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Kurs: Biologie Bibliothek > Lerneinheit 8
Lektion 3: Reise durch eine eukaryotische ZelleMitochondrien und Chloroplasten
Aufbau und Funktion von Mitochondrien und Chloroplasten. Endosymbiose.
Kernaussagen:
- Mitochondrien sind die "Kraftwerke" der Zelle, die Brennstoffmoleküle abbauen und Energie durch Zellatmung einfangen.
- Chloroplasten kommen in Pflanzen und Algen vor. Sie sind verantwortlich für die Aufnahme von Lichtenergie, um Zucker durch Photosynthese herzustellen.
- Mitochondrien und Chloroplasten waren wahrscheinlich früher Bakterien, die von größeren Zellen verschlungen wurden (die Endosymbiontentheorie).
Einführung
Du weißt vielleicht, dass dein Körper aus Zellen besteht (Billionen von Billionen von ihnen). Du weißt vielleicht auch, dass du Nahrung - wie zum Beispiel Gemüse - zu dir nehmen musst, damit du die Energie hast, um Dinge zu tun, wie Sport zu treiben, zu lernen, zu gehen und sogar zu atmen.
Aber was passiert genau in deinem Körper, um die im Brokkoli gespeicherte Nahrungsenergie in eine Form zu bringen, die dein Körper nutzen kann? Und wie kommt die Energie überhaupt erst in den Brokkoli?
Die Antworten auf diese Fragen haben vor allem mit zwei wichtigen Organellen zu tun: Mitochondrien und Chloroplasten.
- Chloroplasten sind Organellen in den Brokkolizellen (und in den Zellen anderer Pflanzen und Algen). Sie fangen Lichtenergie ein und speichern sie als Brennstoffmoleküle im Gewebe der Pflanze.
- Mitochondrien sind in deinen Zellen - und in Pflanzenzellen - vorhanden. Sie wandeln die in Molekülen aus dem Brokkoli (oder in anderen Brennstoffmolekülen) gespeicherte Energie in eine Form um, die die Zelle nutzen kann.
Schauen wir uns diese beiden sehr wichtigen Organellen genauer an.
Chloroplasten
Chloroplasten kommen nur in Pflanzen und Photosynthese betreibenden Algen vor. (Menschen und andere Tiere besitzen keine Chloroplasten.) Der Chloroplast hat die Aufgabe, einen Prozess namens Photosynthese durchzuführen.
Bei der Photosynthese wird Lichtenergie gesammelt und verwendet, um Zuckermoleküle aus Kohlendioxid herzustellen. Die bei der Photosynthese erzeugten Zucker können von der Pflanzenzelle verwendet werden oder von Tieren, wie zum Beispiel dem Menschen, aufgenommen werden, welche die Pflanze fressen. Die Energie, die in diesen Zuckern enthalten ist, wird durch einen Prozess gewonnen, der Zellatmung genannt wird und in den Mitochondrien sowohl pflanzlicher als auch tierischer Zellen stattfindet.
Chloroplasten sind scheibenförmige Organellen, die sich im Cytosol einer Zelle befinden. Sie besitzen eine äußere und eine innere Membran mit einem Intermembranraum zwischen ihnen. In dem Raumes innerhalb der zwei Schichten der Membran befinden sich Membranscheiben, die Thylakoide, die in miteinander verbundenen Stapeln, den Grana (Singular: Granum), aufeinanderliegen.
Die Membran einer Thylakoidscheibe enthält lichtsammelnde Pigmente, wie zum Beispiel Chlorophyll, ein Pigment, das Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht. Thylakoidscheiben sind hohl und der Raum innerhalb einer Scheibe wird als Thylakoidraum oder Lumen bezeichnet, während die Flüssigkeit, die die Thylakoide umgibt, als Stroma bezeichnet wird.
Mehr über Chloroplasten, Chlorophyll und Photosynthese erfährst du im Themenbereich Photosynthese .
Mitochondrien
Mitochondrien (Singular: Mitochondrion) werden oft als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet. Ihre Aufgabe ist es, eine konstante Versorgung mit Adenosintriphosphat (ATP) zu erreichen, dem wichtigsten energieliefernden Molekül der Zelle. Das Verfahren zur Herstellung von ATP unter Verwendung von chemischer Energie aus Brennstoffen wie Zuckern wird als Zellatmung bezeichnet. Viele Schritte der Zellatmung finden innerhalb der Mitochondrien statt.
Mitochondrien schweben im gelartigen Cytosol der Zelle. Sie sind oval und besitzen zwei Membranen: eine äußere, die das gesamte Organell umgibt, und eine innere, mit vielen nach innen gerichteten Ausstülpungen, die Cristae genannt werden und die Oberfläche vergrößern.
Früher dachte man, dass es sich bei den Cristae um breite, wellige Falten handelt, aber wie Sal in seinem Video zu Mitochondrien erklärt, werden sie jetzt eher als lange Röhren betrachtet.
Der Raum zwischen den Membranen wird Intermembranraum genannt und der von der inneren Membran eingeschlossene Raum wird als Matrix bezeichnet. Die Matrix enthält mitochondriale DNA und Ribosomen. Wir werden kurz darüber sprechen, warum Mitochondrien (und Chloroplasten) ihre eigene DNA und Ribosomen besitzen.
Die Mehrkompartiment-Struktur des Mitochondriums mag uns kompliziert erscheinen. Das stimmt, aber sie ist sehr nützlich für die Zellatmung, bei dir sie ermöglicht, Reaktionen getrennt zu halten und unterschiedliche Konzentrationen von Molekülen in verschiedenen "Räumen" aufrechtzuerhalten.
Obwohl Mitochondrien in den meisten menschlichen Zelltypen vorhanden sind (ebenso wie in den meisten Zelltypen anderer Tiere und Pflanzen), variiert ihre Anzahl in Abhängigkeit von der Funktion der Zelle und ihrem Energiebedarf. Muskelzellen haben zum Beispiel typischerweise einen hohen Energiebedarf und eine große Anzahl an Mitochondrien, während rote Blutkörperchen, die für den Sauerstofftransport hoch spezialisiert sind, überhaupt keine Mitochondrien besitzen.
Woher stammen diese Organellen?
Sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten enthalten ihre eigene DNA und Ribosomen. Warum brauchen diese Organellen DNA und Ribosomen, wenn es DNA im Zellkern und Ribosomen im Cytosol gibt?
Überzeugende Hinweise weisen auf die Endosymbiose als Antwort auf dieses Rätsel hin.
Symbiose ist eine Beziehung, in der Organismen zweier verschiedener Arten in einer engen, abhängigen Beziehung leben. Endosymbiose (endo- = "innerhalb") ist eine bestimmte Art von Symbiose, bei der ein Organismus innerhalb des anderen lebt.
Bakterien, Mitochondrien und Chloroplasten sind ähnlich groß. Bakterien besitzen außerdem DNA und Ribosomen, die denen von Mitochondrien und Chloroplasten ähneln.
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