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Mitochondrium

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Übergeordnet
Organell
Untergeordnet
Membran
Intermembranraum
Matrix
Nukleoid
Proteinkomplexe
Gene Ontology
QuickGO
Modell eines Mitochondriums (im Überseemuseum Bremen)
Schematische Darstellung des Mitochondriums: (1) innere Membran, (2) äußere Membran, (3) Cristae, (4) Matrix
Elektronenmikroskopische Aufnahme von Mitochondrien
Detaillierter Aufbau

Das Mitochondrium (auch Mitochondrion, Plural Mitochondrien; von altgriechisch μίτος mítos ‚Faden‘ sowie χόνδρος chóndros ‚Korn‘)[1] ist ein von einer Doppelmembran umschlossenes Zellorganell mit eigener Erbsubstanz. Mitochondrien kommen in den Zellen fast aller Eukaryoten vor. Bei Prokaryoten kommen sie nicht vor.

Mitochondrien werden auch als die „Kraftwerke“ der Zellen bezeichnet, weil in ihnen das energiereiche Molekül Adenosintriphosphat gebildet wird. Darüber hinaus erfüllen sie weitere essentielle Funktionen für die Zelle; sie sind beispielsweise an der Bildung der Eisen-Schwefel-Cluster beteiligt.

Allgemeines

Besonders viele Mitochondrien befinden sich in Zellen mit hohem Energieverbrauch; das sind unter anderem Muskelzellen, Nervenzellen, Sinneszellen und Eizellen. In Herzmuskelzellen erreicht der Volumenanteil von Mitochondrien 36 %.[2] Sie haben einen Durchmesser von etwa 0,5–1,5 µm und sehr unterschiedliche Formen, von Kugeln bis zu komplexen Netzwerken. Mitochondrien vermehren sich durch Wachstum und Sprossung, die Anzahl von Mitochondrien wird dem Energiebedarf der Zelle angepasst. Eukaryotische Zellen, die ihre Mitochondrien verlieren, können diese nicht mehr regenerieren. Es gibt auch Eukaryoten ohne Mitochondrien, z. B. einige Protozoen. Die Anzahl der Mitochondrien pro Zelle liegt typischerweise bei einer Größenordnung von 1000[3] bis 2000 bei einem Volumenanteil von 25 %, jedoch können diese Werte je nach Zelltyp und Organismus sehr stark variieren.[4] So liegt die Anzahl in der reifen Spermazelle des Menschen bei etwa vier bis fünf im Mittelstück („Hals“) gelegenen Mitochondrien,[5] bei der reifen Eizelle dagegen bei mehreren hunderttausend.[6]

Mitochondrien werden über das Plasma der Eizelle nur von der Mutter vererbt, was Anlass zur Erforschung mütterlicher Verwandtschaftslinien (Matrilinien) war. Es hat sich mittlerweile herausgestellt, dass auch durch das Spermium einige männliche Mitochondrien in das Plasma der befruchteten Eizelle (Zygote) importiert werden. Diese „männlichen“ Mitochondrien werden jedoch wahrscheinlich recht schnell eliminiert, denn sie sind, so wird inzwischen angenommen, schon von vornherein als potentiell gefährlicher „Zellmüll“ markiert worden. Es gibt jedoch einige wenige Fälle, in denen Mediziner nachweisen konnten, dass die Mitochondrien des Kindes aus der väterlichen Linie stammten.[7]

Bislang sind etwa 50 Krankheiten (Mitochondriopathien) bekannt, die durch mitochondriale Fehlfunktionen hervorgerufen werden können.[8]

Der deutsche Pathologe und Histologe Richard Altmann entdeckte 1886 das Mitochondrium.

Aufbau

Die Hülle der Mitochondrien besteht aus einer äußeren und einer inneren Membran, die aus Phospholipid-Doppelschichten und Proteinen aufgebaut sind.[9][10] Beide Membranen unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Durch diese Membranen existieren fünf unterschiedliche Kompartimente: Die äußere Membran, der Intermembranraum (der Raum zwischen den beiden Membranen), die innere Membran, die Cristae und die Matrix (der Raum innerhalb der inneren Membran).

Entgegen der gängigen Vorstellung treten Mitochondrien in der Zelle überwiegend nicht als separate, bohnenförmige Organellen auf, wie sie noch oft in Lehrbüchern dargestellt werden. Stattdessen bilden sie ein tubuläres, mitochondriales Netzwerk, welches die gesamte Zelle durchzieht. Einzelne Mitochondrien sind in der Lage, sich mit diesem Netzwerk zu verbinden (Fusion) und sich wieder abzuspalten (Fission).[11]

Außenmembran

Die äußere Membran umschließt das gesamte Mitochondrium und enthält Kanäle aus Proteinkomplexen, welche den Austausch von Molekülen und Ionen zwischen dem Mitochondrium und dem Cytosol ermöglichen. Große Moleküle können die Membran nicht passieren.

Die mitochondriale Außenmembran, die das gesamte Organell umschließt und nicht gefaltet ist, besitzt ein Gewichtsverhältnis von Phospholipid zu Protein von 1:1 und ist damit der eukaryotischen Plasmamembran ähnlich. Sie enthält zahlreiche integrale Proteine, die Porine. Porine bilden Kanäle, die freie Diffusion von Molekülen mit einer Masse von bis zu 5000 Dalton durch die Membran ermöglichen.[9] Größere Proteine können in die Mitochondrien eindringen, wenn eine Signalsequenz an ihrem N-Terminus an eine große Proteinuntereinheit der Translokase bindet, von der sie dann aktiv durch die Membran bewegt werden.[12] Treten Risse in der äußeren Membran auf, so können Proteine aus dem Intermembranraum ins Cytosol austreten, was zum Zelltod führen kann.[13] Die mitochondriale Außenmembran kann sich mit der des endoplasmatischen Retikulum (ER) zusammenschließen und bildet dann eine Struktur, die sich MAM (mitochondria-associated ER-membrane) nennt. Diese ist wichtig für Signalaustausch zwischen ER und Mitochondrium und spielt eine Rolle beim Lipidtransfer.[14]

Intermembranraum

Der Intermembranraum ist der Raum zwischen der äußeren Membran und der inneren Membran. Da die äußere Membran frei durchlässig für kleine Moleküle ist, ist die Konzentrationen von kleinen Molekülen wie Ionen und Zuckern im Intermembranraum identisch mit der im Zytosol.[9] Große Proteine allerdings benötigen eine spezifische Signalsequenz, um durch die Membran transportiert zu werden, sodass sich die Zusammensetzung der Proteine zwischen Intermembranraum und Cytosol unterscheidet. Ein Protein, das auf diese Art im Intermembranraum gehalten wird, ist Cytochrom c.[13]

Innere Membran

Die Proteine der inneren Membran lassen sich nach Funktion in fünf Gruppen einteilen:[9]

  1. Diejenigen, die die Redox-Reaktionen der oxidativen Phosphorylierung durchführen
  2. ATP-Synthase, die in der Matrix ATP erzeugen
  3. Spezielle Transport-Proteine, die den Ein- und Austritt von Metaboliten aus der Matrix regulieren
  4. Die Protein-Import-Maschinerie
  5. Proteine zur Fusion und Spaltung von Mitochondrien

Die innere Membran enthält mehr als 151 verschiedene Polypeptide und besitzt ein sehr hohes Protein-zu-Phospholipid-Gewichtsverhältnis (mehr als 3:1, womit auf 1-Protein etwa 15 Phospholipide kommen). Rund 1/5 der gesamten Proteine eines Mitochondriums sind in der inneren Membran lokalisiert.[9] Darüber hinaus ist die innere Membran reich an einem ungewöhnlichen Phospholipid, dem Cardiolipin. Dieses wurde ursprünglich in Kuhherzen im Jahre 1942 entdeckt und ist in der Regel charakteristisch für mitochondriale und bakterielle Plasmamembranen.[15] Cardiolipin enthält vier Fettsäuren anstelle von sonst zwei, ist für die Ionenundurchlässigkeit der Membran verantwortlich und sonst nur in Procaryoten zu finden.[16] Im Gegensatz zur äußeren Membran enthält die innere Membran keine Porine und ist für alle Moleküle undurchlässig. Fast alle Ionen und Moleküle benötigen daher beim Eindringen oder Verlassen der Matrix spezielle Membrantransporter. Proteine werden in die Matrix über die Translokase der inneren Membran (TIM) oder über Oxa1 transportiert.[12] Darüber hinaus existiert zwischen dem Intermembranraum und der Matrix ein Membranpotential, das durch die Enzyme der Atmungskette gebildet wird.

Die innere Membran umschließt die Matrix, die interne Flüssigkeit des Mitochondriums. Sie entspricht dem Cytosol von Bakterien und enthält die mitochondriale DNA, die Enzyme des Citratzyklus und eigene Ribosomen, die sich von den Ribosomen im Cytosol (aber auch von denen von Bakterien[17]) unterscheiden. Der Intermembranraum zwischen den beiden Membranen enthält Enzyme, die Nukleotide unter ATP-Verbrauch phosphorylieren können.

Aufbau der inneren Membran

Der Cristae-Typ (von lat. crista „Kamm“) besitzt an der inneren Membran zahlreiche Einstülpungen, die Cristae. Dadurch wird die Oberfläche der inneren Membran, an der chemische Reaktionen stattfinden können, erheblich vergrößert und ihre Fähigkeit, ATP zu produzieren, beschleunigt. Die innere Membran enthält große Proteinkomplexe der Atmungskette, welche für die Energiegewinnung zuständig sind. Der andere Mitochondrien-Typ heißt Tubuli-Typ und findet sich beispielsweise in steroidproduzierenden Zellen; bei ihm bildet die innere Membran Röhren aus.[16]

Bei schlauchförmigen Einstülpungen mit perlenartigen runden Aussackungen spricht man vom Sacculi-Typ. Bei Mitochondrien einer Leberzelle ist die Fläche der inneren Membran etwa fünfmal größer als die der äußeren Membran. Dieses Verhältnis ist variabel und Mitochondrien aus Zellen mit erhöhtem Bedarf an ATP, wie Muskelzellen, enthalten noch mehr Cristae. Die Cristae sind an der Innenseite mit kleinen runden Körpern mit einem Durchmesser von 8,5 nm, besetzt, die als F1-Partikel, Elementarpartikel oder ATP-Synthase-Partikel bekannt sind. Hier findet im Verlauf der Zellatmung die ATP-Bildung statt. Die Einstülpungen oder Falten der inneren Membran sind nicht zufällig und können ihre chemiosmotische Funktion beeinträchtigen.[18]

Matrix

Der durch die innere Membran umschlossene Raum nennt sich Matrix. In ihm sind 2/3 aller Proteine eines Mitochondriums enthalten.[9] Die Matrix ist wichtig bei der ATP-Produktion, die mit Hilfe der ATP-Synthase stattfindet. Die Matrix enthält eine hochkonzentrierte Mischung aus Hunderten von Enzymen sowie spezielle, mitochondriale Ribosomen, tRNA und mehrere Kopien des mitochondrialen Genoms. Außerdem ist in ihm die Konzentration an Intermediaten des Citratzyklus der Beta-Oxidation sehr hoch. Zu den Hauptaufgaben der Enzyme gehört die Oxidation von Pyruvat und Fettsäuren sowie der Citratsäurezyklus.[9]

Mitochondrien besitzen eigenes genetisches Material und können selbst RNA und Proteine herstellen. Es wurde gezeigt, dass in der mitochondrialen DNA-Sequenz 16.569 Basenpaare insgesamt 37 Gene codieren, davon 22 tRNA, 2 rRNA und 13 Peptid-Gene.[19] Die 13 mitochondrialen Peptide sind in die innere Mitochondrienmembran integriert, zusammen mit Proteinen, die von Genen gebildet werden, die sich in den Wirtszellen befinden.

Mitochondrien-assoziierte ER-Membran (MAM)

Die Mitochondrien-assoziierte ER-Membran (MAM, englisch mitochondria-associated ER membrane) ist ein weiteres strukturelles Element, dessen entscheidende Rolle in der zellulären Physiologie und Homöostase zunehmend erkannt wird. Während man einst vermutete, dass es nur eine permanent auftauchende Verunreinigung durch technische Schwierigkeiten bei der Fraktionierung sei, wurde es jetzt als membranöse Struktur an der Schnittstelle zwischen Mitochondrien und dem ER identifiziert.[20] Eine physikalische Kopplung zwischen diesen zwei Organellen war bereits zuvor bei elektronenmikroskopischen Aufnahmen und in neuerer Zeit mit Fluoreszenz-Mikroskopie untersucht worden.[20] Solche Untersuchungen ergaben die Vermutung, dass an der MAM, das bis zu 20 % der äußeren mitochondrialen Membran umschließt, ER und Mitochondrium nur noch durch eine 10–25 nm große Lücke getrennt sind und beide durch einen Proteinkomplex zusammengehalten werden.[20][21][22]

Gereinigte MAM aus subzellulären Fraktionierungen hat gezeigt, dass es neben Ca2+-Ionenkanälen auch mit Enzymen angereichert ist, die in den Phospholipidaustausch involviert sind.[20][22] Diese Hinweise auf eine besondere Rolle der MAM in der Regulation der Fettspeicherung und Signalübertragung haben sich bestätigt, mit bedeutenden Auswirkungen für mitochondrial-assoziierte zelluläre Phänomene, wie nachfolgend diskutiert. MAM hat nicht nur einen Einblick in die zugrunde liegenden, mechanistischen Grundlagen von physiologischen Prozessen wie der intrinsische Apoptose und der Ausbreitung von Calcium-Signalen gegeben, sondern es verfeinerte auch unsere Sicht auf die Mitochondrien. Obwohl sie oft als statische und isolierte „Kraftwerke der Zelle“ gesehen werden, unterstreicht die Entwicklung der MAM, inwieweit Mitochondrien in die Zellphysiologie integriert wurden, mit enger physikalischer und funktioneller Kupplung ans Endomembransystem.

Phospholipid-Transfer

Die MAM ist angereichert mit Enzymen, die in der Lipid-Biosynthese involviert sind, wie z. B. Phosphatidylserin-Synthase auf der ER-Oberfläche und Phosphatidylserin-Decarboxylase auf der mitochondrialen Oberfläche.[23][24] Da Mitochondrien als dynamische Organellen ständig Spaltung und Fusion durchlaufen, müssen sie für die Membranintegrität konstant und ausreichend reguliert mit Phospholipiden versorgt werden.[25][26] Allerdings sind Mitochondrien nicht nur ein Ziel für Phospholipide, sondern spielen auch eine Rolle beim Austausch zwischen Organellen von (Zwischen-) Produkten des Phospholipid-Biosynthesewege, des Ceramid- und Cholesterinstoffwechsels sowie Glykosphingolipid-Anabolismus.[24][26]

Die Transportkapazität dieser Stoffe ist von der MAM abhängig, von der gezeigt worden ist, dass sie den Transfer von Lipidzwischenprodukte zwischen Organellen erleichtert.[23] Im Gegensatz zum Standard-Vesikel-Mechanismus des Lipidtransfers gibt es Hinweise, dass die räumliche Nähe des ER zur Mitochondrienmembran beim MAM das Flippen zwischen gegenüberliegenden Lipiddoppelschichten ermöglicht.[26] Trotz dieses ungewöhnlichen und scheinbar energetisch ungünstige Mechanismus, erfordert solch ein Transport kein ATP.[26] Stattdessen wurde eine Abhängigkeit von einem Multiproteinkomplex gezeigt, der sich „ER-mitochondria encounter structure“ oder ERMES nennt, auch wenn unklar bleibt, ob dieser Komplex den Lipidtransfer direkt vermittelt oder aber erforderlich ist, um die Membranen in ausreichender Nähe zueinander zu halten, um die Energiebarriere für ein direktes Lipid-Flipping zu senken.[26][27]

MAM könnte auch Teil des sekretorischen Mechanismus sein, zusätzlich zu seiner Rolle beim intrazellulären Lipid-Stoffaustausch. Speziell scheint MAM eine Zwischenstation zwischen dem rauen ER und dem Golgi-Apparat zu sein, in dem Stoffwechselweg, der zu Very Low Density Lipoproteinen (VLDL) führt.[24][28] Die MAM dient somit als entscheidender Stoffwechsel- und Umschlagplatz im Fettstoffwechsel.

Calcium-Signalgebung

Die bedeutende Rolle des ER für die Calcium-Signalgebung war lange vor der des Mitochondriums anerkannt; zum Teil da die geringe Affinität der Ca2+-Kanäle in der äußeren Membran der angeblichen Verantwortlichkeit des Organells für intrazelluläre Ca2+-Ströme völlig widersprach.[20] Durch die Anwesenheit des MAM wird dieser scheinbare Widerspruch aufgelöst: Die enge räumliche Verbindung zwischen den beiden Organellen resultiert in Ca2+-Mikrodomänen an Berührungspunkten, die eine effiziente Ca2+-Übertragung vom ER zu den Mitochondrien erleichtern.[20] Die Übertragung erfolgt in Reaktion auf sogenannte „Ca2+-puffs“, erzeugt durch spontane Zusammenlagerung und Aktivierung von IP3R, einem anerkannten ER-Membran Ca2+-Kanal.[20][21]

Perspektive

Die MAM ist von entscheidender Bedeutung für den Austausch von Information und Stoffwechselprodukten in der Zelle, die eine Vernetzung der Physiologie von ER und Mitochondrien ermöglicht. Zwischen beiden besteht nicht nur eine strukturelle, sondern auch eine funktionelle Kopplung, die entscheidend für die gesamte zelluläre Physiologie und Homöostase ist. Die MAM ermöglicht damit eine Sichtweise auf die Mitochondrien, die von der traditionellen Sichtweise dieser Organellen als eine statische, isolierte Einheit abweicht. Stattdessen wird die Integration der Mitochondrien in verschiedene zelluläre Prozesse betont, als das Resultat eines endosymbiontischen Vorgangs.

Funktion

  • Wichtige Abbauwege: Citratzyklus, hierzu wird Pyruvat aus dem Cytosol in die Mitochondrienmatrix eingeschleust. Durch die Pyruvat-Dehydrogenase wird dann Pyruvat zu Acetyl-CoA decarboxyliert. Eine andere Quelle des Acetyl-CoA ist der Fettsäureabbau (β-Oxidation), welcher in tierischen Zellen in Mitochondrien stattfindet, in pflanzlichen Zellen jedoch nur in den Glyoxysomen und den Peroxisomen.[29] Hierzu wird Acyl-CoA aus dem Cytosol über Bindung an Carnitin durch die innere Mitochondrienmembran geschleust und zu Acetyl-CoA umgesetzt. Aus Acetyl-CoA wird im Citratzyklus (auch Krebs-Zyklus oder Tricarbonsäure-Zyklus genannt) der überwiegende Teil der Reduktionsäquivalente (NADH+H+, FADH2) gewonnen, die dann innerhalb der Atmungskette in ATP umgewandelt werden.
  • Atmungskette: Dabei wird mit Hilfe von Elektronen-Transportvorgängen und durch Anreicherung von Protonen ein elektrochemischer Gradient zwischen dem Intermembranraum und der mitochondrialen Matrix aufgebaut, der dazu dient, mittels der ATP-Synthase, ATP herzustellen (siehe chemiosmotische Kopplung). Die zum Aufbau des Gradienten benötigten Elektronen und Protonen werden durch oxidativen Abbau aus den vom Organismus aufgenommenen Nährstoffen (z. B. Glucose) gewonnen. Zunächst läuft im Zytoplasma die Glykolyse ab.
  • Apoptose (Programmierter Zelltod)
  • Calcium-Speicher: durch die Fähigkeit Calciumionen aufzunehmen und später wieder abzugeben, greifen Mitochondrien in die Calcium-Homöostase der Zelle ein.
  • Synthese von Eisen-Schwefel-Clustern, die unter anderem von vielen Enzymen der Atmungskette benötigt werden. Diese Funktion wird inzwischen als die essentielle Funktion der Mitochondrien angesehen, d. h. als der Grund, warum fast alle eukaryotischen Zellen zum Überleben auf Mitochondrien angewiesen sind.[30]
  • Einzelne Schritte aus dem Harnstoffzyklus finden ebenfalls in Mitochondrien statt.

Ursprung

Nach der Endosymbiontentheorie geht man davon aus, dass die Mitochondrien aus einer Symbiose von aeroben Bakterien (aus der Gruppe der α-Proteobakterien, Gattung Rickettsia) mit den Vorläufern der heutigen Eukaryoten hervorgegangen sind. Ein alternativer Vorschlag ist die Aufnahme eines fakultativen anaeroben Bakteriums (Symbiont) durch ein methanogenes Archaeon (Wirt).[31] Hinweise auf eine wie auch immer gestaltete Endosymbiose sind der Besitz eigener genetischer Information (mtDNA, Chondriom), eine eigene Proteinsynthese (mit eigenen Ribosomen und tRNAs) und das Vorhandensein einer inneren Membran, die sich deutlich vom Bau der äußeren Membran unterscheidet und die der Synthese von ATP aus ADP dient. Die Mitochondrien sind jedoch so spezialisiert, dass sie allein nicht lebensfähig sind. Sie sind relativ eng mit anderen, seltener auftretenden Organellen, den Hydrogenosomen, verwandt.[32]

Genom

Schematische Darstellung des Mitochondriengenoms
→ Hauptartikel: Mitochondriale DNA

Die Mitochondrien besitzen ein eigenes Genom (Chondriom), das sich, häufig mehrfach kopiert, in der mitochondrialen Matrix befindet. Das Genom ist als zirkuläre und doppelsträngige DNA (mtDNA) geformt (siehe auch Plasmid) und besitzt einen eigenständigen Verdopplungszyklus. Mitochondrien werden als semiautonom bezeichnet, ihr Genom codiert selbst nur einen kleinen Teil der vom Mitochondrium benötigten Proteine. Beim Menschen kontrollieren 37 mitochondriale Gene die Synthese von 13 der ca. 80 Protein-Untereinheiten der Atmungskette, die restlichen 800–1000 verschiedenen mitochondrialen Proteine werden im Kerngenom kodiert.

Die nicht für Proteine codierenden Gene der mtDNA codieren für die rRNA und für alle benötigten tRNAs.

Veränderungen im Mitochondriengenom werden in der Forschung zur Aufklärung von Abstammungslinien der Arten, sowie verschiedener ethnischer Gruppen des Menschen genutzt, so etwa vom Genographic-Projekt.

Vermehrung

Mitochondrien werden nicht neu gebildet, sondern entstehen durch Wachstum und Sprossung. Der Großteil der mitochondrialen Proteine wird im Cytosol synthetisiert und anschließend in die Mitochondrien transportiert. Der Transport dieser Proteine in die Mitochondrien erfolgt über die äußere Membran durch den TOM-Komplex (engl. translocase of outer mitochondrial membrane) und über die innere Membran durch den TIM-Komplex (engl. translocase of inner mitochondrial membrane) und beinhaltet die Funktion von Chaperonen, besonders Hsp70.[33] Die Vermehrung der Mitochondrien hängt jeweils vom Bedarf ab. Bei der Zellteilung werden sie von der Mutterzelle auf die Tochterzellen verteilt. Verbrauchte Mitochondrien werden mit Hilfe des endoplasmatischen Retikulums, des Golgi-Apparats und der Lysosomen abgebaut.

Mögliche Beziehungen zum Altern

Die Mitochondrien, als Kraftwerke der Zelle, können undichte Stellen in der Atmungskette aufweisen; d. h. bei der respiratorischen Oxidation kann es zur Freisetzung von Elektronen kommen. Diese können reaktive Sauerstoffspezies bilden, was oxidativen Stress verursachen kann, welcher zu einer hohen Mutationsrate der mitochondrialen DNA (mtDNA) führen kann.[34] Diese hypothetischen Zusammenhänge zwischen Altern und oxidativem Stress sind nicht neu und wurden bereits vor über 50 Jahren vorgeschlagen.[35] Sie werden in neueren Arbeiten angezweifelt.[36]

Oxidativer Stress kann zu mitochondrialen DNA-Mutationen führen, welche enzymatische Anomalien verursachen können, was wiederum zu weiterem oxidativem Stress führen kann. Ein Teufelskreis ist möglich. Neuere Messungen haben jedoch ergeben, dass die Akkumulationsgeschwindigkeit von Mutationen in mitochondrialer DNA[37] 1 Mutation pro 7884 Jahre beträgt (das heißt 10−7 bis 10−9 pro Base pro Jahr, die jüngsten gemeinsamen Vorfahren von Menschen und Affen betrachtend), und damit vergleichbar ist zu den Mutationsraten autosomaler DNA (10−8 Basen pro Generation[38]).

Während des Alterns der Mitochondrien können verschiedene Änderungen auftreten. Gewebe von älteren Patienten zeigen eine Abnahme der enzymatischen Aktivität der Proteine der Atmungskette.[39] Mutationen der mitochondrialen DNA können jedoch nur in 0,2 % der sehr alten Zellen gefunden werden.[40] Es wird angenommen, dass große Deletionen im mitochondrialen Genom zu einem hohen Maß an oxidativem Stress und dem Absterben von Neuronen führen, als Auslöser der Parkinson-Krankheit.[41]

Allerdings gibt es viele Diskussionen darüber, ob mitochondriale Veränderungen Ursachen des Alterns sind oder nur Merkmale des Alterns. Eine repräsentative Studie an Mäusen zeigte eine verkürzte Lebensdauer, jedoch keine Erhöhung der reaktiven Sauerstoffspezies trotz steigender mitochondrialer DNA-Mutationen.[42] Es ist jedoch zu beachten, dass bei alternden Wildtypmäusen nicht so viele Mutationen in der mitochondrialen DNA akkumulieren wie bisher vermutet (und diese Mutationen einen geringeren Effekt haben als gedacht),[43] was Zweifel an der Bedeutung von Mutationen in der mitochondrialen DNA für das natürliche Altern aufkommen lässt. Somit bleiben die genauen Zusammenhänge zwischen Mitochondrien, oxidativem Stress und Alterung ungeklärt.

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Wilhelm Gemoll: Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch. München/Wien 1965.
  2. ↑ J. Schrader, M. Kelm: Das Herz. In: Rainer Klinke, Hans-Christian Pape, Stefan Silbernagl (Hrsg.): Physiologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 20053; S. 147.
  3. ↑ Esther Neumann: Kraftwerke unserer Zellen. Top Life Aktuell 10/2005.
  4. ↑ Jan Koolman: Taschenatlas der Biochemie. Dritte Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2003, S. 210.
  5. ↑ Wissenschaft online, Kompaktlexikon der Biologie: Spermium. Spektrum Akademischer Verlag, 2007.
  6. ↑ Rolf Knippers: Molekulare Genetik. Neunte Auflage. Thieme Verlag, Konstanz 2006, S. 455.
  7. ↑ stern.de: Medizinische Forschung: Briten schaffen Embryo mit drei Eltern ; Meldung vom 6. Februar 2008. Siehe auch Mitochondriale DNA.
  8. ↑ M. Zeviani, S. di Donato: Mitochondrial disorders; in: Brain 127 (2004); S. 2153–2172; PMID 15358637 (PDF; 789 kB).
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,6 Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter: Molecular Biology of the Cell. New York: Garland Publishing Inc. 1994, ISBN 0815332181
  10. ↑ Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt: Fundamentals of Biochemistry, 2nd Edition, S. 547, John Wiley and Sons, Inc. 2006, ISBN 0471214957
  11. ↑ Stefan Jakobs: Mitochondrien – Dynamische Kraftwerke der Zelle (PDF; 4,9 MB); Göttingen: Max-Planck Institut für biophysikalische Chemie; MPIbpc News 10 (2004), Heft 12, S. 1–4.
  12. ↑ 12,0 12,1 Herrmann JM, Neupert W: Protein transport into mitochondria. In: Curr Opin Microbiol. 3, Nr. 2, 2000 April, S. 210–214. doi:10.1016/S1369-5274(00)00077-1. PMID 10744987.
  13. ↑ 13,0 13,1 Chipuk JE, Bouchier-Hayes L, Green DR: Mitochondrial outer membrane permeabilization during apoptosis: the innocent bystander scenario. In: Cell Death and Differentiation.. 13, Nr. 8, 2006, S. 1396–1402. doi:10.1038/sj.cdd.4401963. PMID 16710362.
  14. ↑ Hayashi T, Rizzuto R, Hajnoczky G, Su TP: MAM: more than just a housekeeper. In: Trends Cell Biol.. 19, Nr. 2, Februar 2009, S. 81–8. doi:10.1016/j.tcb.2008.12.002. PMID 19144519. Volltext bei PMC: 2750097.
  15. ↑ McMillin JB, Dowhan W: Cardiolipin and apoptosis. In: Biochim. Biophys. Acta. 1585, Nr. 2-3, 2002 December, S. 97–107. doi:10.1016/S1388-1981(02)00329-3. PMID 12531542.
  16. ↑ 16,0 16,1 Katharina Munk, Konstanze Abröll, Thomas Kurth, Thomas Langer, Regina Nethe-Jaenchen, Harald Schlatter, Beate Schultze, Klaus Wolf: Biochemie - Zellbiologie, 1. Auflage, S. 433, Thieme 2008, ISBN 3131448318
  17. ↑ O'Brien TW: Properties of human mitochondrial ribosomes. In: IUBMB Life. 55, Nr. 9, 2003 September, S. 505–13. doi:10.1080/15216540310001626610. PMID 14658756.
  18. ↑ Mannella CA: Structure and dynamics of the mitochondrial inner membrane cristae. In: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Mol Cell Res.. 1763, Nr. 5–6, 2006, S. 542–548. doi:10.1016/j.bbamcr.2006.04.006. PMID 16730811.
  19. ↑ Anderson S, Bankier AT, Barrell BG, de-Bruijn MHL, Coulson AR, et al.: Sequence and organization of the human mitochondrial genome. In: Nature. 290, Nr. 5806, 1981, S. 427–465. doi:10.1038/290457a0. PMID 7219534.
  20. ↑ 20,0 20,1 20,2 20,3 20,4 20,5 20,6 Rizzuto, R et al.: Ca2+ transfer from the ER to mitochondria: when, how and why. In: Biochim Biophys Acta.. 1787, Nr. 11, 2009, S. 1342–51. doi:10.1016/j.bbabio.2009.03.015. PMID 19341702. Volltext bei PMC: 2730423.
  21. ↑ 21,0 21,1 Hayashi, T. et al.: MAM: more than just a housekeeper. In: Trends Cell Biol.. 19, Nr. 2, 2009, S. 81–88. doi:10.1016/j.tcb.2008.12.002. PMID 19144519. Volltext bei PMC: 2750097.
  22. ↑ 22,0 22,1 de Brito, OM et al.: An intimate liaison: spatial organization of the endoplasmic reticulum–mitochondria relationship. In: EMBO J.. 29, Nr. 16, 2010, S. 2715–2723. doi:10.1038/emboj.2010.177. PMID 20717141. Volltext bei PMC: 2924651.
  23. ↑ 23,0 23,1 Vance, JE. et al.: Intracellular trafficking of phospholipids: import of phosphatidylserine into mitochondria. In: Anticancer Research. 16, Nr. 3B, 1996, S. 1333–9. PMID 8694499.
  24. ↑ 24,0 24,1 24,2 Lebiedzinska, M et al.: Interactions between the endoplasmic reticulum, mitochondria, plasma membrane and other subcellular organelles. In: Int J Biochem Cell Biol. 41, Nr. 10, 2009, S. 1805–16. doi:10.1016/j.biocel.2009.02.017. PMID 19703651.
  25. ↑ Twig, G et al.: Fission and selective fusion govern mitochondrial segregation and elimination by autophagy. In: EMBO J. 27, Nr. 2, 2008, S. 433–446. doi:10.1038/sj.emboj.7601963. PMID 18200046. Volltext bei PMC: 2234339.
  26. ↑ 26,0 26,1 26,2 26,3 26,4 Osman, C et al.: Making heads or tails of phospholipids in mitochondria. In: J Cell Biol. 192, Nr. 1, 2011, S. 7–16. doi:10.1083/jcb.201006159. PMID 21220505. Volltext bei PMC: 3019561.
  27. ↑ Kornmann, B. et al.: An ER-Mitochondria Tethering Complex Revealed by a Synthetic Biology Screen. In: Science. 325, Nr. 24, 2009, S. 477–481. doi:10.1126/science.1175088. PMID 19556461. Volltext bei PMC: 2933203.
  28. ↑ Rusinol, AE et al.: A Unique Mitochondria-associated Membrane Fraction from Rat Liver Has a High Capacity for Lipid Synthesis and Contains Pre-Golgi Secretory Proteins Including Nascent Lipoprotein. In: J Biol Chem. 269, Nr. 44, 1994, S. 27494–27502. PMID 7961664.
  29. ↑ Elmar W. Weiler; Lutz Nover.: Allgemeine und molekulare Botanik. Thieme, Stuttgart [u. a.] 2008, 978-3-13-147661-6, S. 80
  30. ↑ R. Lill u. a.: The essential role of mitochondria in the biogenesis of cellular iron-sulfur proteins; in: Biological Chemistry, Band 380 (1999), S. 1157–1166. PMID 10595578
  31. ↑ W. Martin, M. J. Russell: On the Origin of Cells: a Hypothesis for the Evolutionary Transitions from Abiotic Geochemistry to Chemoautotropic Prokaryotes, and from Prokaryotes to Nucleated Cells; in: Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci., Ausgabe vom 23. Januar 2003; 358(1429):59–83; Diskussion S. 83–85.
  32. ↑ B. Boxma u. a.: An anaerobic mitochondrion that produces hydrogen; in: Nature, Bd. 434 (2005), Nr. 7029, S. 74–79. PMID 15744302 doi:10.1038/nature03343
  33. ↑ J. M. Herrmann: Proteintransportmaschinen in Mitochondrien. In: Naturwissenschaftliche Rundschau 58 (2005), S. 525–530.
  34. ↑ Richter C, Park J, Ames BN: Normal oxidative damage to mitochondrial and nuclear DNA is extensive. In: PNAS. 85, Nr. 17, 1988 September, S. 6465–6467. doi:10.1073/pnas.85.17.6465. PMID 3413108. Volltext bei PMC: 281993.
  35. ↑ Harman D: Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry. In: J. Gerontol.. 11, Nr. 3, 1956, S. 298–300. PMID 13332224.
  36. ↑ Gems D, Partridge L.: Genetics of Longevity in Model Organisms: Debates and Paradigm Shifts. In: Annu Rev Physiol.. 75, 2012, S. 25.1-25.24. doi:10.1146/annurev-physiol-030212-183712. PMID 23190075.
  37. ↑ Soares et al.: Correcting for Purifying Selection: An Improved Human Mitochondrial Molecular Clock. Am J Hum Genet. 2009 June 12; 84(6): 740–759, doi:10.1016/j.ajhg.2009.05.001, PMC 2694979 (freier Volltext).
  38. ↑ Michael W. Nachman and Susan L. Crowell Estimate of the Mutation Rate per Nucleotide in Humans Genetics, Vol. 156, 297-304, September 2000
  39. ↑ Boffoli D, Scacco SC, Vergari R, Solarino G, Santacroce G, Papa S: Decline with age of the respiratory chain activity in human skeletal muscle. In: Biochim. Biophys. Acta.. 1226, Nr. 1, 1994, S. 73–82. doi:10.1016/0925-4439(94)90061-2. PMID 8155742.
  40. ↑ de Grey, Aubrey (Fall 2004). "Mitochondrial Mutations in Mammalian Aging: An Over-Hasty About-Turn?" Rejuvenation Res. 7 (3): 171–4. doi:10.1089/rej.2004.7.171. PMID 15588517.
  41. ↑ Bender A, Krishnan KJ, Morris CM, Taylor GA, Reeve AK, Perry RH, Jaros E, Hersheson JS, Betts J, Klopstock T, Taylor RW, Turnbull DM: High levels of mitochondrial DNA deletions in substantia nigra neurons in aging and Parkinson disease. In: Nat Gen.. 38, Nr. 5, 2006, S. 515–517. doi:10.1038/ng1769. PMID 16604074.
  42. ↑ Trifunovic A, Hansson A, Wredenberg A, Rovio AT, Dufour E, Khvorostov I, Spelbrink JN, Wibom R, Jacobs HT, Larsson NG: Somatic mtDNA mutations cause aging phenotypes without affecting reactive oxygen species production. In: PNAS. 102, Nr. 50, 2005, S. 17993–8. doi:10.1073/pnas.0508886102. PMID 16332961. Volltext bei PMC: 1312403.
  43. ↑ Marc Vermulst et al: Mitochondrial point mutations do not limit the natural lifespan of mice. In: Nature Genetics. 39, Nr. 4, 2007, S. 540-3. doi:10.1038/ng1988. PMID 16332961.
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