Mitochondrien – Kraftwerke unserer Zellen

Sie kommen in fast jeder Zelle unseres Körpers vor. Ohne sie könnten wir keine Energie produzieren. Wir könnten weder atmen, noch würde unser Herz schlagen. Keinen Muskel könnten wir bewegen, es würde einfach nichts funktionieren. Gemeint ist ein winziges Organell in unseren Zellen mit dem eigentümlichen Namen Mitochondrium.

Wissenschaftler haben ihr Vorhandensein schon länger geahnt. Aber sehen konnte man sie erst nach der Erfindung des Elektronenmikroskopes so um die Mitte des vorigen Jahrhunderts. Mitochondrien sind so winzig klein wie Bakterien. Aber welch ein Innenleben haben sie! Sie werden mit Recht als die Kraftwerke unserer Zellen bezeichnet, weil sie durch den Abbau der Nahrungsmittel den größten Teil der Energie herstellen, die unser Körper für all seine Funktionen gebraucht.

Vorkommen und Aufbau

Mitochondrien kommen in allen Zellen unseres Körpers vor außer in den roten Blutkörperchen. Typisch sind etwa 1000 Mitochondrien pro Zelle. Diese große Anzahl zeigt uns schon, wie winzig klein sie sein müssen, wenn so viele von ihnen in eine Zelle passen. Sie nehmen darum auch bis zu 25% des Zellvolumens ein. Zellen die viel Energie verbrauchen, haben die meisten Mitochondrien. Dazu gehören die Muskel-, Nerven- und die Sinneszellen.

Mitochondrien sind von zwei Membranen, ähnlich einem Häutchen, umschlossen. Die äußere Membran ist glatt und enthält viele tunnelähnliche Kanäle, durch die kleine Moleküle, das sind kleinste Bauteilchen die unser Körper laufend aus unserer Nahrung umbaut, hindurchgeschleust werden können. Die innere Membran ist dagegen für fast alle Moleküle undurchlässig. Nur so kleine wie Wasser, Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff können durch. Dafür besitzt sie viele Transportsysteme mit denen sie kontrolliert verschiedene Abbaustoffe aus unserer Ernährung ins Innere transportieren kann. Damit sie all diese vielfältigen Aufgaben übernehmen kann, ist sie stark gefaltet, damit eine große Oberfläche entsteht.

Im Inneren der Mitochondrien, der sogenannten Matrix, laufen viele Stoffwechselleistungen ab. Wir werden noch darauf zurückkommen. Das Mitochondrium selber hat eine eigene DNA wie der Zellkern. Es kann sich also selber teilen. Seine Lebensdauer ist nicht sehr lange, nur etwa 10 bis 20 Tage. Es wird ständig durch Querteilung nachproduziert.

Aufgabe der Mitochondrien

Die Hauptaufgabe besteht darin, wichtige Abbauprodukte aus unserer Nahrung aufzunehmen und in Energie zu verwandeln. Andere Stoffe, die nicht mehr gebraucht werden, müssen in eine Form übergeführt werden, die der Körper leicht ausscheiden kann. Dazu gehört etwa der Harnstoffzyklus, der teilweise auch hier abläuft.

Betrachten wir einmal den Abbau von Fett aus unserer Nahrung. Wir essen Fett, weil wir daraus unter anderem auch Energie produzieren wollen. Unser Körper ist ein wahres Wunderwerk und ein riesiges, aufwändiges Chemielabor. Viele komplizierte Schritte sind notwendig, um von einem Esslöffel Öl zur Energie zu kommen. Wir wollen das ganze etwas vereinfacht zusammenfassen. Unsere Bauchspeicheldrüse stellt Enzyme zur Fettverdauung zur Verfügung. Die Galle zerlegt einen großen Fetttropfen in viele kleine Tröpfchen, damit die Enzyme leichter angreifen können. Dabei entstehen Fettsäuren und Glycerin die durch die Darmwand aufgenommen werden. Jetzt werden sie wieder zu richtigen Fettmolekülen zusammengesetzt. Da Fett nicht wasserlöslich ist und nicht einfach in der Lymphe oder im Blut schwimmen kann, wird es an Lipoproteine gebunden. Mit diesem Taxi gelang das Fett endlich in die Zelle, wo es in Energie umgewandelt werden soll.

Diese Umwandlung geschieht in unserem Mitochondrium. Dazu muss das Fettmolekül zuerst wieder in Glycerin und Fettsäure zerlegt werden. Die Fettsäure ist aber zu groß, um durch die Membran in das Innere des Mitochondriums zu kommen. Darum braucht es ein Transportsystem. Als Taxi dient hier das Carnitin, das jeder Sportler bestens kennt, glaubt er doch besonders viel davon zu brauchen, damit er mehr Fett verbrennen kann, um so zu mehr Energie zu kommen. Sind die Fettsäuren in den Mitochondrien, werden sie über einen komplizierten Vorgang zusammen mit Sauerstoff zu Energie, Wasser und Kohlenstoffdioxid umgeformt. Dieser Zyklus, bei dem die Fettsäuren abgebaut werden, heißt Beta-Oxidation.

Das ATP (Adenosintriphosphat), wie diese chemische Energie heißt, entsteht in der inneren Mitochondrienmembran. Der Körper braucht sie, um seine Muskeln zu bewegen, um lebensnotwendige organische Moleküle herzustellen und um Transportprozesse in der Zelle und von einer Zelle zur anderen abzuwickeln. Bei einem erwachsenen Menschen entspricht die Menge ATP, die täglich in seinem Körper auf- und abgebaut wird, etwa seinem Körpergewicht. Welche Leistung!

Das Glycerin aus dem Fett wird in den Zitronensäurezyklus eingeschleust. Das ist ein anderer äußerst komplizierter Zyklus der auch im Inneren der Mitochondrien abläuft. Er ist eine wichtige Drehscheibe im Stoffwechselgeschehen. Er baut Produkte aus der Ernährung ab und baut gleichzeitig neue Produkte wie etwa Aminosäuren, die kleinsten Bauteilchen von Eiweiß, wieder auf. Auch die Abbauprodukte von Kohlenhydrat und Eiweiß kommen in den Zitronensäurezyklus. Wir sehen daraus die wichtige Rolle, die er spielt. Auch aus diesem Umschlagplatz können wieder Bauteilchen abgezweigt werden um Energie zu gewinnen.

Fette liefern aber bei weitem die größte Energiemenge, gefolgt von Kohlenhydraten. Energieproduktion aus Eiweiß ist für den Körper nicht sehr ergiebig und wird nur herangezogen wenn nicht genügend Fette und Kohlenhydrate zur Verfügung stehen.

Umwandlung von Nährstoffen

Kohlenhydrate sind wichtige Energielieferanten. Manche Zellen wie die roten Blutkörperchen, die Nerven- und Gehirnzellen brauchen unbedingt den Traubenzucker, die Glukose, aus den Kohlenhydraten. Glukose wird darum in Form von Glykogen in der Leber gespeichert. Daraus kann zwischen den Mahlzeiten wenn keine neue Glukose zur Verfügung steht, wieder Glukose abgespalten werden. Werden mehr Kohlenhydrate als nötig aufgenommen und sind auch alle Glykogenspeicher gefüllt, werden Kohlenhydrate in Fett umgewandelt. Das wird in den Fettzellen gespeichert. Vorsicht: so kann Übergewicht entstehen!

Beim Fasten gewöhnen sich die Gehirn- und Nervenzellen nach einiger Zeit sogar daran, aus Fettsäuren Energie zu gewinnen. Aber die roten Blutkörperchen sind immer auf Glukose als Energie angewiesen. Werden so gut wie keine Kohlenhydrate mit der Nahrung aufgenommen, wie es bei manchen Diäten vorkommt, so muss der Körper aus Aminosäuren Glukose herstellen. Dieser Weg ist energetisch aber sehr aufwändig.

Abwechslungsreiche Ernährung

Wir haben gesehen, dass manche Nährstoffe ineinander übergeführt werden können. Hinsichtlich ihrer Funktion als Baustoffe für Knochen, Organe, Zähne und vieles mehr, lassen sie sich aber nicht austauschen. Es ist daher wichtig, dass wir uns ausgewogen und abwechslungsreich ernähren und einseitige Diäten vermeiden. Die beste Ernährung besteht aus viel Obst und Gemüse, Getreide, Nüssen und Samen. Aus all diesen Lebensmitteln wird unser Körper optimal versorgt und wir können genug Energie herstellen für alle Lebensfunktionen.