Mitochondrien sind doppelmembranöse Organellen, die in fast allen eukaryotischen Zellen vorkommen. Über die ATP-Produktion hinaus integrieren sie Stoffwechsel, Signalgebung und Zellschicksalsentscheidungen.
Kernfunktionen
- ATP-Produktion (oxidative Phosphorylierung): Elektronentransportkette (ETC) nutzt NADH/FADH₂ aus Glukose-/Fettsäureoxidation, um Protonen zu pumpen und ATP-Synthase anzutreiben. ~90 % des zellulären ATP.
- Zentraler Kohlenstoff-Stoffwechsel: Citratzyklus (Krebs), Pyruvat-Oxidation, Fettsäure-β-Oxidation, Ketogenese, Gluconeogenese-Intermediäre.
- Calcium-Homeostase: Mitochondrialer Calcium-Uniporter (MCU) puffert zytosolische Ca²⁺-Spitzen – kritisch für Neurotransmission, Muskelkontraktion, Enzymregulation.
- Lipidstoffwechsel: Phospholipidsynthese (Kardiolipin), Steroidenhormon-Vorstufensynthese.
- Eisen-Schwefel-Cluster-Biogenese: Essentielle Cofaktoren für ETC-Komplexe, DNA-Reparatur-Enzyme, Aconitase.
- Apoptose-Regulation (intrinsischer Weg): Cytochrom-c-Freisetzung → Apptosom → Caspase-Aktivierung. Bcl-2-Familienproteine kontrollieren Permeabilität.
- ROS-Signalgebung & oxidativer Stress: ETC leckt Superoxid/H₂O₂. Physiologische Signalgebung (Hypoxie, Immunität) vs. pathologische Schäden (Altern, Neurodegeneration).
- Mitochondrien-ER-Kontaktstellen (MAMs): Lipidtransfer, Ca²⁺-Signalgebung, Autophagosomenbildung, Inflammasom-Regulation.
- Innere Immunität: MAVS (mitochondrial antiviral signaling) Plattform für RIG-I/MDA5 → Interferon-Antwort.
Klinische Relevanz
- Mitochondriale Erkrankungen: >300 genetische Störungen (mtDNA oder nukleäre DNA) die hochenergetische Gewebe (Gehirn, Muskel, Herz, Leber) betreffen.
- Neurodegeneration: Mitochondriale Dysfunktion zentral bei Parkinson, Alzheimer, ALS, Huntington.
- Stoffwechselerkrankung: Insulinresistenz, Typ-2-Diabetes, NAFLD verbunden mit mitochondrialer Ineffizienz.
- Alterung: mtDNA-Mutationen häufen sich; Mitophagie nimmt ab.
- Krebs: Metabolische Reprogrammierung (Warburg-Effekt); mitochondriale Apoptose-Evasion.
Mitochondrien sind dynamische, vernetzte Knotenpunkte. Ihr biologisches Verständnis treibt Therapien für vielfältige Krankheiten voran.
