Mitochondrien und Chloroplasten: Struktur und Funktionen

Mitochondrien: Struktur und Funktion

Mitochondrien kommen in allen eukaryotischen Zellen vor und sind für die aerobe Zellatmung verantwortlich.

Äußere Mitochondrienmembran

Sie besteht aus Lipiden (40 % Cholesterin ist der häufigste Bestandteil in der inneren Membran) und Proteinen. Dazu gehören Enzyme und integrale Proteine wie Porine, die Kanäle bilden, durch die große Moleküle selektiv in den Intermembranraum gelangen können.

Innere Mitochondrienmembran

Die innere Membran weist Einstülpungen auf, die als mitochondriale Cristae bezeichnet werden. Sie enthält:

• Proteine der Atmungskette
• Enzyme der Beta-Oxidation von Fettsäuren
• Enzyme der oxidativen Phosphorylierung
• Transferasen

Die F1-Elementarteilchen befinden sich auf den Cristae in Richtung der Matrix. Sie bilden den ATP-Synthase-Komplex, bestehend aus einem kugelförmigen Kopf (F1-Komplex), einem Stiel und einer hydrophilen Basis. Diese Strukturen finden sich auch in der Thylakoidmembran von Chloroplasten und der Plasmamembran von Bakterien.

Mitochondrien-Matrix

Die Matrix ist ein semi-flüssiges Material, das DNA, RNA, Enzyme für den Citratzyklus (Krebs-Zyklus) und die Beta-Oxidation von Fettsäuren sowie Kalziumionen, Phosphat und Ribonukleoproteine enthält. Mitochondrien sind im Zytoplasma verteilt, ihre Form ist variabel.

Funktionen der Mitochondrien

• Citratzyklus: Die in diesem Zyklus freigesetzten Elektronen werden an die Elektronentransportkette in der inneren Membran weitergeleitet.
• Atmungskette: Gegliedert in drei Komplexe: NADH-Dehydrogenase, Cytochrom-Komplex und Cytochrom-Oxidase.
• Oxidative Phosphorylierung: ATP-Synthese durch den F1-Komplex.
• Beta-Oxidation: Fettsäureabbau, wobei pro Windung der Helix 5 Moleküle ATP entstehen.

Plastiden: Aufbau und Typen

Plastiden sind einzigartige Organellen in Pflanzenzellen.

Leukoplasten

Sie enthalten keine Pigmente und dienen der Speicherung:

• Amyloplasten: Speicherung von Stärke
• Oleoplasten: Speicherung von Fetten
• Proteoplasten: Speicherung von Proteinen

Chromoplasten

Sie enthalten Pigmente, die den Pflanzenteilen ihre Farbe verleihen.

Chloroplasten

Chloroplasten sind oft oval oder tassenförmig. Sie befinden sich im Zytoplasma und bewegen sich häufig durch Zytoplasmaströmungen (Zyklosis).

Struktur der Chloroplasten

• Membranen: Innere und äußere Membran mit dazwischenliegendem Intermembranraum.
• Thylakoide: Flache Säcke, die einzeln oder als Stapel (Grana) angeordnet sind. Der Raum zwischen zwei Grana wird als Intergrano bezeichnet. Hier finden die lichtabhängigen Prozesse der Photosynthese (ATP- und NADPH-Bildung) statt.
• Stroma: Enthält doppelsträngige zirkuläre DNA, Ribosomen (Plastorribosomen) und das Enzym Rubisco, welches für die Dunkelreaktionen entscheidend ist.

Funktionen der Chloroplasten

• Photosynthese (ATP- und NADPH-Bildung)
• CO₂-Fixierung und Zuckerbildung
• Fettsäure-Biosynthese
• Reduktion von Nitraten und Nitriten