Wie entstehen Mitochondrien (bio)?

2 Antworten

Hi,

eine halbe Seite sagst du? das lässt sich doch hinkriegen. 

Die Frage ist im Präsens gestellt "wie 'entstehen' Mitochondrien?" das kann sich also nur auf das aktuelle Geschehen beziehen, nicht auf die Vergangenheit, wie sie einst entstanden sein könnten ("Endosymbiontenhypothese").

Du beginnst mit einer Einleitung und gehst dann auf die Entstehung über, man sagt dazu auch "Biogenese", warum wird später deutlich.

Mitochondrien sind ca. 0,5 - 1 µm (Mikrometer) große Zellorganellen der Energieumwandlung. Abbauzwischenprodukte des oxidativen Abbaus der Brennstoffmoleküle (z.B. Zucker: Glukose ---> Pyruvat) werden in den Mitochondrien ab dem Pyruvat vollständig, unter Reduktion von molekularem Sauerstoff (O2) zu Kohlenstoffdioxid (CO2) abgebaut. Dabei entsteht durch die Reduktion des Sauerstoffs auch Wasser (2 H2O pro O2). Der oxidative Abbau der Brennstoffmoleküle (z.B. Zucker) ermöglicht die Herstellung energiereicher Verbindungen ("ATP"), die der Zelle bereitgestellt werden. Diesen Vorgang nennt man "Atmung" bzw. "Zellatmung". Die Mitochondrien sind also die "Kraftwerke" der Zelle.

Sauerstoff als finaler Elektronenakzeptor ist für ihr Funktionieren unabdingbar. Nur deswegen atmen wir (gemeint ist hier die äußere Atmung "Luft holen", hier wird der gleiche Begriff verwendet, jedoch meint er den Sauerstofftransport aus der Luft zu den Mitochondrien und den Abtransport von CO2 von den Mitochondrien an die Luft, damit die Zellatmung ununterbrochen weiterlaufen kann). Wir atmen sozusagen für die Mitochondrien. Das muss man sich einmal klarmachen, dann kennt man den Wert dieser Zellorganellen. Sie sind eine Art "Schalter", der uns an- oder ausknipsen kann. Nimmt man z.B. ein Gift auf, welches ihre Funktion an einer Stelle blockiert (z.B. Zyankali, blockiert den letzten Schritt der Elektronentransportkette zum Sauerstoff, am "Komplex IV", "Cytochromoxidase"), wird die Atmungskette komplett lahmgelegt und das ist für uns tödlich.

Die Entstehung der Mitochondrien unterscheidet sich von derjenigen anderer Zellorganellen darin, dass Mitochondrien nur aus bestehenden Mitochondrien durch Wachstum und Teilung hervorgehen und nicht de novo (d.h. nicht durch Neubildung aus anderen Zellstrukturen) entstehen können. Aus dem Grunde spricht man auch von "Biogenese" der Mitochondrien (s.o.) und nicht unbedingt von "Entstehung", da letzerer Begriff missverstanden werden könnte, in dem Sinne, dass sie de novo entstehen würden. "Biogenese" meint die Entstehung aus ihresgleichen durch Teilung und ist daher biologisch korrekter. 

Die genetische Information der Mitochondrien ist auf zwei Genomen ("Genbestände") enthalten. Dem mitochondrialen Genom und dem Genom des Zellkerns. Das Mitochondrium wird also sowohl durch eigene Information als auch durch Information der Zelle gesteuert. Das mitochondriale Genom besteht aus einer zirkulären (ringförmig geschlossenen) DNA, ähnlich wie bei den Bakterien.

Die Mitochondrien enthalten ihr eigenes Transkriptionssystem für die Umsetzung der genetischen Information, also die Herstellung von RNA und eigene Ribosomen für die Proteinbiosynthese. Der Mechanismus der RNA- und Proteinsynthese ähnelt dem der Bakterien. Dies spricht für die sog. "Endosymbiontenhypothese", eine Vermutung, die besagt, dass die Mitochondrien einst eigenständige Lebensformen gewesen sein könnten, die in die Zelle, sozusagen als "Untermieter", dauerhaft aufgenommen wurden. Für die (fossile) mitochondrienlose Zelle war das ein echter Glücksgriff, da sie selbst über die Stoffwechselleistung der Mitochondrien nicht verfügte. 

Die Kontrolle über die Biogenese der Mitochondrien hat über die Jahrmillionen weitestgehend der Zellkern übernommen. Bei uns Menschen sind z.B. mindestens 90 Gene des Zellkerns an der Biogenese von Mitochondrien beteiligt. Ein Teil der Proteinsynthese der vom Cytoplasma der Zelle in die Mitochondrien hinein importierten Proteine, erfolgt an freien Ribosomen des Cytoplasmas, also in der Zelle. Die im Zellkern codierten Proteine enthalten dazu eigens sog. Signalsequenzen, die den Import in das Mitochondrium ermöglichen (signalisieren) und anschließend abgespalten werden.

Wie man sieht, ist mittlerweile der Grad der Verflechtung und gegenseitigen Abhängigkeit so hoch, dass beide Mitochondrien / Zelle nicht mehr getrennt lebensfähig wären. 

Für uns würde der Verlust der Mitochondrien den Zusammenbruch des Energiestoffwechels (-gewinns) bedeuten. 1 Molekül Glucose bringt mit den Mitochondrien 38 Moleküle der Energieträgers ATP, ohne Mitochondrien nur 2 Moleküle ATP. Das wäre etwa vergleichbar, als würde man einen kleinen Wagen mit 20 PS nachträglich auf die Leistung eines Lamborghinis tunen. Die Mitochondrien geben uns Luxus, täglich die power zu zeigen, bei allem was wir machen. Gruß, Cliff

brauch mehr über die Entstehung als um dem Aufbau 🤔

0

Was möchtest Du wissen?