Mitochondrien: Was sind sie, Eigenschaften und Funktionen?

Mitochondrien sind kleine Organellen finden sich in unseren Zellen und in denen praktisch aller eukaryontischen Organismen.

Ihre Funktion ist sehr wichtig für das Leben des Organismus, da sie eine Art Brennstoff sind, damit Stoffwechselprozesse im Zellinneren durchgeführt werden können.

Im Folgenden werden wir genauer sehen, was diese Organellen sind, was ihre Teile sind, ihre Funktionen und welche Hypothese aufgestellt wurde, um ihre Entstehung zu erklären.

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Was sind Mitochondrien?

Mitochondrien sind ein Organellen im eukaryontischen Zellinneren, die eine sehr wichtige Funktion für das Leben haben, da sie für die Energieversorgung der Zelle verantwortlich sind und ihr die Durchführung verschiedener Stoffwechselprozesse ermöglichen. Seine Form ist kreisförmig und gestreckt, mit mehreren Schichten und Rippen im Inneren, wo sie zusammenpassen. Proteine, die verschiedene Prozesse ermöglichen, um diese Energie in Form von ATP (Adenosin Triphosphat).

Diese Organellen können in unterschiedlicher Anzahl in der Zellumgebung vorkommen und ihre Menge hängt direkt mit dem Energiebedarf der Zelle zusammen. Deshalb ist je nach Gewebe, das die Zelle bildet, mit mehr oder weniger Mitochondrien zu rechnen. In der Leber beispielsweise, wo eine hohe Enzymaktivität vorliegt, besitzen Leberzellen oft mehrere dieser Organellen.

Morphologie

Das Mitochondrium ist, wie zu erwarten, eine sehr kleine Struktur mit einer Größe von 0,5 bis 1 μm (Mikrometer) im Durchmesser und bis zu 8 μm Länge, mit gestreckter, halbkugeliger Form, wie a fette Wurst.

Die Menge an Mitochondrien in der Zelle steht in direktem Zusammenhang mit ihrem Energiebedarf. Je mehr Energie benötigt wird, desto mehr Mitochondrien benötigt die Zelle. Die Gruppe der Mitochondrien wird als zelluläres Chondriom bezeichnet.

Mitochondrien sind von zwei Membranen mit unterschiedlichen Funktionen in Bezug auf die enzymatische Aktivität umgeben, getrennt in drei Räume: Zytosol (oder zytoplasmatische Matrix), Intermembranraum und mitochondriale Matrix.

1. Äußere Membran

Es ist eine äußere Lipiddoppelschicht, die für Ionen, Metaboliten und viele Polypeptide durchlässig ist. Enthält porenbildende Proteine, sogenannte Porine, die einen spannungsgesteuerten Anionenkanal bilden. Diese Kanäle ermöglichen den Durchgang von großen Molekülen von bis zu 5.000 Dalton und einem ungefähren Durchmesser von 20 Å (ngngström).

Vielmehr erfüllt die äußere Membran nur wenige enzymatische oder Transportfunktionen. Enthält zwischen 60 % und 70 % Protein.

2. Innere Membran

Die innere Membran besteht zu etwa 80 % aus Proteinen und ist im Gegensatz zu ihrem Gegenstück, der äußeren, porenlos und hochselektiv. Enthält viele Enzymkomplexe und transmembrane Transportsysteme, die an der Translokation von Molekülen beteiligt sind, das heißt, sie von einem Ort zum anderen zu bewegen.

3. Mitochondriale Kämme

Bei den meisten eukaryotischen Organismen erscheinen Mitochondrienleisten als abgeflachte, senkrechte Septen. Es wird angenommen, dass die Anzahl der Rippen in den Mitochondrien ein Spiegelbild ihrer zellulären Aktivität ist. Kämme stellen eine signifikante Vergrößerung der Oberfläche dar, so dass Proteine, die für verschiedene Prozesse nützlich sind, gekoppelt werden können die in den Mitochondrien stattfinden.

Sie sind an bestimmten Stellen mit der inneren Membran verbunden, an denen der Transport von Metaboliten zwischen den verschiedenen Kompartimenten der Mitochondrien erleichtert wird. In diesem Teil der Mitochondrien werden Funktionen des oxidativen Stoffwechsels ausgeführt, wie die Atmungskette oder die oxidative Phosphorylierung. Hier Wir können die folgenden biochemischen Verbindungen hervorheben:

• Die Elektronentransportkette, bestehend aus vier festen Enzymkomplexen und zwei beweglichen Elektronentransportern.
• Ein Enzymkomplex, der Wasserstoffionenkanal und die ATP-Synthase, der die Synthese von ATP (oxidative Phosphorylierung) katalysiert.
• Transportproteine, die den Durchgang von Ionen und Molekülen ermöglichen, zu den bemerkenswertesten gehören Fettsäuren, Brenztraubensäure, ADP, ATP, O2 und Wasser; kann hervorgehoben werden:

4. Zwischenmembranraum

Zwischen beiden Membranen befindet sich ein Raum, der eine dem Zytoplasma ähnliche Flüssigkeit mit hoher Konzentration enthält contains von Protonen, aufgrund des Pumpens dieser subatomaren Teilchen durch die Enzymkomplexe der Kette Atmung.

In diesem intramembranösen Medium befinden sich verschiedene Enzyme, die an der Übertragung der hochenergetischen Bindung von ATP. beteiligt sindB. Adenylatkinase oder Kreatinkinase. Darüber hinaus kann Carnitin gefunden werden, eine Substanz, die am Transport von Fettsäuren aus dem Zytoplasma in das mitochondriale Innere beteiligt ist, wo sie oxidiert werden.

5. Mitochondriale Matrix

Die mitochondriale Matrix, auch Mitosol genannt, enthält weniger Moleküle als Cytosol, obwohl Sie darin auch Ionen, zu oxidierende Metaboliten, zirkuläre DNA ähnlich der von Bakterien und einige finden können Ribosomen (Mytribosomen), die die Synthese einiger mitochondrialer Proteine ​​durchführen und tatsächlich RNA enthalten mitochondrial.

Es hat die gleichen Organellen wie frei lebende prokaryontische Organismen, die sich von unseren Zellen durch das Fehlen eines Zellkerns unterscheiden.

In dieser Matrix gibt es mehrere grundlegende Stoffwechselwege für das Leben, wie den Krebs-Zyklus und die Beta-Oxidation von Fettsäuren.

Fusion und Spaltung

Mitochondrien haben die Fähigkeit, sich relativ leicht zu teilen und zu verschmelzen, und dies sind zwei Aktionen, die ständig in Zellen stattfinden. Dies beinhaltet das Mischen und Teilen der mitochondrialen DNA jeder dieser Organelleneinheiten..

In eukaryontischen Zellen gibt es keine einzelnen Mitochondrien, sondern ein Netzwerk, das mit einer variablen Anzahl mitochondrialer DNA verbunden ist. Eine der möglichen Funktionen für dieses Phänomen besteht darin, synthetisierte Produkte von verschiedenen Teilen des Netzwerks zu teilen, lokale Defekte zu korrigieren oder einfach ihre DNA zu teilen.

Wenn zwei Zellen mit unterschiedlichen Mitochondrien verschmelzen, ist das Netzwerk der Mitochondrien, das aus der Vereinigung hervorgeht, nach nur 8 Stunden homogen. Da sich Mitochondrien ständig verbinden und teilen, ist es schwierig, die Gesamtzahl dieser Organellen in einer Zelle von a. zu bestimmen bestimmtes Gewebe, obwohl davon ausgegangen werden kann, dass die Gewebe, die am meisten arbeiten oder die meiste Energie benötigen, viele Mitochondrien haben werden Spaltungen.

Die mitochondriale Teilung wird durch Proteine ​​vermittelt, die den Dynaminen sehr ähnlich sind, die an der Vesikelbildung beteiligt sind. Der Punkt, an dem sich diese Organellen zu teilen beginnen, hängt stark von ihrer Interaktion mit dem endoplasmatischen Retikulum ab. Die Retikulummembranen umgeben das Mitochondrium, verengen es und spalten es schließlich in zwei Teile.

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Eigenschaften

Die Hauptfunktion der Mitochondrien ist die Produktion von ATP, das als Treibstoff für zelluläre Prozesse bekannt ist. Dennoch, sie führen auch einen Teil des Fettsäurestoffwechsels durch Beta-Oxidation aus und wirken zusätzlich als Kalziumspeicher.

Darüber hinaus wurde in der Forschung in den letzten Jahren diese Organelle mit Apoptose in Verbindung gebracht, dies ist Zelltod, zusätzlich zu Krebs und Alterung des Körpers und dem Auftreten von degenerativen Erkrankungen wie Parkinson oder Diabetes.

Einer der Vorteile von Gentests, die Mitochondrien bieten, ist ihre DNA, die direkt aus der mütterlichen Linie stammt. Forscher der Genealogie und Anthropologie verwenden diese DNA, um Stammbäume zu erstellen. Diese DNA wird aufgrund der sexuellen Fortpflanzung keiner genetischen Rekombination unterzogen.

1. ATP-Synthese

In den Mitochondrien wird das meiste ATP für nicht-photosynthetische eukaryotische Zellen produziert.

Sie verstoffwechseln Acetyl-Coenzym A, durch einen enzymatischen Kreislauf von Zitronensäure, und produziert Kohlendioxid (CO2) und NADH. NADH gibt Elektronen an eine Elektronentransportkette in der inneren Mitochondrienmembran ab. Diese Elektronen wandern, bis sie ein Sauerstoffmolekül (O2) erreichen, wodurch ein Wassermolekül (H2O) entsteht.

Dieser Elektronentransport ist an den von Protonen gekoppelt, die von der Matrix kommen und den Intermembranraum erreichen. Es ist der Protonengradient, der die Synthese von ATP dank der Wirkung einer Substanz namens ATP ermöglicht -Synthase, binden ein Phosphat an ADP und verwenden Sauerstoff als letzten Elektronenakzeptor (Phosphorylierung oxidativ).

Die Elektronentransportkette wird als Atmungskette bezeichnet, enthält 40 Proteine.

2. Fettstoffwechsel

Eine gute Menge an Lipiden in den Zellen ist der mitochondrialen Aktivität zu verdanken. Lysophosphatidsäure wird in den Mitochondrien produziert, aus dem Triacylglycerine synthetisiert werden.

Phosphatidinsäure und Phosphatidylglycerin werden ebenfalls synthetisiert, die für die Produktion von Cardiolipin und Phosphatidylethanolamin notwendig sind.

Der Ursprung der Mitochondrien: Zellen in Zellen?

1980 hat Lynn Margulis, eine der wichtigsten Frauen in der Wissenschaft, eine alte Theorie über den Ursprung dieser Organelle wiedererlangt und in eine endosymbiotische Theorie umformuliert. Nach seiner aktualisierten und auf wissenschaftlichen Erkenntnissen basierenden Version vor etwa 1.500 Millionen Jahren eine prokaryontische Zelle, also ohne Zellkern, konnte mit molekularem Sauerstoff als Oxidationsmittel Energie aus organischen Nährstoffen gewinnen.

Während des Prozesses fusionierte es mit einer anderen prokaryontischen Zelle oder mit den möglicherweise ersten eukaryontischen Zellen, die phagozytiert wurde, ohne verdaut zu werden. Dieses Phänomen basiert auf der Realität, da Bakterien gesehen wurden, die andere verschlingen, ohne deren Leben zu beenden. Die absorbierte Zelle ging mit ihrem Wirt eine symbiotische Beziehung ein und versorgte sie mit Energie in Form von ATP., und der Wirt sorgte für eine stabile und nährstoffreiche Umgebung. Dieser große gegenseitige Nutzen wurde gefestigt und wurde schließlich ein Teil davon, und dies sollte der Ursprung der Mitochondrien sein.

Diese Hypothese ist durchaus logisch, wenn man die morphologischen Ähnlichkeiten zwischen Bakterien, freilebenden prokaryotischen Organismen und Mitochondrien berücksichtigt. Beide haben zum Beispiel eine längliche Form, haben ähnliche Schichten und vor allem ist ihre DNA kreisförmig. Außerdem unterscheidet sich die mitochondriale DNA stark von der des Zellkerns, was den Eindruck erweckt, es handele sich um zwei verschiedene Organismen.

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