Mitochondrium , membrangebundene Organelle im Zytoplasma von fast allen almost eukaryotische Zellen (Zellen mit klar definierten Kernen), deren primäre Funktion darin besteht, große Energiemengen in Form von Adenosintriphosphat (ATP). Mitochondrien haben typischerweise eine runde bis ovale Form und eine Größe von 0,5 bis 10 µm. Mitochondrien produzieren nicht nur Energie, sondern speichern auch Kalzium für Zellsignalaktivitäten, erzeugen Wärme und vermitteln Zellwachstum und -tod. Die Anzahl der Mitochondrien pro Zelle variiert stark; beim Menschen enthalten beispielsweise Erythrozyten (rote Blutkörperchen) keine Mitochondrien, während Leberzellen und Muskelzellen Hunderte oder sogar Tausende enthalten können. Der einzige eukaryotische Organismus, von dem bekannt ist, dass er keine Mitochondrien aufweist, ist die Oxymonade Monocercomonoide Spezies. Mitochondrien unterscheiden sich von anderen Zellorganellen darin, dass sie zwei verschiedene Membranen und ein einzigartiges Genom haben und sich durch binäre Spaltung vermehren; diese Merkmale weisen darauf hin, dass Mitochondrien eine evolutionäre Vergangenheit mit Prokaryoten (einzelligen Organismen) teilen.
Mitochondrien Mitochondrien (rot) finden sich im gesamten Zytoplasma fast aller eukaryontischen Zellen (Zellkern ist blau dargestellt, Zytoskelett gelb). defun/iStock.com
Ein Mitochondrium ist eine runde bis ovale Organelle, die in den Zellen fast aller Zellen vorkommt eukaryotische Organismen. Es produziert Energie, bekannt als ATP , für die Zelle durch eine Reihe von chemischen Reaktionen.
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Die Mitochondrien, die als Kraftwerke der Zelle bekannt sind, produzieren die Energie, die für das Überleben und Funktionieren der Zelle erforderlich ist. Durch eine Reihe chemischer Reaktionen bauen Mitochondrien Glukose in ein Energiemolekül ab, das als bekannt ist Adenosintriphosphat (ATP), das verwendet wird, um verschiedene andere zelluläre Prozesse anzutreiben. Mitochondrien produzieren nicht nur Energie, sondern speichern auch Kalzium für die Zellsignalisierung, erzeugen Wärme und sind am Zellwachstum beteiligt und Tod .
Mitochondrien finden sich in den Zellen fast aller eukaryotische Organismus, einschließlich Pflanzen und Tiere . Zellen, die viel Energie benötigen, wie beispielsweise Muskelzellen, können Hunderte oder Tausende von Mitochondrien enthalten. Bei einigen Zelltypen, wie den roten Blutkörperchen, fehlen die Mitochondrien vollständig. Als prokaryontische Organismen besitzen Bakterien und Archaeen keine Mitochondrien.
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Die äußere Mitochondrienmembran ist für kleine Moleküle frei durchlässig und enthält spezielle Kanäle, die große Moleküle transportieren können. Im Gegensatz dazu ist die innere Membran viel weniger durchlässig, sodass nur sehr kleine Moleküle in die gelartige Matrix eindringen können, die die zentrale Masse der Organelle bildet. Die Matrix enthält die Desoxyribonukleinsäure ( DNA ) des mitochondrialen Genoms und die Enzyme der Tricarbonsäure (TCA)-Zyklus (auch bekannt als die Zitronensäurezyklus , oder Krebs-Zyklus), der Nährstoffe in Nebenprodukte umwandelt, die das Mitochondrium für die Energieproduktion verwenden kann. Die Prozesse, die diese Nebenprodukte in Energie umwandeln, finden hauptsächlich an der inneren Membran statt, die zu Falten, den sogenannten Cristae, gebogen ist, die die Proteinkomponenten des wichtigsten energieerzeugenden Systems der Zellen, der Elektronentransportkette (ETC), beherbergen. Das ETC verwendet eine Reihe von Oxidations-Reduktions-Reaktionen um Elektronen von einer Proteinkomponente zur nächsten zu bewegen, wodurch letztendlich freie Energie erzeugt wird, die genutzt wird, um die Phosphorylierung von ADP (Adenosindiphosphat) zu ATP voranzutreiben. Dieser Prozess, der als chemiosmotische Kopplung der oxidativen Phosphorylierung bekannt ist, treibt fast alle zellulären Aktivitäten an, einschließlich derer, die Muskelbewegungen erzeugen und die Gehirnfunktionen antreiben.
grundlegender Überblick über die Verfahren der ATP-Produktion Die drei Prozesse der ATP-Produktion umfassen die Glykolyse, den Tricarbonsäurezyklus und die oxidative Phosphorylierung. In eukaryotischen Zellen laufen die beiden letztgenannten Prozesse innerhalb der Mitochondrien ab. Elektronen, die durch die Elektronentransportkette geleitet werden, erzeugen schließlich freie Energie, die die Phosphorylierung von ADP vorantreiben kann. Encyclopædia Britannica, Inc.
Die meisten Proteine und andere Moleküle, aus denen Mitochondrien bestehen, stammen aus der Zelle Kern . Im menschlichen mitochondrialen Genom sind jedoch 37 Gene enthalten, von denen 13 verschiedene Komponenten des ETC produzieren. Mitochondriale DNA (mtDNA) ist sehr anfällig für Mutationen, vor allem weil sie nicht die robust DNA-Reparaturmechanismen, die der Kern-DNA gemeinsam sind. Darüber hinaus ist das Mitochondrium aufgrund des hohen -Gehalts ein wichtiger Standort für die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS; oder freien Radikalen). Neigung für die anomale Freisetzung freier Elektronen. Während mehrere verschiedene antioxidative Proteine in den Mitochondrien diese Moleküle abfangen und neutralisieren, können einige ROS der mtDNA Schaden zufügen. Darüber hinaus können bestimmte Chemikalien und Infektionserreger sowie Alkohol Missbrauch , kann mtDNA beschädigen. Im letzteren Fall sättigt eine übermäßige Ethanolaufnahme die Entgiftungsenzyme, wodurch hochreaktive Elektronen aus der inneren Membran in das Zytoplasma oder in die mitochondriale Matrix austreten, wo sie sich mit anderen Molekülen zu zahlreichen Radikalen verbinden.
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Mitochondrien; quergestreifter Muskel Eine Transmissionselektronenmikroskopie, die eine teilweise kontrahierte menschliche quergestreifte Muskelfaser zeigt. Breite rote Bänder enthalten Aktin- und Myosinfilamente, während Mitochondrien (grün) die für die Muskelkontraktion notwendige Energie liefern. SERCOMI—BSIP/Alter fotostock
Bei vielen Organismen wird das mitochondriale Genom mütterlicherseits vererbt. Dies liegt daran, dass die Eizelle der Mutter den Großteil des Zytoplasmas an den Embryo spendet und die Mitochondrien vom Vater geerbt werden Sperma werden in der Regel zerstört. Es gibt zahlreiche erbliche und erworbene mitochondriale Erkrankungen. Erbkrankheiten können durch Mutationen entstehen, die in mütterlicher oder väterlicher Kern-DNA oder in mütterlicher mtDNA übertragen werden. Sowohl angeborene als auch erworbene mitochondriale Dysfunktion sind an mehreren Krankheiten beteiligt, darunter Alzheimer und Parkinson-Krankheit. Es wird vermutet, dass die Anhäufung von mtDNA-Mutationen während der gesamten Lebensspanne eines Organismus eine wichtige Rolle spielt Altern , sowie bei der Entwicklung bestimmter Krebse und andere Krankheiten. Denn auch Mitochondrien sind ein zentraler Bestandteil von Apoptose (programmierter Zelltod), der routinemäßig verwendet wird, um den Körper von Zellen zu befreien, die nicht mehr nützlich sind oder nicht mehr richtig funktionieren, mitochondriale Dysfunktion, die hemmt Zelltod kann zur Entwicklung von beitragen Krebs .
Die mütterliche Vererbung der mtDNA hat sich für die Erforschung von menschliche Evolution und Migration . Die mütterliche Übertragung ermöglicht es, Ähnlichkeiten, die in Generationen von Nachkommen vererbt wurden, über viele Generationen hinweg auf eine einzige Vorfahrenlinie zurückzuverfolgen. Die Forschung hat gezeigt, dass Fragmente des mitochondrialen Genoms, die von allen heute lebenden Menschen getragen werden, auf einen einzigen weiblichen Vorfahren zurückgeführt werden können, der vor schätzungsweise 150.000 bis 200.000 Jahren lebte. Wissenschaftler vermuten, dass diese Frau unter anderen Frauen lebte, aber dass der Prozess der genetischen Drift (zufällige Fluktuationen in der Genfrequenz, die die genetische Konstitution kleiner Populationen beeinflussen) dazu führte, dass ihre mtDNA im Zuge der Entwicklung der Population zufällig die anderer Frauen ersetzte. Variationen in der mtDNA, die von nachfolgenden Generationen von Menschen geerbt wurden, haben den Forschern geholfen, die geografische Herkunft sowie die chronologischen Wanderungen verschiedener menschlicher Populationen zu entschlüsseln. Studien des mitochondrialen Genoms weisen beispielsweise darauf hin, dass Menschen, die vor 30.000 Jahren von Asien nach Amerika wanderten, möglicherweise schon 15.000 Jahre zuvor auf Beringia gestrandet waren, einem riesigen Gebiet, das eine Landbrücke in der heutigen Beringstraße umfasste in Amerika ankommen.
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