Das Mitochondrium

ABI-Skizze:
Funktion der Mitochondrien:
  • Ort der Zellatmung
  • ATP- Gewinnung durch oxidativen Abbau der Glukose
  • "Kraftwerk" der Zelle
Atmungsgleichung:(Bruttogleichung)
Wdh. Dissimilation: Die aus der Glykolyse stammende Brenztraubensäure (Pyruvat) wird in die Matrix aufgenommen, wo durch oxidative Decarboxylierung zunächst aktivierte Essigsäure (+CO2+NADH2) entsteht. Diese wird im Zitronensäurezyklus schrittweise unter CO2-Abspaltung und Bildung von NADH2 (=Übertragung von Wasserstoff(elektronen) auf das Coenzym NAD) zerlegt. Der coenzymgebundene Wasserstoff wird nun an der Innenmembran des Mitochondriums auf Redoxenzyme übertragen. Dabei wird der Wasserstoff in H+-Ionen und Elektronen getrennt. Die e- werden auf einer Transportkette von Redoxenzymen weitergereicht (=Atmungskette) und werden an deren Ende auf den eingeatmeten Sauerstoff übertragen (H2O-Synthese). Mit der hierbei freigewordenen Energie werden die H+-Ionen(=Protonen) aus der Matrix in den Zwischenmembranraum gepumpt und dort angereichert. Dieser H+-Ionen-Gradient wird nun wie eine "Turbine" zur ATP-Synthese benutzt: Die einströmenden H+-Ionen werden durch spezifische Ionenkanäle in der Innenmembran geleitet, in denen die ATP-Synthase die Energie der zurückfließenden H+-Ionen zur Synthese von ATP benutzt. Die Innenmembran der Mitochondrien koppelt also den Elektronentransport mit der ATP-Synthese.
Das Grundprinzip der aeroben Energiegewinnung besteht also darin, dass den aufgenommenen Nährstoffen (Kohlenhydrate, Fette und Proteine) Elektronen entzogen werden, um diese dann als Energiequelle zur ATP-Synthese zu verwenden.

stark vereinfachtes Schema: 

Abbau der Nährstoffe im aeroben Energiestoffwechsel:
Gewinnung von chemischer Energie
(ATP) durch Abbau von Glukose mit Sauerstoff

Die Zellatmung ist der Funktionskomplex aus Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette.

Bruttogleichung:

C6H12O6+6H2O+6O2 à
12H2O+6CO2 (+38ATP)

Gärung:
Gewinnung chemischer Energie (ATP) durch Abbau von Glukose ohne Sauerstoff
(anaerobe Energiegewinnung)
z.B. Milchsäure-Gärung:

C6H12O6 à 2 C3H6O3 (+2ATP)

Besonderheiten:
 1) Mitochondrien werden nur von der Mutter vererbt, da die väterlichen Mitochondrien im Spermium bei der Befruchtung nicht in die Eizelle gelangen! Deshalb ist mitochondriale DNA ideal für die Erforschung mütterlicher Verwandtschaftslinien.
(siehe "EVA"-Hypothese in der Humanevolution)

2) In den Mitochondrien findet man DNA und Ribosomen. Man nimmt deshalb an, dass M. ursprünglich freilebende Einzeller waren. (Endosymbionten-Hypothese)

Fragen:
1) Warum ist die Innenmembran der Mitochondrien so stark gefaltet?
2) Welche Zelltypen besitzen besonders viele Mitochondrien?
3) Nennen Sie 3 biologische Prozesse, die besonders viel ATP verbrauchen.
4) Erythrocyten haben weder einen Zellkern noch Mitochondrien. Auf welche Art der ATP-Gewinnung sind sie  deshalb angewiesen? Welches Lebenskennzeichen fehlt ihnen?
Lösungsvorschlag:

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