– Lassen Sie uns in die Welt der Mitochondrien eintauchen, die wahrscheinlich mein Lieblingsorganell sind. Lassen Sie uns einen kleinen Überblick darüber geben, was Mitochondrien sind, und dann können wir uns ein bisschen tiefer in ihre Struktur vertiefen. Stellen wir uns also eine Zelle vor, und zwar nicht irgendeine Zelle, sondern eine eukaryotische Zelle. Das ist also die Zellmembran, und wenn man von einem Eukaryoten oder einer eukaryotischen Zelle spricht, sagt man in der Regel: „Oh! Die muss ihre Kern-DNA „in einem membrangebundenen Kern haben“, und das stimmt auch. Das ist unsere Kernmembran. Sie haben Ihre DNA hier drin, also zeichnen wir etwas DNA ein. Aber wenn wir über eukaryotische Zellen sprechen, reden wir nicht nur über einen membrangebundenen Zellkern, sondern auch über andere membrangebundene Organellen, und an zweiter Stelle der membrangebundenen Strukturen, die für die Zelle sehr wichtig sind, stehen die Mitochondrien. Lassen Sie uns also ein paar Mitochondrien hier drüben zeichnen. Ich werde ein bisschen mehr darüber erzählen, was diese kleinen verschnörkelten Linien sind, die ich im Inneren der Mitochondrien zeichne, und das ist eigentlich eher eine Visualisierung aus dem Lehrbuch, denn in ein paar Minuten oder Sekunden werden wir lernen, dass wir jetzt anspruchsvollere Visualisierungen dessen haben, was im Inneren eines Mitochondriums tatsächlich vor sich geht, aber wir haben noch nicht alle unsere Fragen beantwortet, aber das haben Sie vielleicht schon gelernt, also lassen Sie mich klarstellen, dass dies Mitochondrien sind. Das ist der Plural. Wenn wir nur über eines von ihnen sprechen, sprechen wir von einem Mitochondrium. Das ist der Singular von Mitochondrien. Aber vielleicht haben Sie schon einmal oder in einem anderen Video der Khan Academy gelernt, dass sie als ATP-Fabriken der Zellen angesehen werden. Lassen Sie mich das also richtig stellen. Also ATP-Fabriken. A-T-P-Fabriken, und wenn Sie sich die Videos über ATP oder die Zellatmung oder andere Videos angesehen haben, habe ich immer wieder darüber gesprochen, dass ATP wirklich die Währung für Energie in der Zelle ist, dass man in der ATP-Form Adenosintriphosphat hat. Wenn man eine der Phosphatgruppen abspaltet, ein P abspaltet, wird Energie freigesetzt, und das nutzt der Körper, um alles Mögliche zu tun, von der Bewegung über das Denken bis hin zu allen möglichen Dingen, die in unserem Körper vor sich gehen, also können Sie sich vorstellen, dass Mitochondrien wirklich wichtig für Energie sind, wenn die Zelle etwas tun muss. Deshalb findet man mehr Mitochondrien in Dingen wie Muskelzellen, also in Dingen, die viel Energie verbrauchen müssen. Bevor ich nun auf die Struktur der Mitochondrien eingehe, möchte ich ein wenig über ihre faszinierende Vergangenheit sprechen, denn wir betrachten die Zelle als die grundlegendste Einheit des Lebens, und das stimmt auch, das kommt direkt aus der Zelltheorie, aber es hat sich herausgestellt, dass die am weitesten verbreitete Theorie darüber, wie die Mitochondrien in unsere Zellen gekommen sind, darin besteht, dass die Vorgänger, die Vorfahren unserer Mitochondrien, einst freie, unabhängige Organismen, Mikroorganismen waren. Sie stammen also von bakterienähnlichen Mikroorganismen ab, die vielleicht eigenständig gelebt haben und vielleicht sehr gut in der Energieverarbeitung oder sogar in anderen Dingen waren, aber irgendwann in der evolutionären Vergangenheit Aber irgendwann in der evolutionären Vergangenheit wurden sie von den Vorfahren unserer Zellen aufgenommen, und anstatt einfach verschlungen und zerfetzt zu werden und verdaut und gefressen zu werden, dachte man: „Hey, warte mal, wenn diese Dinger hier bleiben, haben diese Zellen eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit, weil sie helfen können, Glukose zu verarbeiten oder mehr Energie aus Dingen zu gewinnen.“ Und so haben die Zellen, die in der Lage waren, in einer Art Symbiose zu leben, den Mitochondrien einen Platz zum Leben gegeben, oder die Prä-Mitochondrien, die Vorläufer-Mitochondrien, die überlebten und dann durch die Prozesse der natürlichen Auslese, das ist es, was wir jetzt assoziieren, wir assoziieren jetzt eukaryotische Zellen mit Mitochondrien, Ich finde diese ganze Idee, dass ein Organismus in einem anderen Organismus in Symbiose lebt, sogar auf zellulärer Ebene, ziemlich verblüffend, aber wie auch immer, ich höre auf, darüber zu reden, und lass uns jetzt einfach über die Gegenwart reden, lass uns darüber reden, was die tatsächliche Struktur der Mitochondrien ist. Ich werde zunächst eine vereinfachte Zeichnung eines Mitochondions anfertigen und einen Querschnitt zeichnen. Ich werde also einen Querschnitt zeichnen. Wenn wir es also in zwei Hälften schneiden würden. Das, was ich hier eingezeichnet habe, ist die äußere Membran. Das hier ist die äußere Membran und wir beschriften sie. Äußere Membran. Und all diese Membranen, die ich einzeichnen werde, sind Phospholipid-Doppelschichten. Wenn ich also hierher zoomen würde, würden wir eine Phospholipid-Doppelschicht sehen. Die hydrophilen Köpfe zeigen also nach außen, die hydrophilen Köpfe nach außen und die hydrophoben Schwänze nach innen. So. Sie sehen also, dass es sich um Phospholipid-Doppelschichten handelt. Aber es sind nicht nur Phospholipide. In all diese Membranen sind alle möglichen Proteine eingebettet, ich meine, Zellen sind unglaublich komplexe Strukturen, aber selbst Organellen wie Mitochondrien haben eine faszinierende, ich würde sagen, Substruktur. Sie selbst haben alle möglichen interessanten Proteine, Enzyme, die in ihre Membranen eingebettet sind und dazu beitragen können, die Vorgänge innerhalb und außerhalb dieser Organellen zu regulieren. Eines der Proteine in der Außenmembran der Mitochondrien heißt Porin, und Porine kommen nicht nur in Mitochondrien vor, aber sie sind eine Art Tunnelproteine, die so strukturiert sind, dass sie eine Art Loch in der Außenmembran bilden. Ich zeichne sie also so gut ich kann. Das sind Porine, und das Interessante an Porinen ist, dass sie keine großen Moleküle passiv durchlassen, aber kleine Moleküle wie Zucker oder Ionen können passiv durch die Porine passieren. Aus diesem Grund ist die Ionenkonzentration, oder besser gesagt, die Konzentration kleiner Moleküle auf beiden Seiten der Membran, auf beiden Seiten der äußeren Membran, in der Regel ähnlich. Aber das ist nicht die einzige Membran, die in einem Mitochondrium beteiligt ist. Wir haben auch eine innere Membran. Ich werde sie in Gelb darstellen. Wir haben auch eine innere Membran, und ich werde sie zuerst mit einem Modell aus dem Lehrbuch zeichnen, und dann werden wir ein bisschen darüber reden, weil wir denken, dass dieses Modell nicht ganz richtig ist, aber hier haben wir also diese innere Membran, innere Membran, und diese innere Membran hat diese Falten, um ihre Oberfläche zu vergrößern, und die Oberfläche ist wirklich wichtig für die innere Membran, weil dort die Prozesse der Elektronentransportkette im Wesentlichen über diese Membranen stattfinden. Man braucht also diese zusätzliche Oberfläche, damit mehr davon ablaufen kann. Und diese Falten haben einen Namen. Wenn man also von einer dieser Falten spricht, spricht man von einer Crista, aber wenn man von mehr als einer dieser Falten spricht, spricht man von einer Cristae, Cristae. Manchmal habe ich die Aussprache als cristae, cristae oder cristae gesehen, das ist der Plural von crista. Das sind einfach Falten in der inneren Membran, und auch die innere Membran ist eine Phospholipid-Doppelschicht. Innerhalb der inneren Membranen, also zwischen der äußeren Membran und der inneren Membran, können Sie sich vorstellen, wie dieser Raum genannt wird. Wegen der Porine ist die Konzentration kleiner Moleküle im Intermembranraum und außerhalb der Mitochondrien, im Zytosol, ähnlich, aber in der inneren Membran fehlen die Porine, so dass die Konzentration auf beiden Seiten unterschiedlich sein kann, was für die Elektronentransportkette wichtig ist. Die Elektronentransportkette gipfelt darin, dass ein Wasserstoff-Ionen-Gradient zwischen den beiden Seiten aufgebaut wird und die Ionen dann durch ein Protein namens ATP-Synthase, das uns bei der ATP-Synthese hilft, diesen Gradienten hinunterfließen, aber darüber werden wir vielleicht in diesem Video oder in einem zukünftigen Video mehr sprechen. Innerhalb der inneren Membran gibt es diesen Bereich, der Matrix genannt wird. Das ist die Matrix, und sie heißt so, weil sie eine viel höhere Proteinkonzentration hat, sie ist zähflüssiger als das Zytosol, das sich außerhalb der Mitochondrien befindet. Das hier ist also die Matrix. Wenn wir über Zellatmung sprechen, hat die Zellatmung viele Phasen. Wir sprechen von Glykolyse. Die Glykolyse findet eigentlich im Zytosol statt. Die Glykolyse kann also im Zytosol stattfinden. Glykolyse. Aber die anderen Hauptphasen der Zellatmung. Erinnern Sie sich an den Zitronensäurezyklus, auch bekannt als Krebszyklus, der in der Matrix abläuft. Der Krebs-Zyklus findet also in der Matrix statt, und dann habe ich gesagt, dass die Elektronentransportkette, die eigentlich für die Produktion des größten Teils des ATP verantwortlich ist, durch Proteine geschieht, die die innere Membran oder die Cristae hier drüben überspannen. Jetzt sind wir fertig. Das Faszinierendste an den Mitochondrien ist wahrscheinlich, dass wir glauben, dass sie von diesen alten, unabhängigen Lebensformen abstammen, und um eine alte, unabhängige Lebensform zu sein, müssten sie irgendeine Information haben, irgendeinen Weg, um ihre genetische Information zu übertragen, und es stellt sich heraus, dass die Mitochondrien tatsächlich ihre eigene genetische Information haben. Sie haben mitochondriale DNA, und oft haben sie nicht nur eine Kopie davon, sondern mehrere Kopien, die in Schleifen der bakteriellen DNA sehr ähnlich sind. Tatsächlich haben sie viel mit bakterieller DNA gemeinsam, und deshalb denken wir, dass der Vorfahre der unabhängig lebenden Mitochondrien wahrscheinlich eine Form von Bakterien war oder in irgendeiner Weise mit ihnen verwandt. Das hier drüben ist also die Schleife der mitochondrialen DNA. Die gesamte DNA, die in Ihnen steckt, der größte Teil davon ist in Ihrer Kern-DNA, aber Sie haben auch noch ein bisschen DNA in Ihren Mitochondrien, und das Interessante ist, dass Ihre mitochondriale DNA, Ihre Mitochondrien, im Wesentlichen von Ihrer Mutter vererbt werden, denn wenn eine Eizelle befruchtet wird, hat eine menschliche Eizelle tonnenweise Mitochondrien in sich, und ich zeichne natürlich nicht alles, was in der menschlichen Eizelle ist. Es hat natürlich einen Zellkern und all das. Das Spermium hat einige Mitochondrien in sich, man kann sich vorstellen, dass es in der Lage sein muss, diesen Konkurrenzkampf zu gewinnen, um die Eizelle befruchten zu können, aber die derzeitige Theorie besagt, dass alles oder das meiste davon verdaut oder aufgelöst wird, sobald es in die Eizelle gelangt. Wie auch immer, die Eizelle selbst hat viel mehr Mitochondrien, die DNA in den Mitochondrien stammt also von der Mutter oder im Wesentlichen von der mütterlichen Seite, und das wird tatsächlich verwendet, mitochondriale DNA, wenn man von einer Art alter Eva spricht oder von der Rückverfolgung zu einer Art gemeinsamer Mutter, dann schaut man sich die mitochondriale DNA an, das ist also tatsächlich ziemlich, ziemlich faszinierend. Ich habe vorhin schon gesagt, dass es natürlich seine eigene DNA hat, und weil es seine eigene DNA hat, ist es in der Lage, einen Teil seiner eigenen RNA zu synthetisieren, seine eigenen Ribosomen, es hat also auch Ribosomen. Aber sie synthetisiert nicht alle Proteine, die in den Mitochondrien sitzen. Viele von ihnen werden immer noch von der Kern-DNA synthetisiert oder kodiert und werden außerhalb der Mitochondrien synthetisiert und gelangen dann in die Mitochondrien, aber Mitochondrien sind faszinierende, faszinierende Dinge. Sie sind diese kleinen Lebewesen, die in unseren Zellen in Symbiose leben und in der Lage sind, sich selbst zu replizieren, und ich weiß nicht, ich finde das alles verblüffend. Aber egal. Ich habe gesagt, dass dies das Lehrbuchmodell ist, weil sich herausgestellt hat, dass, wenn man sich eine mikroskopische Aufnahme, ein Bild von Mitochondrien anschaut, es dieses Lehrbuchmodell dieser Falten, dieser Cristae, die sich einfach einfalten, zu bestätigen scheint, aber als wir in der Lage waren, anspruchsvollere Visualisierungen zu erstellen, hat sich herausgestellt, dass es nicht nur diese einfachen Falten sind, sondern dass die innere Membran im Wesentlichen in die Matrix eingehakt ist und dass sie diese kleinen Tunnel hat, die den Raum innerhalb der Cristae mit dem Intermembranraum verbinden. Ich denke gerne darüber nach, weil es einem bewusst macht, dass wir in Lehrbüchern nachschauen und diese Dinge wie Mitochondrien als selbstverständlich ansehen, wie: „Oh ja, natürlich. „Aber es ist immer noch ein Gebiet für die Visualisierungsforschung, um genau zu verstehen, wie sie funktionieren und wie sie strukturiert sind, wie dieses Baffle-Modell, bei dem die Kristalle an den verschiedenen Seiten ein- und ausgehen. Dies ist eigentlich nicht mehr das akzeptierte Modell für die tatsächliche Visualisierung der Struktur der Mitochondrien. Wenn ich einen Querschnitt zeichne, bei dem die äußere Membran und die innere Membran zu sehen sind, zeichne ich einfach diese kleinen Tunnel in den eigentlichen Raum innerhalb der Kristalle. Ich möchte, dass Sie verstehen, dass man in Biologie, wenn man etwas in einem Lehrbuch liest, sagt: „Oh, die Leute haben das alles herausgefunden“, aber die Leute denken immer noch darüber nach: „Nun, wie funktioniert diese Struktur? „Was ist die eigentliche Struktur?“ und dann: „Wie ermöglicht sie es dieser Organelle, dieser faszinierenden Organelle, all die Dinge zu tun, die sie tun muss?“