Mitochondrien

Ein erwachsener Mensch besteht aus rund 100 Billionen Zellen. Würden wir alle Zellen, die im Durchschnitt nur 1/40 Millimeter groß sind, hintereinander aufreihen, ergäbe dies eine Wegstrecke von 2,5 Millionen Kilometern. Zusätzlich leben wir in einer Symbiose mit einer Vielzahl von Bakterien, deren Menge bei Weitem die Anzahl unserer eigenen Körperzellen übersteigt. Hier sehen wir, wie wichtig und sinnvoll die Natur die Zusammenarbeit unterschiedlicher Spezies geregelt hat. Ohne die Bakterien wären wir überhaupt nicht in der Lage, so zu leben, wie wir es tun, nehmen sie uns doch eine Menge Arbeit ab. Der Mensch ist im Prinzip ein Ökosystem; es beheimatet viele verschiedene Bakterien mit unterschiedlichen Aufgaben im Gesamtsystem: Sie spalten unverdauliches Essen auf, bauen Gifte und Medikamente ab, trainieren das Immunsystem und produzieren eine Reihe von unverzichtbaren Stoffen.

Fast alle Zellen unseres Körpers unterliegen einem ständigen Erneuerungsprozess, der je nach Funktion und Gewebeart unterschiedlich schnell abläuft. Jede Sekunde sterben ca. 50 Millionen Zellen und werden durch neue ersetzt. Die Zellen unserer Magenschleimhaut werden z.B. ca. 1 Woche alt, Dünndarmzellen 1–2 Tage, die roten Blutkörperchen 120 Tage und Knochenzellen 10–30 Jahre. Während der Embryonalzeit bilden sich die unterschiedlichen Zellarten aus den Stammzellen, differenzieren sich und schließen sich dann zu sinnvollen Zellverbänden zusammen, aus denen die einzelnen Organe entstehen. Damit unsere Organsysteme sinnvoll arbeiten können, ist also eine reibungslose Funktion der einzelnen Zellen erforderlich, wobei die Mitochondrien für die nötige Energie sorgen.

Aufbau einer typischen menschlichen Zelle

Bis auf wenige Ausnahmen bestehen menschliche Zellen aus der Zellmembran und dem Zytoplasma, in dem sich die unterschiedlichen Zellorganellen mit dem Zellkern befinden. Die roten Blutkörperchen, die im Knochenmark gebildet werden, sind kernlos und können sich deshalb auch nicht mehr teilen.

Die Zellmembran bildet die äußere, begrenzende, formgebende Hülle der Zelle, die »Hauswand«. Sie sorgt für einen kontrollierten Stoff- und Gasaustausch zwischen dem Zellinnenraum und der Umgebung. Sie ist nur für bestimmte Stoffe durchlässig und kann über verschiedene Mechanismen steuern, was wann in welcher Menge durchgelassen wird. Diese Fähigkeit wird auch als »Permeabilität« bezeichnet.

Der Grundbaustoff der Zellmembran sind Fette/Lipide. Diese bilden eine flüssige Lipid-Doppelschicht, die wiederum in eine Protein-/Eiweiß-Struktur eingebunden ist. Es handelt sich also um eine Doppelmembran.

Die Zellmembran umschließt das Zytoplasma.

Aufbau der Zelle

Das Zytoplasma ist eine flüssige, gelartige Substanz innerhalb der Zellmembran, die den Hauptbestandteil der Zelle ausmacht. Im Zytoplasma befinden sich das Zytosol, das Zytoskelett, der Zellkern und die Zellorganellen – weitere Funktionseinheiten der Zelle.

Das Zytosol besteht zu 70 Prozent aus Wasser, in dem unterschiedlichste Stoffe wie Ionen, Nährstoffe, Kohlenhydrate, Mineralsalze, Aminosäuren und Enzyme gelöst sind. Hier laufen zahlreiche Stoffwechselreaktionen ab.

Das Zytoskelett sitzt innerhalb des Zytoplasmas und sorgt für die notwendige Stabilität der Zelle und für die intrazellulären Stofftransporte. Es setzt sich aus Mikrotubuli, Aktin- und Intermediärfilamenten zusammen und durchzieht die ganze Zelle in einem dreidimensionalen Netzwerk.

Der Zellkern (Nukleus) wird von der Kernmembran umhüllt und enthält das Chromatingerüst, das die codierte Erbinformation in Form von DNA beinhaltet. Er ist die Steuerzentrale der Zelle.

Der Nukleolus, das Kernkörperchen innerhalb des Zellkerns, besteht vorwiegend aus DNA, RNA (bzw. RNS/Ribonukleinsäuren) und Protein. Die Nukleoli (oder auch Nukleolen) sind für die Produktion der verschiedenen Untereinheiten der Ribosomen zuständig.

Die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, dienen hauptsächlich der Energiegewinnung durch Zellatmung. Daneben besitzen sie weitere Funktionen bei der Bildung von Baumaterial und der Entsorgung von Ammoniak sowie dem programmierten Zelltod (Apoptose). Zusätzlich dienen sie als intrazellulärer Kalziumspeicher. Sie sind wie der Zellkern von einer Doppelmembran umschlossen, besitzen eine eigene DNA und vermehren sich unabhängig von der Mutterzelle.

Das endoplasmatische Retikulum zieht sich als Gangsystem durch die gesamte Zelle und stellt eine Erweiterung der Kernmembran dar. Die Grundsubstanz, das glatte endoplasmatische Retikulum, ist für die Fettsäureproduktion, Speicherung von Kalzium und Entgiftung der Zelle zuständig. Durch Anlagerung von Ribosomen entsteht das raue endoplasmatische Retikulum, zu dessen Aufgaben die Protein-Biosynthese zählt.

Die Ribosomen erfüllen eine der wichtigsten Funktionen der Zelle – die Protein-Biosynthese – und liegen verstärkt auf der Kernmembran und dem rauen endoplasmatischen Retikulum. Hier werden unterschiedliche Aminosäuren zu Proteinen verknüpft. Die Verknüpfungssequenz der Aminosäuren ergibt sich aus dem genetischen Code der menschlichen DNA.

Der Golgi-Apparat stellt den Ort dar, an dem die vom rauen endoplasmatischen Retikulum und den Ribosomen produzierten Proteine und Stoffe gespeichert und modifiziert werden. Im Golgi-Apparat werden zudem Transport-Vesikel (in der Zelle gelegene Bläschen) gebildet (eine Art Schutzhülle um die Proteine und Stoffe) und damit in der Zelle transportiert, verteilt oder ausgeschleust.

Die Lysosomen enthalten Enzyme und bauen damit zelleigene und zellfremde Stoffe ab. Ihr pH-Wert ist extrem sauer (4,5 bis 5).

Die Peroxisome sind besonders in Leber und Nieren zu finden und dienen dem Abbau von Fettsäuren mittels Oxidation. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Verstoffwechselung von zellulären Abfall- und Zwischenprodukten und ermöglichen die Entgiftung von reaktiven Sauerstoffverbindungen (Wasserstoffperoxid), die zu Zellschäden führen können.

Jede Zelle bildet also einen eigenen, kleinen Mikrokosmos und ein eigenständiges, lebensfähiges System. Durch die intelligenten, sinnvoll aufeinander abgestimmten biochemischen Prozesse in der Zelle und durch das perfekt aufeinander abgestimmte Zusammenspiel der verschiedenen Zellorganellen stellt die Zelle die Grundlage des Lebens dar. Durch den Zusammenschluss von Milliarden einzelner, intelligenter Zellen entstehen hoch komplexe Systeme (Gewebe, Organe, Organsysteme), und daraus formt sich der Mensch mit seinem eigenen Bewusstsein sowie seiner Fähigkeit, zu denken, zu fühlen und zu handeln.

Prokaryoten und Eukaryoten

In der Natur finden sich zwei grundsätzlich unterschiedliche Zellarten, die sich vor allem darin unterscheiden, dass bestimmte Zellbestandteile vorhanden sind oder fehlen.

Prokaryoten (Bakterien, Archaen) sind in der Regel Einzeller und sehr klein (ca. 1–2 µm). Eukaryoten sind meist mehrzellige Organismen (es gibt Ausnahmen), deren Zellen deutlich größer sind (10–100 µm) als die der Prokaryoten. Prokaryoten sind Lebewesen, deren Zellen keinen Zellkern aufweisen und hinsichtlich ihrer Architektur einfach organisiert sind. Die Erbinformation, die DNA, befindet sich bei Prokaryoten frei im Zellplasma, während sie bei Eukaryoten im Zellkern sitzt. Zusätzlich besitzen sie DNA in Form von Plasmiden. Prokaryotische Zellen enthalten im Gegensatz zu Eukaryoten keine Zellorganellen und Kompartimente. Aus dem Zusammenschluss von prokaryotischen Zellen sind im Lauf der Evolution komplexe eukaryotische Zellen hervorgegangen (➧ Teil 1 ➧ »Die Endosymbionten-Theorie«).

Zellforschung am Rand der etablierten Wissenschaft

Sind wir durch unsere Gene bestimmt? Die Geheimnisse unserer Gene werden wissenschaftlich immer weiter entschlüsselt; wir wissen immer mehr über die Informationen, die sie enthalten. Wissenschaft und Schulmedizin sehen in der Genetik die riesige Chance, um langfristig bestimmte genetisch mitbestimmte Krankheiten frühzeitig zu erkennen und mittels gezielter Eingriffe in das Erbgut Krankheiten zu verhindern und zu heilen. In verschiedenen Ländern werden im Rahmen groß angelegter Studien (z.B. seit 2018 die »Estonian Personalized Medicine Initiative« in Estland) die genetischen Informationen der Bevölkerung erforscht, um zugleich Daten über Gendefekte, genetische Krankheitsdispositionen usw. zu erhalten. Genetische Risiken sollen frühzeitig erkannt sowie der Ausbruch der Krankheiten mithilfe gezielter Maßnahmen zur Lebensführung zumindest verzögert werden.

Aber sind es wirklich »nur« die in der DNA der Zelle codierten Gene, die uns bestimmen und die über Gesundheit und Krankheit entscheiden? Die festlegen, wer und was wir sind?

Schauen wir dazu auf die Ergebnisse einiger Forscher, die entgegen den landläufigen Meinungen alternative Ansichten zur Zelle vertreten.

Die Zelle aus Sicht des Entwicklungsbiologen und Zellforschers Dr. Bruce Lipton

Fakt ist, dass nicht jede genetische Krankheitsdisposition zwangsläufig zum Ausbruch einer Krankheit führen muss. Der Einfluss unserer eigenen Erwartungen, Ängste und Glaubenssätze kann eine wichtige, oft unterschätzte Rolle spielen.

Der Zellbiologe Bruce Lipton hat bereits vor vielen Jahren das Dogma infrage gestellt, wir würden von unseren Genen bestimmt. Aufgrund seiner eigenen sowie vielerlei anderer Forschungsergebnisse postuliert er, dass es nicht die Genetik ist, die unser Schicksal bestimmt; also sind wir auch nicht die Opfer unserer Gene. Viel wichtiger sei die Zellmembran, das heißt die Wand der Zelle, und dort die Transportmechanismen, die Informationen und Stoffe in die Zelle und aus der Zelle befördern. In der Membran sitze demnach die eigentliche Intelligenz der einzelnen Zellen.

Bruce Lipton geht noch einen Schritt weiter, indem er sagt, dass wir auf der Grundlage unserer Wahrnehmung der Umwelt die Zelle und unsere Gene steuern – nicht umgekehrt. Anders ausgedrückt sind es unsere eigenen Überzeugungen, die auf unsere Gene einwirken und sie aktivieren, lenken oder hemmen. Genau so, wie wir die Umwelt wahrnehmen, reagieren unsere Zellen.

Bekanntlich hegen wir alle unsere ureigenen Glaubenssysteme und Überzeugungen. Die größte Prägung erfolgt in den ersten Lebensjahren: durch die Überzeugungen und Glaubenssätze unserer Eltern, durch unser soziales, kulturelles und geografisches Umfeld, durch die Religion usw. So entsteht in dieser Kindheitsphase der Grundstock für unser persönliches Glaubens- und Wertesystem.

Erst später fangen wir an, den Wahrheitsgehalt von Botschaften zu hinterfragen, und können – glücklicherweise – unsere Muster allmählich auch wieder verändern.

Laut Bruce Lipton haben unsere Gedanken, Gefühle und Überzeugungen – nicht unsere Gene – den entscheidenden Einfluss auf die Funktion unserer Zellen.

Wenn das so ist, sind wir nicht länger Opfer unserer genetischen Herkunft. Ganz im Gegenteil, wir selbst sind Schöpfer unserer Realität und können diese Schöpferkraft aktiv und bewusst einsetzen: für unseren Energiezustand, für unsere Lebensenergie, für unsere Gesundheit, für unser Bewusstsein, für unser Leben, für alles, was wir erreichen wollen.

Wir brauchen dazu Mittel und Wege, um uns aus unseren alten, krank machenden, beschränkenden Überzeugungen zu lösen und sie durch neue, gesunderhaltende, stärkende, visionäre, grenzüberschreitende Ansichten und Überzeugungen zu ersetzen. Wir brauchen die innere Überzeugung, dass wir uns aus allen Begrenzungen lösen und ungeahnte Kräfte und Energien in uns aktivieren können, indem wir uns mit allen Energiequellen in und um uns verbinden und die Energie optimal für uns und unser Leben nutzen.

Die Frage stellt sich also, ob wir unseren Genen die Macht geben, indem wir an den alten Dogmen festhalten, oder ob wir an die Macht unseres Bewusstseins sowie an die These von der unbegrenzten Lebensenergie glauben. Nutzen wir unsere Schöpferkraft und die unbegrenzten Energiequellen optimal und sinnvoll oder lassen wir uns von unseren Genen, alten Glaubenssätzen und Überzeugungen fremdbestimmen und determinieren?

Mitochondrien und EZ-Wasser

Nach bisheriger wissenschaftlicher Lehrmeinung kommt Wasser in drei unterschiedlichen Zuständen vor: fest (gefroren/Eis), flüssig und gasförmig (Wasserdampf).

Bereits 1949 gab es jedoch Hinweise, dass sich Flüssigkeiten, also auch Wasser, grundsätzlich an hydrophilen Oberflächen verändern. Gerald Pollack, ein Forscher der Universität von Washington in Seattle, stellte die Theorie auf, dass es einen bisher verborgenen, gelartigen, vierten Aggregatzustand des Wassers gebe: Er tritt zwischen dem flüssigen und dem gefrorenen Zustand auf und bildet sich laut Pollack an hydrophilen Grenz- bzw. Oberflächen, einer sogenannten Exklusionszone (EZ-Zone), die wir überall im Körper haben. Dementsprechend nannte Pollack dieses Wasser »Exclusion Zone Water« bzw. »EZ-Wasser«.

Dieser Zustand tritt immer beim Abkühlen von Wasser kurz vor dem Gefrieren oder beim Erhitzen kurz vor dem Übergang vom gefrorenen in den flüssigen Zustand auf.

EZ-Wasser ist negativ geladenes, kolloidales Zellwasser. Die chemische Formel lautet H3O2. Sobald Wasser in die Nähe von hydrophilen Oberflächen gelangt, beginnt es sich selbst zu strukturieren und zu ordnen und geht in den Aggregatzustand des EZ-Wassers über. Diese Wassermoleküle sind stabiler als normale Wassermoleküle. Sie ordnen sich in einer Art geschichteter Wabenstruktur an, die helixartig (schraubenförmig) aufgebaut ist. Neben dem EZ-Wasser finden wir in der Zelle mehrere Strukturen, die helixartig angeordnet sind, z.B. Faserproteine, die DNA und die RNA.

Faszinierend am EZ-Wasser ist, dass es sich selbst reinigt: Es schiebt dabei alle gelösten Stoffe in die »normale« Wasserschicht ab. Dadurch entsteht diese absolut reine Exklusionszone.

Das EZ-Wasser bildet sich im Körper aus dem Wasser, das wir trinken. Dank des Gelzustands können Makromoleküle und Zellmembranen erst richtig funktionieren. Laut Pollack ist vor allem das EZ-Wasser in der Zelle essenziell für ihre gute Funktion. Hätten wir nur normales Wasser in den Zellen, würde es aus den Zellen ausfließen.

Was hat das EZ-Wasser nun mit dem Thema »Mitochondrien« und der Energie zu tun?

Pollack postuliert, dass unsere Zellen dank des EZ-Wassers negativ geladen sind. Die negative Ladung ist hier für viele Funktionen bedeutsam: Fehlt es Zellen an negativer Ladung, dann ist z.B. die Zellkommunikation eingeschränkt, vor allem auch in den Nervenzellen. Durch Oxidation verlieren unsere Zellen ihre negative Ladung; deshalb ist es unter anderem so wichtig, dass genügend Antioxidantien im Körper vorhanden sind. Alle Abfallstoffe im Körper sind positiv geladen und werden durch Schweiß, Urin und Stuhl ausgeschieden, ebenso durch Ausatmung von Kohlendioxid (CO2). Für unseren Körper und seine Funktionen ist die negative Ladung also essenziell. Wir können unseren Körper z.B. durch »Erdung« negativ aufladen (➧ Teil 3 ➧ »Erdung sorgt für Entspannung«); durch Lichttherapie und Infrarotlicht, durch Aufenthalt im Sonnenlicht kann EZ-Wasser gebildet werden. Licht erhöht die Leistungsfähigkeit der Mitochondrien, schützt vor Entzündungen und hilft ihnen, schneller Adenosintriphosphat (ATP) zu produzieren.

Sie können sich EZ-Wasser zuführen, indem Sie rohe Gemüsesäfte, frisches Quellwasser oder Gletscherwasser trinken. Leitungs- oder Flaschenwasser kann mithilfe von Schwingungen, Strahlung und Infrarotlicht in EZ-Wasser umgewandelt werden.

EZ-Wasser funktioniert laut Pollack wie eine Art Akku und kann durch Sonneneinstrahlung oder Infrarotlicht Energie aufnehmen, speichern und wieder abgeben.

Das EZ-Wasser weist also einige bisher unbekannte Eigenschaften auf: die gelartige Viskosität, einen veränderten elektrischen Widerstand, einen veränderten pH-Wert, die starke Absorption von Infrarotlicht und die deutlich negative Ladung.

Die Lichtquanten in den Zellen

In den Siebzigerjahren erforschte Fritz-Albert Popp an der Universität Marburg die Fotoreparatur von Zellen. 1975 gelang ihm erstmals der experimentelle, mittlerweile unumstrittene Nachweis der Biophotonen.

Lebende Zellen strahlen mit einem schwachen Leuchten wenige Lichtquanten pro Sekunde und Quadratzentimeter ab. Für unser Auge entspricht dies der Intensität eines Kerzenscheins in ungefähr 20 Kilometern Entfernung. Popps Versuche ergaben, dass bei lebenden Systemen die Lichtstrahlung langsamer abklingt als bei bereits toten Zellen, bei denen die Strahlung zudem immer schwächer wird. Die Biophotonen werden von Elektronen erzeugt, die vom Sonnenlicht angeregt wurden. Wenn die Elektronen dann von ihrem höheren Energieniveau herabfallen, strahlen sie Licht ab. Popp vermutete, dass in lebenden Systemen die Quanten nicht unabhängig voneinander agieren. Die Elektronen sind sozusagen voneinander informiert und »kommunizieren« miteinander.

Popp folgerte aufgrund seiner Forschungen und der Tatsache, dass Sonnenlicht eine elementare Nahrungsquelle der meisten Lebewesen ist, dass auch wir Menschen auf zellulärer Ebene Energie und ordnende Signale aus dem Sonnenlicht beziehen. Biophotonen dienen demnach den Zellen zur gegenseitigen Kommunikation, und so werden die chemischen Vorgänge koordiniert. Indem wir Pflanzen essen, nehmen wir ihr gespeichertes Licht und die darin enthaltenen Informationen auf. Nach Popp sind Lebensmittel damit nichts anderes als Lichtinformation, und wir Menschen ernähren uns auf zellulärer Ebene (auch) von Licht.

Nun kann man zu Popps Forschungen stehen, wie man will – die Quantenphysik bestätigt diese Hypothesen. Vom Wiener Quantenphysiker Anton Zeilinger, dem als Erster die Teleportation von Lichtteilchen experimentell gelang, stammt die Aussage: »Richtig vorstellen kann ich mir auch nicht, was bei diesen Vorgängen jenseits von Zeit und Raum vor sich geht.« Gleichwohl könne man »Lichtteilchen als reine Information betrachten«.

Die Mitochondrien – Kraftwerke der Zellen

Die Mitochondrien sind zuständig für die Energieversorgung der Zelle und des gesamten Organismus. Sie wurden bereits im 19. Jahrhundert entdeckt, aber erst seit 1948, als Methoden entwickelt wurden, mit denen die Mitochondrien isoliert werden konnten, wuchs das Verständnis für ihre genaue Funktion.

Normalerweise werden sie als bakterienähnliche, steife Zylinder mit einem Durchmesser von nur 0,5–1 Mikrometer dargestellt. Durch Zeitrafferaufnahmen lebender Zellen wird allerdings deutlich, dass Mitochondrien sehr bewegliche und verformbare Organellen sind, die Netzwerke bilden und ständig ihre Gestalt ändern, fusionieren und sich wieder trennen. Diese Bewegungen werden gewährleistet, indem Mitochondrien mit Mikrotubuli assoziiert sind. Dadurch kann die charakteristische Verteilung der Mitochondrien in verschiedenen Zelltypen erfolgen. Dabei hängt die Anzahl der Mitochondrien in jeder Zelle eines Organs davon ab, wie stoffwechselaktiv und energiebedürftig es ist, und kann dementsprechend angepasst werden. Einen besonders hohen Energiebedarf haben die Muskel-, Nerven- und Sinneszellen sowie die Eizellen.

Verlieren eukaryotische Zellen Mitochondrien, sind sie nicht mehr regenerierbar.

Erythrozyten, die roten Blutkörperchen, haben keine Mitochondrien. Ansonsten besitzen menschliche Zellen durchschnittlich rund 1000–2000 Mitochondrien, die Anzahl kann aber stark variieren; so hat eine reife Eizelle mehrere Hunderttausend Mitochondrien, wohingegen Spermien weniger als 100 kugelförmige Mitochondrien im Mittelstück aufweisen. In manchen Zellen finden sich langkettige, bewegliche Mitochondrien, während in anderen Zellen, in denen sehr viel ATP verbraucht wird, die Mitochondrien eher an einem festen Ort fixiert bleiben und ihn mit ATP beliefern. So finden sich z.B. zwischen benachbarten Myofibrillen einer Herzmuskelzelle, die sehr viel Energie braucht, die Mitochondrien eingezwängt und festsitzend, sodass das ATP direkt in die Herzmuskelzelle abgegeben werden kann. Der Volumenanteil der Mitochondrien in Herzmuskelzellen beträgt bis zu 36 Prozent.

Eine Besonderheit der Mitochondrien stellt ihr eigenes, spezialisiertes, ringförmiges Erbgut dar. Es dient als Vorlage für besonders wichtige Proteine, die aber nur im Zusammenspiel mit den Erbinformationen aus dem Zellkern ihre vorgesehenen Funktionen erfüllen können. Während das Erbgut im Zellkern von beiden Eltern an die Kinder weitergegeben wird, wird die mitochondriale DNA in der Regel von der mütterlichen Seite mit der Eizelle vererbt, da das Spermium bei der Befruchtung nur den Zellkern überträgt. Dass mitochondriale DNA in Einzelfällen auch vom Vater an den Nachwuchs weitergegeben werden kann, haben nun Wissenschaftler um Shiyu Luo vom Cincinnati Children’s Hospital entdeckt.

Eine weitere Besonderheit ist die Doppelmembran der Mitochondrien in Form einer Außen- und einer Innenmembran, was zunächst ungewöhnlich erscheint. Woher kommt die zweite Membran bzw. welchen Nutzen hat sie und woher kommt das eigene Erbgut?

Die Endosymbionten-Theorie

Vor ungefähr 1 bis 3,5 Milliarden Jahren, als Bakterien die ersten Lebewesen auf der Erde waren, setzte ein Ereignis die Entwicklung zu höheren Organismen in Gang. Die Endosymbionten-Theorie erklärt, wie aus diesen einfachen Organismen komplexe pflanzliche und tierische Zellen mit Zellkern und Organellen entstanden. Man geht davon aus, dass ursprünglich zwei Einzeller, ein etwas größeres Urbakterium und ein etwas kleineres Proteobakterium, miteinander fusionierten bzw. dass das Urbakterium, das Wasserstoff als Energiequelle nutzte, das kleinere Bakterium, das Wasserstoff freisetzte, in sich aufnahm, sodass das kleinere Bakterium eine zweite Membran von dem Urbakterium erhielt. Im Lauf mehrerer Jahrmillionen verlor das kleinere Bakterium immer mehr seine Eigenständigkeit und wurde letztendlich zu einem Zellorganell, dem Mitochondrium. Dieses perfektionierte im Lauf der Evolution die Energiegewinnung, indem es nicht mehr nur Wasserstoff als Energiequelle zur Verfügung stellt, sondern den wertvollen Energieträger ATP. Somit entwickelte sich dieses kleine Bakterium zu einem richtigen Kraftwerk. Das Urbakterium bildete einen Zellkern und »verpackte« darin die DNA. Durch die Aufnahme eines weiteren Bakteriums, des Cyanobakteriums, das Photosynthese betreiben kann, entwickelten sich die Chloroplasten der Pflanzen.

Letztendlich sprechen mehrere Indizien für eine Endosymbionten-Theorie: zum einen die Doppelmembran von Mitochondrien und Chloroplasten, zum anderen die von Proteobakterien stammenden Gene in allen eukaryotischen Zellen. Außerdem besitzen Mitochondrien und Chloroplasten ihr eigenes Erbgut in Form von ringförmiger DNA und vermehren sich wie Bakterien durch Teilung.

Aufbau der Mitochondrien

Jedes Mitochondrium ist von zwei hoch spezialisierten, für die Aktivität entscheidenden Membranen umgeben, die aus Phospholipid-Doppelschichten und Proteinen aufgebaut sind. Sie haben unterschiedliche Eigenschaften.

Zwischen den beiden Membranen liegt der Intermembranraum, innerhalb der inneren Membran befindet sich die Matrix.

Die Außenmembran umschließt das Mitochondrium und ist durchlässig für kleine Moleküle und Ionen. Für gefaltete Proteine ist sie undurchlässig; für bestimmte ungefaltete Proteine besitzt sie spezielle Transportkanäle, sogenannte Porine. Weitere Proteine in der Außenmembran sind Enzyme der mitochondrialen Lipidsynthese und Enzyme, die Lipidsubstrate in Formen umwandeln, die dann in der Matrix verarbeitet werden.

Mitochondrium

Die Innenmembran weist starke Faltungen bzw. Einstülpungen in die Matrix hinein auf, die sogenannte Cristae-Faltung; diese kann flächig, unregelmäßig oder tubulusförmig sein. Dadurch ergibt sich eine enorm große Oberfläche.

Nehmen wir z.B. 1 Gramm Lebergewebe: Es enthält 3 Quadratmeter Mitochondrien-Innenmembranfläche. Die Anzahl der Cristae-Faltungen in den Mitochondrien einer Herzzelle ist ca. 3-mal so groß wie in einer Leberzelle, da hier der Energiebedarf kontinuierlich höher ist. Je größer die Fläche ist, desto mehr Platz steht für die ATP-Herstellung, also für die Energiegewinnung, zur Verfügung. Insofern ist sie umso größer, je stoffwechselaktiver die Zelle ist.