Eine Mitochondrie ist eine Organelle , die alle Eigenschaften eines prokaryotischen Organismus besitzt , von einer Doppelmembran umgeben ist , die jeweils aus einer Phospholipid-Doppelschicht besteht und in den meisten eukaryotischen Zellen vorkommt (selten oder in Erythrozyten nicht vorhanden ). Ihr Durchmesser variiert im Allgemeinen zwischen 0,75 und 3 um, während ihre allgemeine Form und Struktur extrem variabel ist. Es gibt bis zu 2.000 pro Zelle und sie sind bevorzugt in zellulären Bereichen lokalisiert, die ATP verbrauchen. Sie ermöglichen die Produktion von ATP , verschiedenen metabolischen Cofaktoren ( NADH , FADH 2 ) und sind an verschiedenen Prozessen wie Kommunikation , Differenzierung , Apoptose und Regulation des Zellzyklus beteiligt . Mitochondrien sind auch mit bestimmten menschlichen Krankheiten wie geistiger Behinderung , Herzproblemen verbunden und spielen eine wichtige Rolle im Alterungsprozess .
Mitochondrien sind unter Lichtmikroskopie unsichtbar , wenn sie nicht mit biologischen Farbstoffen ( Rhodamin 123 und Janusgrün B ) angefärbt werden . Ihre detaillierte Untersuchung erfordert das Elektronenmikroskop, das eine viel bessere Auflösung hat.
Die endosymbiotische Theorie erklärt das Vorhandensein von Mitochondrien in eukaryotischen Zellen durch den Einbau oder die Endozytose eines α-Proteobakteriums in eine Wirtszelle vor mehreren Milliarden Jahren. Die DNA der Mitochondrien unterscheidet sich daher von der des Kerns und wird im Allgemeinen von der Mutter übertragen .
Der Begriff Mitochondrien stammt aus dem Altgriechischen μίτος ( Mitos ), was "Faden" bedeutet, und χόνδρος ( Chondros ), was "Granulat" bedeutet.
Mitochondrien werden oft als „Kraftwerke“ von Zellen bezeichnet, da sie den größten Teil der Produktion von zellulärem ATP durch β-Oxidation , den Krebszyklus und die Atmungskette als Teil des Prozesses ausmachen . Durch die oxidative Phosphorylierung ist ATP allgegenwärtig das Energiemolekül verwendet in einer Vielzahl von chemischen Reaktionen des Stoffwechsels , einschließlich des Anabolismus ( Biosynthese ). Zusätzlich zu ihrer Rolle im zellulären Energiestoffwechsel sind Mitochondrien auch an der Signalübertragung , Differenzierung und dem Tod von Zellen sowie an der Kontrolle des Zellzyklus und des Zellwachstums beteiligt. Diese Prozesse beeinflussen wiederum die Biogenese der Mitochondrien. Sie wurden auch mit verschiedenen menschlichen Krankheiten in Verbindung gebracht, wie Mitochondrienkrankheiten und verschiedenen Herzkrankheiten .
Mehrere Eigenschaften der Mitochondrien machen sie zu besonderen Organellen. Ihre Anzahl pro Zelle variiert erheblich je nach Art , Gewebe und Zelltyp (die Mitochondrien werden als Chondriom bezeichnet). Somit sind die roten Blutkörperchen der Blutkörperchen (RBCs) völlig frei von Mitochondrien. Thrombozyten enthalten sehr wenig davon, während Leber- und Muskelzellen mehr als 2.000 enthalten können. Diese Organelle besteht aus mehreren Kompartimenten, die auf verschiedene physiologische Funktionen spezialisiert sind: der äußeren Mitochondrienmembran , dem mitochondrialen Intermembranraum , der inneren Mitochondrienmembran und der mitochondriale Matrix . Mitochondriale Proteine hängen von den betrachteten Arten und Geweben ab. Beim Menschen enthalten Herzmitochondrien mindestens 615 verschiedene Arten von Proteinen, während bei Ratten 940 identifiziert wurden. Das mitochondriale Proteom wird vermutlich dynamisch reguliert.
Schließlich haben Mitochondrien ein eigenes Genom , das als Mitochondriengenom bezeichnet wird und dessen DNA viele Analogien zum Genom von Bakterien aufweist .
Es gibt ungefähr 300 bis 2000 Mitochondrien pro Zelle. Mitochondrien haben einen Durchmesser von 0,75 bis 3 μm und eine Länge von bis zu 10 μm . Sie bestehen aus zwei Membranen , einer äußeren Mitochondrienmembran und einer inneren Mitochondrienmembran , die drei Medien abgrenzen: das extra-mitochondriale Medium ( Zytoplasma der Zelle ), den mitochondrialen Intermembranraum und die mitochondriale Matrix .
Die äußere Mitochondrienmembran enthält die gesamte Organelle und ist etwa 6-7,5 nm dick . Sein Massenverhältnis Protein / Phospholipid ähnelt den Plasmamembranen der Zellen von Eukaryoten und liegt im Allgemeinen nahe bei 1: 1.
Es enthält eine große Anzahl integraler Membranproteine, die Porine genannt werden und wässrige Kanäle bilden, die es hydrophilen Molekülen mit weniger als 5 kDa ermöglichen , frei durch die Lipiddoppelschicht zu diffundieren : Anionen , Kationen , Fettsäuren , Nukleotide . Die Membran ist jedoch für H & sub2; -Ionen undurchlässig.
Massivere Proteine können in die Mitochondrien gelangen, wo eine Signalsequenz an ihr N- terminales Ende gebunden ist, wodurch diese Proteine an eine Translokase der äußeren Membran binden können, wodurch ihr aktiver Transport durch die Membran sichergestellt wird.
Die äußere Membran enthält auch Enzyme, die an so unterschiedlichen Aktivitäten wie der Biosynthese von Fettsäuren (insbesondere an der Konstitution der meisten Lipide ), der Oxidation von Adrenalin (einem Hormon und einem Neurotransmitter ) und dem Abbau von Tryptophan (einer proteinogenen Aminosäure) beteiligt sind ). Dazu gehören Monoaminoxidase , Rotenon unempfindlich NADH - Cytochrom c - Reduktase , Kynurenin 7,8-Hydroxylase und Acyl-CoA - Synthetase .
Durch das Aufbrechen der äußeren Membran können sich Proteine aus dem mitochondrialen Intermembranraum in das Cytosol ausbreiten , was zum Zelltod führt. Dazu gehören die Cytochrom C .
Die äußere Mitochondrienmembran kann mit der endoplasmatischen Retikulummembran in einer Struktur assoziiert sein , die als MAM ( Mitochondrien-assoziierte ER- Membran ) bezeichnet wird. Diese Struktur spielt in gewisser Weise eine wichtige Rolle bei der Signalübertragung von Kalzium durch die Zellen und ist am Transfer von Lipiden zwischen dem ER und den Mitochondrien beteiligt.
Der mitochondriale Intermembranraum , manchmal auch als perimitochondrialer Raum bezeichnet, wird von der äußeren und inneren Mitochondrienmembran begrenzt. Da die äußere Membran durchlässig ist , kleine Moleküle , die Konzentration der chemischen Spezies wie Osen und einige Ionen im wesentlichen die gleiche in dem Intermembranraum , wie im Cytosol .
Aufgrund der Undurchlässigkeit der Außenmembran für H⁺-Ionen ist der Zwischenmembranraum mit Protonen aus Stoffwechselprozessen gesättigt, die in der Matrix stattfinden. Von Procaspasen und Cytochrom c , die an der Apoptose beteiligt sind, sind in signifikanter Menge im Zwischenmembranraum vorhanden.
Die Proteine , die eine sequenzspezifische Signalübertragung tragen, können durch die äußere Membran transportiert werden, so dass sich die Proteinzusammensetzung im Intermembranraum im Vergleich zum Cytosol unterscheidet.
Die innere Mitochondrienmembran ist in Graten strukturiert, die für Mitochondrien, lamellare und röhrenförmige Invaginationen charakteristisch sind, die auf das Innere der Matrix gerichtet sind und durch Elektronenmikroskopie oder Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungsmikroskopie beobachtet werden können .
Sie beherbergen die Enzyme der Atmungskette , der ATP-Synthase , der Permeasen und der Elektronentransportketten .
Die Morphologie der Grate hängt wesentlich von der Anwesenheit der ATP-Synthase ab, die die Versorgung der Zelle mit ATP sicherstellt. Die Anzahl und Form der Grate variiert je nach Aktivität der Mitochondrien ( hoher Energiebedarf , Oxidation von Fettsäuren ).
Es besteht aus 3/4 Proteinen und 1/4 Lipiden. Seine Oberfläche ist aufgrund der Grate bis zu dreimal größer als die der Außenmembran. Die innere Membran enthält mehr als 151 verschiedene Polypeptide , sie beherbergt etwa 1 ⁄ 8 aller Proteine in den Mitochondrien. Daher ist die Lipidkonzentration niedriger als die der äußeren Doppelschicht und ihre Permeabilität ist geringer.
Die innere Membran weist insbesondere ein doppeltes Phospholipid, Cardiolipin , auf, das durch vier Fettsäuren substituiert ist . Cardiolipin ist im Allgemeinen charakteristisch für Mitochondrienmembranen und bakterielle Plasmamembranen . Im menschlichen Körper ist es hauptsächlich in Regionen mit hoher Stoffwechselaktivität oder hoher Energieaktivität wie kontraktilen Kardiomyozyten im Myokard vorhanden .
Aus einer Doppelschicht unterschiedlicher Zusammensetzung passieren vorwiegend Protein, Moleküle, Ionen und Proteinkomplexe hauptsächlich Membrantransporter. Somit werden Proteine durch die komplexe Translokase der inneren Membran (en) ( TIM ) oder des Oxa1-Proteins transportiert.
Funktion und StoffwechselIm Gegensatz zur äußeren Membran enthält sie keine Porine , sondern Permeasen , wodurch der Co-Transport von H + -Ionen und -Molekülen sichergestellt wird.
Somit werden Proteine durch die komplexe Translokase der inneren Membran (en) ( TIM ) oder des Oxa1-Proteins transportiert. Somit ermöglicht der TIM 23- Komplex den Eintritt von Proteinen, die sich im Intermembranraum in der inneren Membran und in der mitochondrialen Matrix befinden . Der TIM 22- Komplex ermöglicht die Insertion von Proteinen in die innere Membran und insbesondere von Proteinen mit mehreren Transmembrandomänen. Oxa-Proteine ermöglichen den Austritt der Matrix für bestimmte Proteine mitochondrialen Ursprungs.
Die Proteine der inneren Mitochondrienmembran erfüllen viele physiologische Funktionen:
Die Mitochondrienmatrix ist der Raum, der in der inneren Mitochondrienmembran enthalten ist . Es enthält etwa zwei Drittel des gesamten Proteins in den Mitochondrien. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Produktion von ATP mit Hilfe der in der inneren Membran enthaltenen ATP-Synthase . Es enthält eine sehr konzentrierte Mischung aus Hunderten verschiedener Enzyme (die hauptsächlich am Abbau von Fettsäuren und Pyruvat beteiligt sind ), mitochondrienspezifischen Ribosomen , Transfer-RNA und mehreren Kopien der DNA des mitochondrialen Genoms .
Mitochondrien haben ihr eigenes Genom sowie die enzymatische Ausrüstung, die für die Durchführung ihrer eigenen Proteinbiosynthese erforderlich ist . Die Sequenz des menschlichen Mitochondriengenoms besteht aus 16.569 Basenpaaren , die 37 Gene codieren : 22 Transfer- RNA , 2 ribosomale RNA und 13 Polypeptide . Die 13 menschlichen mitochondrialen Peptide werden in die innere Mitochondrienmembran integriert mit Proteinen , die durch Gene kodiert in dem sich Nukleus der Zelle.
Eine Mitochondrie kann nur durch das Wachstum und die Teilung einer anderen bereits vorhandenen Mitochondrie entstehen. Normalerweise verdoppeln sich die Mitochondrien vor der Zellteilung in ihrer Masse und teilen sich dann in zwei Hälften. Diese Teilung beginnt mit dem Auftreten einer Teilungsnut auf der inneren Membran. Es findet während der gesamten Interphase statt und erfordert die Intervention des DRP1-Proteins (in der Nähe von Dynamin ). Die Replikation der DNA der Mitochondrien ist nicht auf das beschränkt S Phase des Zellzyklus . Die Anzahl der Mitochondrien pro Zelle wird durch die Zellaktivität reguliert. Beispielsweise enthält eine ruhende Muskelzelle 5 bis 10 Mal weniger Mitochondrien als eine permanent aktivierte Muskelzelle.
Die Tatsache, dass Mitochondrien wie Chloroplasten eine eigene DNA haben , weist auf einen exogenen Ursprung hin. Molekulare Studien zeigen, dass Mitochondrien aus der Endosymbiose stammen, es gibt vor etwa 2 Milliarden Jahren eine α-Proteobakterie in der Größenordnung von Rickettsiales , bei der viele Parasiten intrazellulär verpflichtet sind, wie die Arten Rickettsia (einschließlich der Typhusgruppe ) und Wolbachia (die infizieren) Arthropoden und Nematoden ). Die endosymbiontischen Theorie über den Ursprung der Mitochondrien wurde von entwickelt und argumentiert Lynn Margulis in 1966 , dann wurde es durch die Entdeckung der spezifischen DNA der Mitochondrien in den unterstützten 1980 . Es scheint, dass die ursprüngliche DNA der Bakterien während der Evolution verschiedene Entwicklungen durchlaufen hat, eine große Anzahl von Genen verloren hat und manchmal in die DNA der Wirtszelle übertragen wurde. Gleichzeitig mit dieser Übertragung der Synthese bestimmter Proteine auf den Wirt hat dieser ein Arsenal von Translokasen entwickelt, Enzymen, die die Übertragung dieser Proteine auf die mitochondriale Matrix ermöglichen.
Wissenschaftler haben diese Hypothese aufgestellt, weil:
Eine Studie legt nahe, dass eine Symbiose zwischen Asgardarchaeota , heterotrophen und abstoßenden Wasserstoff sowie anderen reduzierten Verbindungen und auf den Wasserstoffstoffwechsel spezialisierten α-Proteobakterien der Endosymbiose vorausgegangen wäre.
Nach der endosymbiotischen Theorie haben Mitochondrien einen einzigartigen monophyletischen Ursprung . Eine primitive prokaryotische Zelle hätte vor etwa 1,5 bis 2 Milliarden Jahren einen Endosymbionten integriert , als die primitive Atmosphäre mit Sauerstoff angereichert wurde. Phylogenetische Studien zeigen, dass dieser Endosymbiont mit Alphaproteobakterien verwandt ist , dem nächsten Verwandten der Mitochondrien, von dem derzeit bekannt ist, dass er Rickettsia prowazekii ist , ein obligater intrazellulärer Parasit (d. H. Ein Bakterium, das nur in den Zellen seines Wirts überleben, gedeihen und sich vermehren kann), wobei letztere verwendet werden Ressourcen). Während der Evolution wäre der Großteil der Gene des ursprünglichen Endosymbionten verloren gegangen oder auf den Kern der eukaryotischen Wirtszelle übertragen worden. In der Tat zeugen die vielen im Genom vorhandenen mitochondrialen Pseudogene von einem Transferprozess während der gesamten Evolution.
Das genetische Material ( mitochondriale DNA ) der Mitochondrien (das neben dem Zellkern der einzige Teil tierischer Zellen ist, der über eine eigene DNA verfügt ) wird häufig in der phylogenetischen Forschung verwendet . Das humane mitochondriale Genom (mtDNA) ist zirkulär, es fehlen Introns und es besteht aus 16.569 Basenpaaren (kleines Genom), darunter 13 Cistrons , die Messenger-RNAs codieren , 22 Gene , die Transfer-RNAs codieren , und 2 Gene, die ribosomale RNAs codieren .
Das mitochondriale Genom kann von Spezies zu Spezies sehr unterschiedlich sein, es ist extrem dynamisch und oft heteroplasmatisch, das heißt, dass verschiedene Formen innerhalb derselben Zelle koexistieren. Es kann in kreisförmiger oder linearer, doppel- oder einzelsträngiger Form gefunden werden. Dieses Genom hat 5 bis 10 Kopien in den Mitochondrien. Diese verschiedenen Formen sind unter anderem die Produkte der Replikation des mitochondrialen Genoms durch einen Rolling-Circle-Mechanismus, aber auch eines rekombinationsabhängigen Replikationsmechanismus, ähnlich der Replikation des T4-Phagen . Mitochondriale Genome werden normalerweise in einer Kreisform dargestellt, dem "Hauptkreis", der dem Molekül entspricht, das das Genom am besten beschreibt.
Mitochondriale Ribosomen oder Mitoribosomen unterscheiden sich von Ribosomen in der Zelle: Sie sind kleiner (70S statt 80S).
Der für die Proteinsynthese verwendete genetische Code kann sich von dem für die cytosolische Synthese verwendeten unterscheiden . Bei Wirbeltieren haben 4 von 64 Codons eine andere Bedeutung, einschließlich des UGA-Codons, das im Cytosol als Stopcodon transkribiert wird, in der UGA-Matrix jedoch als Tryptophan (Trp / W) transkribiert wird. AGG und AGA codieren ein STOP-Codon anstelle von 'ein Arginin (Arg / R) und AUA codiert Methionin (Met / M) anstelle von Isoleucin (Ile / I). Mitochondriale DNA kann sich ebenfalls replizieren.
Bei Tieren könnten während der sexuellen Fortpflanzung die Mitochondrien der Spermatozoon in die Eizelle gelangen , aber die Anzahl der so übertragenen Mitochondrien bleibt im Vergleich zu den bereits in der Eizelle vorhandenen sehr gering. Die Mitochondrien des Spermatozoons verbleiben auf dem Flagellum, das durch Autophagie zerstört wird, wenn sich das Sperma in der Eizelle befindet. Mit anderen Worten, fast alle Mitochondrien in der Eizelle stammen vom weiblichen Gameten. Die Untersuchung der menschlichen mitochondrialen DNA ermöglicht es daher, die genealogischen Beziehungen zwischen Individuen nur nach dem mütterlichen Weg zu verfolgen. Einige Studien konnten daher ein mitochondriales Genom der Vorfahren beschreiben, von dem alle mitochondrialen Genome der Menschheit abstammen. Das angebliche weibliche Individuum, das dieses Genom trug, wurde als Mitochondrienabend bezeichnet . Dieser biblische Begriff bleibt jedoch irreführend. Es ist in der Tat sehr unwahrscheinlich, dass die Menschheit einen einzigen weiblichen Vorfahren hat. Neuere Studien, die den Transfer von Mitochondrien aus Spermien während der Befruchtung belegen, stellen diese Theorie in Frage.
Der genetische Code der Mitochondrien unterscheidet sich von dem des Kerns. In der Tat codiert das AUA-Codon ein Isoleucin im Kern und ein Methionin in den Mitochondrien. Das UGA-Codon ist ein Stopcodon (das die Translation stoppt), codiert jedoch Tryptophan in den Mitochondrien.
In grünen Pflanzen ist die mitochondriale DNA viel größer und sehr unterschiedlich groß. Sie codiert etwa sechzig bekannte Proteine, obwohl in Pflanzen und Tieren die überwiegende Mehrheit der mitochondrialen Proteine im Kerngenom codiert ist. Das mitochondriale Genom und das Chloroplastengenom enthalten Introns vom Typ II ( Introns der Gruppe II ). Typ- II- Introns haben einen evolutionären Ursprung mit dem Spleißosom . Diese Typ- II- Introns haben eine Sequenz, die während der Evolution degeneriert ist, und viele haben die Fähigkeit verloren, sich selbstständig zu spleißen. Sie benötigen Faktoren, die im Kern codiert sind, um gespleißt zu werden, und manchmal auch Faktoren, die in diesen Organellen codiert sind (sogenannte Reifasen).
Das mitochondriale Proteom ist der Satz von Proteinen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in den Mitochondrien einer eukaryotischen Zelle vorhanden sind. Das Proteom ist ein dynamischer Satz, der zeitlich (betrachteter Moment: Entwicklungsstadium, morgens oder abends) und räumlich (betrachtete Probe: Zelle, Gewebe, Organismus) definiert ist. Um alle Proteine zu beschreiben, die zu irgendeinem Zeitpunkt im Leben des Organismus in Mitochondrien vorhanden sein können, wird der Begriff Gesamtproteom verwendet.
Das mitochondriale Proteom besteht aus Proteinen, die in den Mitochondrien produziert und im mitochondrialen Genom kodiert werden, und Proteinen, die im Zytoplasma produziert und im Kerngenom kodiert werden. Die meisten enzymatischen Komplexe (Beispiel: ATP-Synthase) werden durch Nebeneinander von Polypeptiden gebildet, die in den Mitochondrien und im Cytosol (der inneren Flüssigkeit der Zelle) synthetisiert werden .
Obwohl Mitochondrien Nachkommen von Bakterien sind, sind nicht alle Proteine in ihrem Proteom bakteriellen Ursprungs. So haben in Hefe 50 bis 60% der mitochondrialen Proteine Homologe in Prokaryoten, während 40 bis 50% dies nicht tun.
Es ist interessant festzustellen, dass sich Mitochondrien dank der Assoziationen der Proteine Kinesin und Dynein in Mikrotubuli bewegen können.
Je nach Organismus werden 1 bis 10% der mitochondrialen Proteine von den Mitoribosomen aus der mitochondrialen DNA direkt in der Matrix synthetisiert .
Mitochondriale Proteine, die ein prokaryotisches Homolog besitzen, resultieren wahrscheinlich aus dem Transfer von Genen vom Endosymbionten zum Kern, während Proteine, die nicht homolog zu prokaryotischen Proteinen sind, aus einem Phänomen der "Anreicherung" des mitochondrialen Proteoms durch neue Proteine und damit neuer Proteine resultieren .
Die vom Kerngenom (oder den mitochondrialen Kernproteinen) codierten mitochondrialen Proteine werden durch verschiedene mögliche Mechanismen in die mitochondriale Matrix importiert :
Der Potentialunterschied auf beiden Seiten der Membran kann dazu führen, dass Proteine die Matrix passieren.
Die Größe des menschlichen mitochondrialen Proteoms wird auf über tausend Proteine geschätzt, von denen etwa 1% vom mitochondrialen Genom (13 Proteine) kodiert werden, von denen die Hälfte derzeit identifiziert wird. Nur 13 Proteine werden von mitochondrialer DNA kodiert , einem Überbleibsel des Endosymbiontengenoms . Alle anderen Proteine werden durch die codierten Kerngenom .
Es gilt als das „Kraftwerk“ der Zelle, da dort die letzten Phasen des Atemzyklus stattfinden, in denen die Energie organischer Moleküle aus der Verdauung ( Glukose ) in Energie umgewandelt wird, die direkt von der Zelle ( ATP ) genutzt werden kann. . In Abwesenheit von Sauerstoff nutzt die Zelle die Fermentation im Zytoplasma, um die für ihre Funktion erforderliche Energie zu erzeugen. Es handelt sich jedoch um ein viel weniger effizientes System, das das Substrat unvollständig abbaut. Die erhöhte Konzentration von H + -Ionen in Muskelzellen ist einer der Gründe für Müdigkeit nach anstrengender Aktivität. In der Tat verändern diese H + -Ionen den intrazellulären pH-Wert und tatsächlich die enzymatischen Betriebsbedingungen der Zelle, die nicht mehr richtig funktionieren können.
In den Mitochondrien finden die letzten beiden Phasen der Zellatmung statt : der Krebszyklus (in der Matrix ) und die Elektronentransportkette (auf der Ebene der inneren Membran). In der Tat umfasst die Herstellung von ATP drei Hauptstufen:
Während dieser 3 Stufen über den Krebs - Zyklus (also unter aeroben Bedingungen ), die Mitochondrien erlaubt, von einem Zuckermolekül, die theoretischen Erzeugung von 36 oder 38 ATP - Moleküle (dies hängt von der Shuttle verwendet , um die NAD der Glykolyse zu transportieren) - in In der Praxis ist die Ausbeute etwas geringer und liegt nahe bei etwa dreißig ATP-Molekülen pro oxidierter Glucosemolekül. Einige Studien ergaben einen Wert von 29,85 ATP / Glucose .
Das Acetyl-CoA kann auch durch Umwandlung des Acetoacetyl-CoA aus der Umwandlung von Ketonkörpern erhalten werden, die von der Leber aus Fettsäuren hergestellt werden (Fasten-Keton-Diät). Im Falle des Gehirns hat diese Energieversorgungskette den Vorteil, dass die Blut-Hirn-Schranke ohne Adjuvans (Insulin oder spezifische Proteine) passiert wird, was sie langfristig modifizieren und Entzündungsmechanismen verhindern kann, die aus der schlechten Qualität der Lebensmittel resultieren. Darüber hinaus ist die Energieversorgung schneller und effizienter (bessere Verfügbarkeit, keine Glykolyse).
Mitochondrien sind an der Apoptose (Zelltod) mit Cytochrom c beteiligt . Darüber hinaus haben sie auch eine Funktion der Konzentration und Speicherung von Calcium-, Natrium- und Kaliumionen, wo sie in Form von opaken Granulaten gespeichert werden. Gold, Eisen und Osmium werden ebenfalls gefunden.
Die Ergebnisse einer 2018 veröffentlichten Studie von INSERM-Forschern legen nahe, dass Mitochondrien eine Temperatur von 50 ° C oder mindestens 10 ° C über der Körpertemperatur erreichen können, was vielversprechende Möglichkeiten zur Bekämpfung bestimmter Krankheiten eröffnen könnte. Temperaturheterogenitäten innerhalb der Zelle werden jedoch normalerweise als unmöglich angesehen, wobei frühere Studien einen Temperaturunterschied zwischen der Zelle und den Mitochondrien von nur einem Tausendstel Grad nahe legen. Eine kritische Lektüre der INSERM-Studie legt nahe, dass das Vorhandensein eines Temperaturunterschieds von 10 ° C über einige Mikrometer zu einem unangemessenen Energieverbrauch für die Zelle führen würde. Schließlich könnten diese kontroversen Ergebnisse auf eine Fehlinterpretation der fluoreszierenden molekularen Sonde zurückzuführen sein, deren Fluoreszenzgrad von der Temperatur, aber auch von der Bewegung abhängt.
| Giftziele | Gifte |
|---|---|
| Komplex I. | Rotenon , Barbiturate , Quecksilberderivate |
| Komplex II | Malonat ( Malonsäure ), SDHI ( Pestizid ) |
| Komplex III | Antimycin , Strobilurin ( Pestizid ) |
| Komplex IV | Stickstoffmonoxid , Cyanid , Kohlenmonoxid |
| Komplex V (F0 / F1ATPase) | Oligomycin , Aurovertin |
| ATP / ADP-Austauscher | Atractylosid , Bongkreksäure (in) |
| Durchlässigkeit der inneren Membran | Dinitrophenol , Valinomycin |
In der Landwirtschaft sind die Mitochondrien das bevorzugte Ziel von Pestiziden, zuerst Rotenon, das verwendet und dann verboten wird, weil es mit der Parkinson-Krankheit zusammenhängt . Gegenwärtig werden SDHIs , Succinat-Dehydrogenase- Inhibitoren, häufig zum Zweck der Beseitigung von Schimmelpilzen verwendet. Einige Gifte haben nicht die Aufgabe, die Funktion der verschiedenen Komplexe zu verhindern, dh die Übertragung von Elektronen der Atmungskette wird durchgeführt, aber diese Proteine, die Entkopplungen oder UCPs umgehen den V- Komplex ( ATP-Synthase ) durch Schaffung eines Kanals durch die innere Membran. Diese Pore ermöglicht es den Protonen, vom Intermembranraum in Richtung ihres Gradienten in Richtung der Matrix zu gelangen, was zur Freisetzung von Wärme, aber zu keiner ATP-Produktion führt. Hier sei das Beispiel Dinitrophenol erwähnt .
Mitochondrien aus dem fetalen Stadium spielen eine wesentliche Rolle (insbesondere für den Zwischenstoffwechsel, die perinatale neurologische Entwicklung, die Immunität, die Bioenergetik und den Neurotransmitter-Stoffwechsel). Jede mitochondriale Dysfunktion (MD) kann daher schädliche Auswirkungen haben, die insbesondere neurologische Erkrankungen hervorrufen (oder dazu beitragen) oder die Folgen und Morbidität anderer Anomalien ( z. B. Autismus oder Schizophrenie ) verschlimmern können .
Darüber hinaus trägt die Anhäufung von Mitochondrienschäden im Laufe des Lebens zum Altern und zu neurodegenerativen Erkrankungen bei.
In 1857 , Kölliker beschriebenen Aspekte der Mitochondrien in Muskel . In 1890 , Altmann beschrieben eine Technik zum Färben von Mitochondrien , die er genannt Bioblasten und postulierte ihre metabolische und genetische Autonomie . Aber es war der Mikrobiologe und Endokrinologe Carl Benda , der diese Beobachtungen an mit Kristallviolett gefärbten Präparaten aufnahm und 1898 vorschlug, diese Strukturen als Mitochondrien zu bezeichnen .
In 1937 , ein deutscher Wissenschaftler, Hans Adolf Krebs , entwickelte ein Modell von einem Stoffwechselweg wie der bekannte Krebs - Zyklus , die in nimmt Eukaryoten in den Mitochondrien. In den Jahren 1940 - 1943 isolierte Claude die Mitochondrien in Leberzellen . In den Jahren 1948 - 1950 zeigen Kennedy und Lehninger (en) , dass der Krebszyklus, die β-Oxidation und die oxidative Phosphorylierung alle in den Mitochondrien stattfinden. In 1978 , Peter Mitchell gewann den Nobelpreis für seine chemiosmotic Theorie . In 1981 , Anderson und sein Team entdeckten die genetische Struktur der menschlichen mitochondrialen DNA . Schließlich erhielten Boyer und Walker auch den Nobelpreis für ihre Studien zur Struktur und Funktion der ATP-Synthase .
Im Jahr 2016 war bekannt, dass nur ein Eukaryot alle Mitochondrien verloren hat: Monocercomonoides (en) sp. PA203.
Das Mikrotubuli-Netzwerk ermöglicht es den Mitochondrien, sich schnell dorthin zu bewegen, wo die Zelle Energie benötigt. In der gestreiften Muskelgewebezelle des Skeletts werden sie in der Nähe des kontraktilen Materials angeordnet.
Die Mitochondrien sind jedoch im Spermatozoon unbeweglich, da sie um das Axonem (Struktur, aus der das Flagellum besteht) angeordnet sind.
Sie kommen auch in Kardiomyozyten vor und wenn sich die Zelle in Mitose befindet.
Im Jahr 2020 veröffentlichte Alain Thierry, Inserm Research Director am Montpellier Cancer Research Institute, in der Fachzeitschrift FASEBW die Ergebnisse seiner Forschung zur Entdeckung extrazellulärer Mitochondrien. Während sieben Jahren analysierte er mit seinem Team hundert Blutplasmaproben, in denen freie Mitochondrien nachgewiesen wurden. Diese Entdeckung ermöglicht es, neue therapeutische Wege in Bezug auf die Diagnosen und die Immunantworten des Körpers ins Auge zu fassen. Dank dieser Entdeckung wird auch eine neue Hypothese zur Kommunikation zwischen Zellen in Betracht gezogen.