das Mitochondrium ist das eukaryontische Organell, in dem alle Zellatmungsfunktionen, d.h. der Citrat-Cyclus, die Elektronentransportkette und die oxidative Phosphorylierung, zusammengefasst sind. Da also die Mehrzahl der biochemischen Reaktionen des Energie-Stoffwechsels in den Mitochondrien lokalisiert ist, werden sie bildhaft auch als die "Kraftwerke" der Eukaryonten-Zelle bezeichnet.

Die Zahl an Mitochondrien je Zelle hängt stark vom Zelltyp ab: Während Leberzellen etwa 1.000 Mitochondrien enthalten, finden sich in großen Oocyten (Eizellen) einiger Tiere mehr als 100.000. Dagegen weisen viele Protozoen nur ein einziges sehr großes Mitochondrium auf. Die durchschnittlichen Dimensionen eines Mitochondriums entsprechen etwa denen von typischen Bakterienzellen. Gemäß der Endosymbionten-Theorie sind die Mitochondrien aus Vorfahren der heutigen α-Proteobakterien hervorgegangen.

Mitochondrien verfügen ebenso wie Plastiden über eine doppelte Hüllmembran. Die innere Membran beinhaltet die Enzyme der Atmungskette, die ATP-Synthase-Komplexe und zahlreiche Transportsysteme für niedermolekulare Metabolite. Die Oberfläche der inneren Membran wird durch Einstülpungen, die so genannten Cristae, stark vergrößert. Der von der inneren Membran umschlossene Raum wird als Mitochondrien-Matrix bezeichnet. Hier befinden sich unter anderem die Enzyme des Citrat-Cyclus und der β-Oxidation von Fettsäuren.

Mitochondrien besitzen eigene DNA (so genannte mtDNA), die als ringförmiges Molekül in der Matrix liegt, und damit auch ein eigenes Genom (Chondrom). Die Größe der Mitochondrien-DNA schwankt zwar beträchtlich in Abhängigkeit des Organismus: z.B. umfasst mtDNA aus Hefe ca. 78.000 Basenpaare (bp), während menschliche mtDNA nur etwa 16.500 bp groß ist. Die Zahl der codierten Gene ist allerdings überall ungefähr gleich und beläuft sich auf etwa 5 % der mitochondrial lokalisierten Proteine. Alle anderen Proteine werden durch das Zellgenom codiert.

Abb.1
Animierter Schnitt durch ein Mitochondrium
© Wiley-VCH

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Eukaryontische ZelleLevel 130 min.

BiochemieBiologische GrundlagenZellmorphologie

In dieser Lerneinheit werden die wichtigsten Bestandteile einer eukaryontischen Zelle erläutert.

Oxidative PhosphorylierungLevel 290 min.

BiochemieStoffwechselEnergiestoffwechsel

Diese Lerneinheit gibt einen Überblick über die mitochondrialen Elektronentransport-Reaktionen und deren Kopplung mit der ATP-Biosynthese. Diese Prozesse werden allgemein unter den Begriffen Atmungskette oder oxidative Phosphorylierung zusammengefasst. Die molekularen Zusammensetzungen, die drei-dimensionalen Anordnungen und die Funktionsweisen der an den Redox- und Phosphorylierungsreaktionen beteiligten Protein-Kofaktorkomplexe werden vorgestellt. Ein Einblick in die Mitchell-Theorie (chemiosmotische Theorie) wird gegeben. Ferner wird auf klinisch-biochemische Bezüge hingewiesen, indem auf einige Krankheitsbilder eingegangen wird, die im Zusammenhang mit genetischen Veränderungen in den an der Atmungskette und dem Metabolismus von Sauerstoff-Derivaten beteiligten Proteinen auftreten.

PflanzenernährungLevel 260 min.

BiochemieBiologische GrundlagenAllgemeine biologische Grundlagen

In dieser Lerneinheit werden die Grundlagen der pflanzlichen Ernährung erläutert.

Zellaufbau und ZellorganellenLevel 160 min.

BiochemieBiologische GrundlagenZellmorphologie

Anhand von Abbildungen und Animationen und einer umfangreichen Literatursammlung sowie ausgewählten Links wird in die Cytologie eingeführt.