Mitochondrien leicht erklärt
Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. Sie verwandeln die Energie aus der Nahrung in eine Form, mit der die Zelle tatsächlich arbeiten kann: ATP. Ohne sie stünde jede Muskelbewegung und jeder Gedanke still.
ATP — Adenosintriphosphat, die Energiewährung der Zelle.
Zellatmung — der Abbau von Glucose mit Sauerstoff.
Matrix — der Innenraum des Mitochondriums.
Cristae — die Einfaltungen der inneren Membran, sie vergrößern die Fläche.
Atmungskette — Enzymkomplexe in der inneren Membran, hier entsteht das meiste ATP.
Endosymbiontentheorie — die Erklärung, woher Mitochondrien stammen.
Warum sie zwei Membranen haben
Die äußere Membran ist glatt, die innere stark gefaltet. Diese Falten — die Cristae — vergrößern die Fläche um ein Vielfaches, und genau auf dieser Fläche sitzt die Atmungskette. Mehr Fläche heißt mehr ATP pro Zeit. Deshalb sind die Cristae in Herzmuskelzellen besonders dicht gepackt.
| Zelltyp | Mitochondrien je Zelle | Grund |
|---|---|---|
| Herzmuskelzelle | mehrere Tausend | schlägt lebenslang ohne Pause |
| Leberzelle | 1000–2000 | hoher Stoffwechselumsatz |
| Hautzelle | einige Hundert | geringer Energiebedarf |
| reifer Erythrozyt | keine | würde den transportierten Sauerstoff selbst verbrauchen |
Die Endosymbiontentheorie
Mitochondrien waren einst eigenständige Bakterien. Eine Urzelle nahm sie auf, verdaute sie aber nicht — beide profitierten und blieben zusammen. Vier Beobachtungen stützen das: Mitochondrien besitzen eigene ringförmige DNA, eigene Ribosomen vom Bakterientyp, zwei Membranen, und sie vermehren sich durch Teilung, unabhängig von der Zellteilung.
💬 Mia fragt Opa Theo
Wenn Mitochondrien mal Bakterien waren — leben sie dann noch?
Eigenständig nicht mehr. Der größte Teil ihrer Gene ist längst in den Zellkern gewandert. Ohne die Zelle wären sie verloren.
Warum erbt man Mitochondrien nur von der Mutter?
Weil die Eizelle sie mitbringt und die Spermienmitochondrien nach der Befruchtung abgebaut werden. Deshalb lässt sich damit die mütterliche Linie zurückverfolgen.
Mitochondrien stellen Energie her. Sie wandeln sie nur um — Energie wird nie erzeugt.
Mit Chloroplasten verwechselt. Chloroplasten binden Energie im Licht, Mitochondrien setzen sie frei.
Nur in Tierzellen. Pflanzenzellen haben beides.
Ein Mitochondrium pro Zelle. Es sind Hunderte bis Tausende, je nach Bedarf.
Nenne drei Belege für die Endosymbiontentheorie und erkläre, warum reife rote Blutkörperchen keine Mitochondrien besitzen.
Lösung anzeigen
Belege: eigene ringförmige DNA wie bei Bakterien, eigene Ribosomen vom
prokaryotischen Typ, doppelte Membran als Rest des Aufnahmevorgangs, sowie
selbständige Vermehrung durch Teilung. Drei davon genügen.
Reife Erythrozyten haben Zellkern und Mitochondrien abgebaut. Erstens schafft das
Platz für Hämoglobin, zweitens würden eigene Mitochondrien einen Teil des
transportierten Sauerstoffs selbst veratmen. Die Zelle deckt ihren geringen
Energiebedarf stattdessen über die anaerobe Glykolyse.
Wie in der Atmungskette ATP entsteht
Dass Mitochondrien ATP herstellen, ist schnell gesagt. Der Weg dorthin ist aber der elegantere Teil der Geschichte, denn die Zelle baut sich dafür buchstäblich ein Wasserkraftwerk.
In der stark gefalteten inneren Membran sitzt eine Reihe von Eiweißkomplexen, die Atmungskette. Aus dem Abbau der Nahrung kommen energiereiche Elektronen an, gebunden an die Transportmoleküle NADH und FADH2. Diese Elektronen werden von Komplex zu Komplex weitergereicht und geben bei jedem Schritt etwas Energie ab. Die Komplexe nutzen diese Energie nicht direkt für ATP, sondern um Protonen aus dem Innenraum des Mitochondriums in den Zwischenraum zwischen den beiden Membranen zu pumpen. Dort staut es sich: außen viele Protonen, innen wenige.
Die innere Membran ist für Protonen praktisch undurchlässig - bis auf eine einzige Stelle. Dort sitzt die ATP-Synthase, und sie funktioniert tatsächlich mechanisch: Der zurückströmende Protonenstrom bringt einen ringförmigen Teil des Eiweißes zum Rotieren, ungefähr hundert Umdrehungen pro Sekunde. Bei jeder Drittelumdrehung presst das Molekül ein ADP und ein Phosphat zusammen, und fertig ist ein ATP. Für ein einziges ATP müssen ungefähr drei bis vier Protonen hindurch. Am Ende der Kette nimmt Sauerstoff die verbrauchten Elektronen auf und wird zusammen mit Protonen zu Wasser - deshalb ist Sauerstoff für diesen Weg unverzichtbar, obwohl er selbst gar nicht am Energiegewinn beteiligt ist. Er räumt nur das Ende der Kette frei. Fällt er aus, staut sich alles zurück, die Elektronen kommen nicht mehr weg, und die ganze Kette steht still.
Jetzt ergibt auch die Bauform Sinn. Die Falten der inneren Membran, die Cristae, vergrößern die Fläche um ein Vielfaches - und je mehr Fläche, desto mehr Ketten und Turbinen passen hinein. Zellen mit hohem Dauerbedarf bauen deshalb besonders viele und besonders dicht gefaltete Mitochondrien. Eine Herzmuskelzelle besteht zu rund einem Drittel ihres Volumens aus Mitochondrien, eine Hautzelle nur zu einem kleinen Bruchteil.
Ein Mensch setzt täglich etwa so viel ATP um, wie er selbst wiegt — rund 60 bis 80 Kilogramm. Möglich ist das nur, weil jedes ATP-Molekül tausendfach am Tag wiederverwendet wird.
← Zurück zur Übersicht