Dein Biologie Leistungskurs liegt schon eine Weile zurück und die Bedeutung von Mitochondrien ist dir fremd geworden? Nun möchtest du dein Wissen wieder auffrischen und suchst nach einer geeigneten Quelle, die dich umfassend aufklärt und das einst Gelernte wieder reaktiviert?
Mit unserem Beitrag zu Mitochondrien
Das Wichtigste in Kürze
- Mitochondrien gelten als die “Kraftwerke der Zellen“. Innerhalb des Energiestoffwechsels übernehmen sie wichtige Aufgaben und sind damit für unsere allgemeine Leistungsfähigkeit maßgebend.
- Für eine optimale Funktionsweise der Mitochondrien ist eine ausgewogene und gesunde Ernährung unerlässlich. Besonders der Verzehr von Kohlenhydraten, insbesondere von Zucker, sollte zum Wohle der Mitochondrien nur in Maßen erfolgen.
- Zur Stärkung und gezielten Unterstützung der Mitochondriengesundheit und -funktionsweise können verschiedenste Methoden herangezogen werden. Besonders die Erhöhung des Energiebedarfs durch sportliche Aktivitäten kann positiven Einfluss auf die Entwicklung von Mitochondrien nehmen.
Glossareintrag: Der Begriff Mitochondrien im Detail erklärt
In folgenden Abschnitten greifen wir die wichtigsten Fragen rund um das Thema Mitochondrien auf. Mit den entsprechenden Antworten kannst du dich allumfassend informieren. So verbesserst du dein Allgemeinwissen und entwickelst ein Grundverständnis für weitere Gesundheitsthemen, die auf der Funktionsweise von Mitochondrien aufbauen.
Was sind Mitochondrien?
Unter einem Mitochondrium ist ein Zellorganell zu verstehen, welches eine eigene Erbsubstanz enthält. Als Bestandteile einer Zelle sind Mitochondrien demnach strukturell klar abgegrenzt und werden von einer doppelten Membran, einer schützenden Hülle, umschlossen.
Mitochondrien tauchen ausschließlich in den Zellen von Eukaryoten auf. Zu diesen zählen Lebewesen wie der Mensch, Pilze, Pflanzen, Tiere, Einzeller und Algen. Anders als Prokaryoten besitzen Eukaryoten einen Zellkern, in welchem das Erbgut gespeichert ist.
Durch regelmäßigen Sport erhöht sich automatisch unser täglicher Energiebedarf. Je höher dieser ist, desto mehr Mitochondrien werden in den Zellen des Körpers ausgebildet. (Bildquelle: StockSnap / Pixabay)
Die Hauptaufgabe der Mitochondrien ist die Bildung des Moleküls Adenosintriphosphat, kurz ATP genannt. Dieses fungiert als wichtiger Energielieferant für sämtliche Muskel- und Organgruppen des Körpers. Aus diesem Grund werden die Mitochondrien auch oftmals als “Kraftwerke der Zellen“ bezeichnet.
Abhängig vom Gewebe und Körperbereich sind in einer Zelle ungefähr 1000 bis 2000 Mitochondrien zu finden. Während ihre Größe oftmals stark variieren kann, sind sie unter dem Mikroskop äußerlich meistens in einer ovalen Form wahrzunehmen.
Welche verschiedenen Typen von Mitochondrien sind zu unterscheiden?
Insgesamt sind unter den Mitochondrien 4 verschiedene Arten zu unterscheiden. Der Unterschied ist vor allem in dem Strukturaufbau des jeweiligen Typs auszumachen. Aber auch in ihrer Häufigkeit grenzen sich die einzelnen Mitochondrien Arten klar voneinander ab.
| Art | Beschreibung |
|---|---|
| Christae | In den Mitochondrien der Christae-Art sind typischweise kammartige Einstülpungen zu beobachten. Diese ist zum Beispiel in der Herzmuskulatur von Affen oder in der Großhirnrinde von Ratten zu finden. Cristae ist der am häufigsten vorkommende Mitochondrien Typ. |
| Tubulus | Beim Tubuli-Typ sind die Einstülpungen in den Innenraum der Mitochondrien als weit und schlauchförmig zu beschreiben. Diese sind vorrangig in den Zellen der Nebennierenrinde oder aber in den männlichen Hoden auffindbar. |
| Prisma | Die Einstülpungen des Prisma-Typs sind in einer dreieckigen Form angelegt. Vor allem Leberzellen enthalten meistens diese Form von Mitochondrien. Im Vergleich zu den anderen Arten der Mitochondrien kommt der Prisma Typ nur selten vor. |
| Sacculus | Der Sacculi-Typ weist charakteristisch Einstülpungen auf, an denen runde Ausbuchtungen enden. Zu finden sind diese Mitochondrien meistens in den Zellen der Nebennierenrinde. |
Sämtliche Einstülpungen der verschiedenen Mitochondrien Arten verfolgen den Zweck, die Oberfläche zu vergrößern. So wird erreicht, dass mehr chemische Reaktionen innerhalb der Atmungskette der Zellen ablaufen und folglich auch die Produktion des bereits erwähnten Energiemoleküls ATP beschleunigt wird.
Welche Nährstoffe sind für Mitochondrien essenziell, um optimal funktionieren zu können?
Damit unser Organismus gesund und lebensfähig bleiben kann, muss stets eine gewisse Produktionshöhe des Energiemoleküls ATP gedeckt werden. Die Mitochondrien stellen dieses mithilfe von Kohlenhydraten und Fetten her.
Bei der Verbrennung von Kohlenhydraten entstehen dabei gegenüber der Verbrennung von Fetten mehr freie Radikale, die die Zellen und damit auch die Mitochondrien als aggressive Stoffwechselprodukte angreifen und schädigen können.
Obwohl also die Zufuhr von sowohl Kohlenhydraten als auch Fetten wichtig ist, damit die Mitochondrien zur Energiegewinnung beitragen können, sollten erstere lediglich in Maßen aufgenommen werden.
Eine durch freie Radikale verursachte Schädigung der Mitochondrien könnte andernfalls dazu führen, dass diese immer weniger in der Lage sind, Fettsäuren effektiv zu verbrennen, ihr Bedarf an Glukose, also Zucker, dafür aber immer mehr zunimmt. (1) Für den Energiestoffwechsel außerdem wichtig sind:
- Enzyme: Bei Enzymen handelt es sich um Eiweiße, durch die die chemischen Prozesse des Energiestoffwechsels beschleunigt werden können. Damit Enzyme ihre vollständige Wirkung entfalten können, sind sie unter anderem auf die Zufuhr von Eisen haltigen Lebensmitteln wie etwa bei dunklem Fleisch oder Hülsenfrüchten angewiesen.
- Kalzium: Besonders reich an Kalzium sind unter anderem Lebensmittel wie Milch, Joghurt und Käse. Aber auch grünes Gemüse wie Bohnen und Brokkoli kann ein sehr guter Kalziumlieferant sein.
- Magnesium: Auch eine ausreichende Zufuhr an Magnesium ist für den Energiestoffwechsel unerlässlich. Die entsprechenden Lebensmittel zeigen sich recht verschiedenartig. Unter anderem kann hier auf Brokkoli, Vollkornbrot, Naturreis und Hülsenfrüchte wie Bohnen oder Erbsen zurückgegriffen werden. Aber auch Nüsse, Kartoffeln und Sonnenblumkerne sind reich an Magnesium.
- Phosphor: Phosphate sind nahezu in allen Lebensmitteln enthalten. Zu den besonders guten Lieferanten gehören sowohl Fleisch und Wurstwaren sowie Milchprodukte als auch Brot und Eier.
Die Aufzählung an Mikro- und Makronährstoffen zeigt auf, dass eine ausgewogene Ernährung die elementare Voraussetzung für gesunde Mitochondrien und den von ihnen abhängigen Energiestoffwechsel darstellt.
Wie können Mitochondrien gestärkt werden?
Mit dem bereits erworbenen Vorwissen verstärkt sich nun selbstverständlich der Wunsch, zu erfahren, wie genau man seine Mitochondrien denn eigentlich stärken kann, um sich selbst vor möglichen Krankheiten und allgemeinen Einschränkungen der Leistungsfähigkeit zu schützen.
Aus diesem Grund haben wir uns mit den verbreitetsten Empfehlungen beschäftigt, durch die eine gesunde Funktion der Mitochondrien unterstützt werden soll. Um welche Methoden es sich hier genau handelt und ob es sich auch für dich lohnen könnte, einzelne auszutesten, erfährst du in den folgenden Abschnitten.
Ausdauertraining
Wie bereits angeführt wurde, erhöht sich mit der Steigerung des Energiebedarfs auch die Bildung von Mitochondrien im Körper. Wer viel Sport treibt, der verbraucht demnach auch mehr Energie.
Somit ist vor allem jegliche Art von Ausdauertraining bestens dafür geeignet, um neue Mitochondrien in den Muskelzellen auszubilden. (2) Darüber hinaus legte eine Studie nahe, dass das Trainieren der Ausdauerfähigkeit auch die mitochondriale Entwicklungsfähigkeit im Gehirn begünstige. (3)
Intervallfasten
Das Intervallfasten ist den meisten Menschen vorrangig als Möglichkeit bekannt, effektiv an Gewicht zu verlieren und den Körper zu entgiften. Die dabei bestehende Verbindung zu Mitochondrien wird aber eher selten thematisiert.
Wer sein Kalorienlevel temporär restringiert, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass alte Mitochondrien absterben und neue, gesunde gebildet werden können. (4)
Darüber hinaus verbessern die Mitochondrien dadurch ihre Fähigkeit zur Fettsäure-Oxidation.
Ketogene Ernährung
Auch einer ketogenen Ernährung wird ein positiver Einfluss auf die Entwicklung und Funktion von Mitochondrien nachgesagt. Bei dieser Diät-Form handelt es sich um eine stark kohlenhydrat- und zuckerarme Ernährungsweise, die dafür aber reich an Fetten ist.
Die geringe Zufuhr an Glukose hat den positiven Effekt, dass weniger freie Radikale entstehen, die den Mitochondrien schaden können. Die ketegone Ernährungsform bietet demnach einen Schutz gegen oxidativen Stress und wird daher bereits auf Eignung für diverse Therapieansätze geprüft. (5,6)
Supplementierung
Bei der Stärkung der Mitochondrien fordert die Methode der Supplementierung den wohl geringsten Aufwand. Daher stellen nahrungsergänzende Präparate eine oft willkommene Möglichkeit dar, die “Kraftwerke unserer Zellen“ zu unterstützen.
Zu den nennenswerten Supplementen zählen unter anderem die Folgenden:
- Alpha-Liponsäure: Studien wiesen darauf hin, dass die Alpha-Liponsäure zu einer Verbesserung der Mitochondrien-Funktion führe und oxidative Schädigungen verringern könne. (7)
- PQQ: Andere Forschungsergebnisse legten nahe, dass das Supplement PQQ imstande sei, sowohl das Wachstum als auch die Energieproduktion der Mitochondrien zu fördern. (8)
- Resveratrol: Auch beim Resveratrol, welches normalerweise in Wein zu finden ist, konnten positive Einflüsse hinsichtlich der Entwicklung gesunder Mitochondrien aufgezeigt werden. (9) Dieses Ergebnis sollte allerdings sensibel behandelt und nicht als Aufforderung verstanden werden, sämtliche Negativeigenschaften von Alkohol im Allgemeinen zu verharmlosen und zu unterschätzen.
Dennoch können Supplemente wie die hier aufgeführten schnell und gezielt dazu beitragen, sowohl die kognitive als auch die physische Leistungsfähigkeit zu verbessern. Wie immer bei Nahrungsergänzungsmitteln sollte aber auch in diesem Fall immer eine gewisse Vorsicht geboten sein. Ein im Vorfeld klärendes Gespräch mit dem Hausarzt kann in keinem Fall schaden.
Welche Folgen haben mitochondriale Erkrankungen?
Sobald es zu mitochondrialen Defekten in unserem Körper kommt, hat dies verheerende Folgen für den zellulären Energiestoffwechsel. Der daraus resultierende Zelltod beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit der betroffenen Person maßgeblich und kann bei Organversagen im schlimmsten Fall zum Tod führen.
Eine Mitochondriopathie gilt bislang als nicht heilbar.
Symptome können sich diesbezüglich recht unterschiedlich zeigen. Das Krankheitsbild kann sich sowohl auf das Gehirn als auch auf das Herz, die Muskeln oder andere Organe auswirken.
Daher können sich mitochondriale Erkrankungen zum Beispiel als Schlaganfälle oder epileptische Anfälle äußern.
Aber auch Herz- und Leberkrankheiten sowie Magen-Darm-Beschwerden und Diabetes sind möglich. Unabhängig von der Art der Auswirkungen sind die mitochondrialen Erkrankungen entweder vererbte oder aber spontan auftretende Mutationen der DNA.
Auch wenn solch Miochondriopathien eher selten auftreten, so scheint eine Forschung bezüglich geeigneter Therapieformen doch äußerst wichtig zu sein. Bislang konnten noch keine Behandlungsmethoden entwickelt werden, die die Heilung einer mitochondrialen Erkrankung versprechen könnten.
Fazit
Mitochondrien sind enorm wichtige Bestandteile unserer gesamten Körperzellen. Ohne ihre kontinuierliche Arbeit und ihren Beitrag innerhalb des Energiestoffwechsel-Prozesses wären wir nicht im Ansatz in der Lage, einen klaren Gedanken zu fassen oder etwa einen Fuß vor den anderen zu setzen.
Diese kleinen “Kraftwerke“ ermöglichen uns das tägliche Leben, wie wir es gewohnt sind. Umso wichtiger erscheint es, für die Relevanz der Mitochondrien sensibilisiert zu werden, um sich folglich mit Freude und gezielten Maßnahmen an deren gesunden Entwicklung und Funktionsweise unterstützend beteiligen zu wollen.
Einzelnachweise
- Judge S, Jang YM, Smith A, Hagen T, Leeuwenburgh C. Age-associated increases in oxidative stress and antioxidant enzyme activities in cardiac interfibrillar mitochondria: implications for the mitochondrial theory of aging. FASEB J. 2005;19(3):419-421. doi:10.1096/fj.04-2622fje
- Irrcher I, Adhihetty PJ, Joseph AM, Ljubicic V, Hood DA. Regulation of mitochondrial biogenesis in muscle by endurance exercise. Sports Med. 2003;33(11):783-793. doi:10.2165/00007256-200333110-00001
- Steiner JL, Murphy EA, McClellan JL, Carmichael MD, Davis JM. Exercise training increases mitochondrial biogenesis in the brain. J Appl Physiol (1985). 2011;111(4):1066-1071. doi:10.1152/japplphysiol.00343.2011
- Civitarese AE, Carling S, Heilbronn LK, et al. Calorie restriction increases muscle mitochondrial biogenesis in healthy humans. PLoS Med. 2007;4(3):e76. doi:10.1371/journal.pmed.0040076
- Stocker RK, Reber Aubry E, Bally L, Nuoffer JM, Stanga Z. Ketogene Diät: evidenzbasierte therapeutische Anwendung bei endokrinologischen Erkrankungen [Ketogenic Diet and its Evidence-Based Therapeutic Implementation in Endocrine Diseases]. Praxis (Bern 1994). 2019;108(8):541-553. doi:10.1024/1661-8157/a003246
- Speeg-Schatz C, de Saint-Martin A, Christmann D. Congenital mitochondrial cytopathy and chronic progressive external ophthalmoplegia [published correction appears in Binocul Vis Strabismus Q 2002 Fall;17(3):174]. Binocul Vis Strabismus Q. 2001;16(3):187-190.
- Hagen TM, Ingersoll RT, Lykkesfeldt J, et al. (R)-alpha-lipoic acid-supplemented old rats have improved mitochondrial function, decreased oxidative damage, and increased metabolic rate. FASEB J. 1999;13(2):411-418. doi:10.1096/fasebj.13.2.411
- Bauerly K, Harris C, Chowanadisai W, et al. Altering pyrroloquinoline quinone nutritional status modulates mitochondrial, lipid, and energy metabolism in rats. PLoS One. 2011;6(7):e21779. doi:10.1371/journal.pone.0021779
- Lagouge M, Argmann C, Gerhart-Hines Z, et al. Resveratrol improves mitochondrial function and protects against metabolic disease by activating SIRT1 and PGC-1alpha. Cell. 2006;127(6):1109-1122. doi:10.1016/j.cell.2006.11.013
