Was sind Mitochondrien und warum sind sie so wichtig für unseren Körper? In diesem Blogbeitrag möchte ich dir einen Einblick in die mikroskopisch kleine Welt der Mitochondrien geben und erklären, warum sie zurecht als “Kraftwerke der Zellen” bezeichnet werden. Dabei ist es wichtig, sich vorher Aufbau und Funktionen von Mitochondrien näher anzuschauen. Des Weiteren wirst du erfahren, wie wir durch geeignete Strategien unsere Mitochondrien stärken können, um Gesundheit und Energie zu optimieren.
Inhaltsverzeichnis
Was sind Mitochondrien?
Mitochondrien sind kleine Organellen, die sich in den meisten unserer Körperzellen befinden. Hier findet hauptsächlich die Energiegewinnung durch den Nährstoffabbau statt. Schon mal von aerobem Stoffwechsel gehört? Der Vorgang wird auch als Zellatmung bezeichnet, weil Sauerstoff verbraucht wird und Kohlendioxid und Wasser übrig bleiben. Mitochondrien fungieren als “Kraftwerke der Zellen” und produzieren anstelle von elektrischem Strom das Molekül ATP (Adenosintriphosphat), das als Energiequelle für verschiedene zelluläre Prozesse dient. Zellen mit einem hohen Energiebedarf, wie beispielsweise Herzmuskelzellen, Darmzellen, Drüsenzellen und Nierenzellen, verfügen über eine hohe Anzahl an Mitochondrien. Diese Zellen sind aufgrund ihrer hohen Aktivität auf eine kontinuierliche ATP-Produktion angewiesen. Im Gegensatz dazu weisen weniger aktive Zellen, wie Bindegewebszellen, Knorpelzellen und Knochenzellen, eine geringere Menge an Mitochondrien auf, da ihr Energiebedarf nicht so hoch ist. Wie ein Mitochondrium aufgebaut ist und wie es genau funktioniert, erfährst du als nächstes!
→ Hier erfährst du mehr über das lebenswichtige Vitamin B12.
Mitochondrien Aufbau
Mitochondrien sind von zwei Membranen umgeben: einer äußeren glatten Membran und einer stark gefalteten inneren Membran, die als Cristae bezeichnet wird. Die Falten der inneren Membran vergrößern die Oberfläche und umschließen den Matrixraum. Zwischen den Membranen befindet sich der Intermembranraum.
Die Anzahl und Form der Mitochondrien sowie die Anzahl der Cristae können je nach Zelltyp variieren. Gewebe mit hohem oxidativen Stoffwechsel, wie der Herzmuskel, haben viele Cristae in ihren Mitochondrien. Innerhalb eines Gewebes ändert sich die Form der Mitochondrien je nach ihrer Funktion.
Zelle mit Mitochondrien
Mitochondrien Aufbau
Mitochondrien haben sich wahrscheinlich in einer frühen Phase der Evolution aus aeroben Bakterien entwickelt, die eine Symbiose mit anaeroben Eukaryoten eingegangen sind. Diese Endosymbionten-Theorie wird durch verschiedene Befunde unterstützt. Mitochondrien haben eine eigene ringförmige DNA und eigene Ribosomen. Das mitochondriale Genom ist im Laufe der Evolution kleiner geworden. Beim Menschen enthält es noch 16.569 Basenpaare und kodiert für rRNAs, tRNAs und Proteine. Die meisten mitochondrialen Proteine werden jedoch vom Kerngenom kodiert und müssen nach der Translation im Cytoplasma in die Mitochondrien importiert werden.
Die Mitochondrienmembranen bestehen aus vielen Proteinen. Porine in der äußeren Membran ermöglichen den Austausch kleiner Moleküle zwischen dem Cytoplasma und dem Intermembranraum. Die innere Membran ist dagegen undurchlässiger, mit Ausnahmen für Sauerstoff und Kohlendioxid. Transporter in der inneren Membran ermöglichen den Import und Export wichtiger Stoffe.
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Mitochondrien Funktion
Mitochondrien haben verschiedene Funktionen und dienen dem Schutz der Zelle. Sie sind besonders anfällig für Nährstoffmängel, Umweltgifte und oxidative Schäden. Die wichtigste Mitochondrien Funktion besteht in der Produktion von ATP, wobei bestimmte Nährstoffe eine entscheidende Rolle spielen.
Einige wichtige Mitochondrien Funktionen sind:
- ATP-Produktion: Mitochondrien sind hauptsächlich für die Erzeugung von ATP (Adenosintriphosphat) verantwortlich, der Hauptenergiequelle der Zelle. Dieser Prozess findet in den sogenannten mitochondrialen Komplexen statt.
- Schutz vor oxidativem Stress: Die Mitochondrien sind anfällig für oxidativen Stress, der durch den Austritt von Sauerstoff und hochenergetischen Elektronen verursacht wird. Wenn wichtige Nährstoffe oder schützende Moleküle fehlen, wie zum Beispiel Coenzym Q10 (CoQ10), kann dies zu einem erhöhten oxidativen Stress führen.
- Regulation des Zellstoffwechsels: Mitochondrien spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation des Zellstoffwechsels, einschließlich der Umwandlung von Nährstoffen in Energie.
- Schutz des mitochondrialen Erbguts: Mitochondrien enthalten ihre eigene DNA, die als mitochondriale DNA (mtDNA) bezeichnet wird. Sie sind für die Reparatur und den Schutz des mitochondrialen Erbguts verantwortlich.
- Abbau von Fettsäuren: Mitochondrien sind an der Beta-Oxidation beteiligt, einem Prozess, bei dem Fettsäuren abgebaut werden, um Energie zu erzeugen.
- Regulierung des Zellprogramms: Mitochondrien sind an der Regulation des programmierten Zelltods, auch Apoptose genannt, beteiligt. Dieser Prozess spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und dem Abbau von Zellen.
Tipps zur Stärkung der Mitochondrien
Um die Mitochondrien zu stärken, gibt es einige Tipps, die du befolgen kannst. Regelmäßige Bewegung ist einer dieser Tipps. Es wurde gezeigt, dass regelmäßiges Training dazu beiträgt, die Anzahl und Funktion der Mitochondrien in den Zellen zu erhöhen.
Mitochondrien stärken durch regelmäßige Bewegung
Sicherlich ist dir klar, wie gesund regelmäßige Bewegung sein kann und du machst auch regelmäßig Sport. Ich möchte dir hier einige Vorteile von Bewegung und wie man dadurch “Mitochondrien stärken” kann, näherbringen. In dem Review von Sorriento et al. (2021) werden unterschiedlich positive Auswirkungen auf die Mitochondrien aus unterschiedlichen Studien zusammengefasst:
- Bewegung verbessert die Herzgesundheit und fördert adaptive Reaktionen bei Schädigungen.
- Bewegung schützt das Endothel (die Auskleidung der Blutgefäße) durch Reduzierung von schädlichen Sauerstoffmolekülen und die Steigerung der Produktion von nützlichen Substanzen wie VEGF und NO.
- Bewegung wirkt entzündungshemmend, indem sie bestimmte Proteine aktiviert und entzündungshemmende Zytokine produziert.
- Bewegung reguliert den Stoffwechselzustand, indem sie den Energieproduktionsprozess in den Mitochondrien steigert.
- Durch Bewegung werden Muskeln, einschließlich des Herzens, stärker und es kommt zu einer Anpassung der Fasertypen.
- Bewegung reduziert das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und fördert wichtige Mechanismen zur Reparatur von Mitochondrienschäden und zur Wiederherstellung des Energiestoffwechsels.
In der Praxis kann man durch verschiedene Trainingsmethoden, seine Mitochondrien stärken:
Das Review von Memme et al. (2021) arbeitet die Vorteile von unterschiedlichen Trainingsmethoden heraus: Regelmäßiges Ausdauertraining, Krafttraining und HIIT-Training können dabei helfen, die Funktion unserer Mitochondrien zu verbessern. Ausdauertraining stimuliert die Bildung neuer Mitochondrien und erhöht ihre Kapazität zur Energieproduktion. Beim Krafttraining werden nicht nur unsere Muskeln gestärkt, sondern auch unsere Zellen auf mitochondrialer Ebene angeregt. Das hochintensive Intervall-Training (HIIT) kann ebenfalls dazu beitragen, die Anzahl der Mitochondrien in unseren Zellen zu erhöhen und somit die Leistungsfähigkeit zu steigern. Eine regelmäßige Kombination dieser Trainingsformen kann daher eine wichtige Rolle spielen, um unsere Mitochondrien und damit unser gesamtes System optimal funktionieren zu lassen.
Mitochondrien stärken: Nahrungsergänzungsmittel als mögliche Unterstützung
Ausreichende Nährstoffzufuhr ist für die mitochondriale Funktion entscheidend, da bestimmte Mikronährstoffe eine wichtige Rolle im Energiestoffwechsel und der ATP-Produktion spielen. Die Forschung zu diesem Thema ist zwar noch relativ neu, aber erste Studien deuten darauf hin, dass bestimmte Nahrungsergänzungsmittel die Mitochondrien stärken können.
Coenzym Q10
Coenzym Q10 ist ein wichtiger Bestandteil des menschlichen Körpers und spielt eine entscheidende Rolle bei der Energieproduktion in den Mitochondrien. Es unterstützt die Zellatmung, indem es als Elektronenüberträger fungiert und so das Entstehen von freien Radikalen verhindert. Coenzym Q10 ist besonders wichtig für Menschen mit einem erhöhten Bedarf an Energie, wie beispielsweise Sportler oder ältere Menschen.
In vitro-Studien zeigten, dass CoQ10 den oxidativen Stress verringern und das mitochondriale Membranpotential aufrechterhalten kann. Eine kürzlich durchgeführte randomisierte, doppelblinde Pilotstudie ergab, dass die Ergänzung mit Ubiquinol (die reduzierte Form von CoQ10) bei Patienten mit septischem Schock die CoQ10-Spiegel verbessern konnte. Allerdings zeigte eine andere Studie an Patienten mit mitochondrialer Zellpathologie, die 1200 mg/Tag CoQ10 erhielten, nur geringe Auswirkungen auf die aerobe Kapazität beim Fahrradfahren und den Laktatwert nach dem Training, sowie keine Auswirkungen auf die Stärke oder den Ruhe-Laktatwert.
Weitere Studien sind erforderlich, um die Auswirkungen von CoQ10 auf klinische Ergebnisse und mitochondriale Funktion zu bestätigen. Mitochondrien stärken durch CoQ10 hat Potenzial, erfordert jedoch weitere Untersuchungen.
Alpha-Liponsäure
Eine begrenzte Anzahl von Studien legt nahe, dass Lipoic Acid (LA) eine Wirkung auf die mitochondriale Funktion beim Menschen haben kann. In einem Fallbericht über eine Frau mit CPEO und muskulärer mitochondrialer DNA-Deletion wurde eine verbesserte mitochondriale Aktivität im Muskel nach einer Behandlung mit 600 mg LA täglich festgestellt (Barbiroli et al. 1995). In einer randomisierten kontrollierten Studie von Rodriguez et al. (2007), die den Effekt einer Kombination aus LA, CoQ10 und Kreatin bei Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen untersuchte, wurden eine Verringerung des oxidativen Stress, niedrigere Ruhe-Laktatspiegel und positive Veränderungen der Körperzusammensetzung festgestellt.
Diese Befunde deuten darauf hin, dass die Einnahme von Lipoic Acid (LA) in Kombination mit anderen Substanzen wie CoQ10 und Kreatin dazu beitragen kann, die mitochondriale Funktion zu verbessern und somit die Mitochondrien zu stärken. Es ist jedoch wichtig, weitere Forschung auf diesem Gebiet durchzuführen, um die genauen Mechanismen und den Umfang dieser Effekte besser zu verstehen.
B-Vitamine
Eine gute Übersicht verschiedener Studienergebnisse findet sich bei Wesselink et al. (2019) welche Studien zusammenfassen, die die Wirkung von Nahrungsergänzungsmitteln auf die mitochondriale Gesundheit untersuchen:
- Thiamin (Vitamin B1): Ein Mangel an Thiamin ist häufig bei kritisch kranken Patienten beobachtet worden. Thiamin-Supplementierung könnte bei Patienten mit Thiaminmangel die Laktatspiegel senken und die Sterblichkeitsrate verringern.
- Riboflavin (Vitamin B2): Studien zu Riboflavin während der schweren Krankheit sind begrenzt. Bei Patienten mit mitochondrialer Myopathie wurde eine Normalisierung der mitochondrialen Aktivität nach Riboflavin-Behandlung beobachtet.
- Cobalamin (Vitamin B12): Die Zusammenhänge zwischen Vitamin B12-Spiegeln, Krankheitsschwere und Ergebnis sind inkonsistent. Mangel und erhöhte Spiegel wurden mit ungünstigen Effekten in Verbindung gebracht. Es gibt jedoch keine spezifischen Studien zur Wirkung von Vitamin B12 auf die mitochondriale Funktion bei Intensivpatienten.
- Andere B-Vitamine: Die Rolle von Niacin, Pantothensäure, Biotin und Folsäure in der mitochondrialen Funktion wurde beschrieben, aber es liegen keine spezifischen Studien bei kritisch kranken Patienten vor.
- Ascorbinsäure (Vitamin C): Niedrigere Vitamin C-Spiegel wurden bei kritisch kranken Patienten festgestellt. Vitamin C-Supplementierung hat positive Auswirkungen auf klinische Ergebnisse gezeigt, aber es gibt keine spezifischen Studien zur Wirkung von Vitamin C auf die mitochondriale Funktion bei kritisch kranken Patienten.
Es bedarf auf jeden Fall noch weiterer Studien, um die Wirksamkeit von spezifischen Mikronährstoffen auf die Mitochondrien bestätigen zu können. Des Weiteren gibt es auch noch weitere Untersuchungen zu weiteren Nahrungsergänzungsmitteln.
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Zusammenfassung
- Mitochondrien sind kleine Organellen unserer Körperzellen. Hier findet hauptsächlich die Energiegewinnung statt. Unsere eigenen "Kraftwerke der Zellen".
- Ein Mitochondrion besteht aus einer doppelten Membranstruktur, einem inneren Membransystem (Krista) und einer Matrix, in der biochemische Reaktionen zur Energiegewinnung stattfinden
- Mitochondrien haben die Funktion, Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) durch den Prozess der Zellatmung zu erzeugen, sowie an der Regulation des Stoffwechsels, der Calciumhomöostase und der Apoptose (programmierter Zelltod) beteiligt zu sein.
- Tipps zum Mitochondrien stärken: Regelmäßige Bewegung und eine ausreichende Nährstoffzufuhr.
Quellen
- Barbiroli, B., Medori, R., Tritschler, H.J. et al. Lipoic (thioctic) acid increases brain energy availability and skeletal muscle performance as shown by in vivo31P-MRS in a patient with mitochondrial cytopathy. J Neurol 242, 472–477 (1995). https://doi.org/10.1007/BF00873552
- Brandes, R., Lang, F., & Schmidt, R. F. (Eds.). (2019). Physiologie des Menschen: mit Pathophysiologie. Springer-Verlag.
- Koolman J, Röhm K. Mitochondrien. In: Koolman J, Röhm K, Hrsg. Taschenatlas Biochemie des Menschen. 5., vollständig überarbeitete Auflage. Stuttgart: Thieme; 2019.
- Lim AY, Chen YC, Hsu CC, Fu TC, Wang JS. The Effects of Exercise Training on Mitochondrial Function in Cardiovascular Diseases: A Systematic Review and Meta-Analysis. Int J Mol Sci. 2022 Oct 19;23(20):12559. doi: 10.3390/ijms232012559. PMID: 36293409; PMCID: PMC9603958.
- Memme, J. M., Erlich, A. T., Phukan, G., & Hood, D. A. (2021). Exercise and mitochondrial health. The Journal of physiology, 599(3), 803–817. https://doi.org/10.1113/JP278853
- Rodriguez, M.C., MacDonald, J.R., Mahoney, D.J., Parise, G., Beal, M.F. and Tarnopolsky, M.A. (2007), Beneficial effects of creatine, CoQ10, and lipoic acid in mitochondrial disorders. Muscle Nerve, 35: 235-242. https://doi.org/10.1002/mus.20688
- Sorriento, D., Di Vaia, E., & Iaccarino, G. (2021). Physical Exercise: A Novel Tool to Protect Mitochondrial Health. Frontiers in physiology, 12, 660068. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.660068
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