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Mitochondrien: Wie sie Nahrung in unsere Lebensenergie verwandeln

von | Jun 27, 2019 | Biochemie-Grundlagen

Von der Energieproduktion in unseren Zellen zweigen alle weiteren Funktionen des Körpers ab. Alle Zellen benötigen Energie in Form von sogenannten “ATP”: Zellen wie Nervenzellen, Muskelzellen, Immunzellen, Entgiftungszellen und und und. Erfahre hier, weshalb eine gestörte Energieproduktion sich sehr negativ auf die Gesundheit des gesamten Körpers auswirkt.

Energielos?

Lerne in diesem Artikel das System wie unsere Zellen Energie produzieren und weshalb dies die grundlegendste Funktion des Körpers ist. Erfahre auch was “Mitochondrien” und “ATP” sind und wie du die Energieerzeugung deines Körpers mit Nahrungsergänzung unterstützen kannst.

Gesamt-Lesezeit: ca. 10 Minuten

1) Energie aus den Mitochondrien

Wenn du dich schon mit Gesundheitsthemen oder mit der Biochemie des menschlichen Körpers auseinandergesetzt hast, bist du sicher schon mal über den Begriff “Mitochondrien” (oder Einzahl: Mitochondrium) gestolpert.

Mitochondrien sind deshalb so wichtig für die menschliche Gesundheit, weil sie für unsere Zellen Energie bereit stellen.

… und das nicht wenig.

Mitochondrien sind damit quasi unsere Energie-Kraftwerke.  Sie verbrennen für uns Fette und Kohlenhydrate zu sogenanntem “ATP”, kurz für Adenosintriphosphat. 

ATP ist die Universalwährung für Energie in unserem Körper. 

Du möchtest genauer wissen, wie diese ATP-Herstellung funktioniert?

Die Energieproduktion ist ein komplizierter Prozesse. Hier mal ein Überblick (auf englisch), was beim Abbau von Glukose innerhalb der Zelle und den Mitochondrien passiert:

Grafik zu Glykolyse, Citratzyklus, Elektronentransportkette

Im Grunde musst dir einfach nur merken, dass in den Mitochondrien zwei wichtige aufeinanderfolgende Prozesse stattfinden, um aus Glukose/Fettsäuren das gewünschte ATP herzustellen.

Der erste Schritt zur Energiebereitstellung sind die Glykolyse (Zuckerspaltung) oder die Lipolyse (Fettspaltung) noch innerhalb dem Zellplasma. Erst danach werden die Produkte daraus (Pyruvate, Acetyl-CoA) in die Mitochondrien eingeschleust, wo dann diese Prozesse passieren:

  • Citratzyklus (auch Zitronensäure-Zyklus, englisch krebs cycle genannt) innerhalb dem Mitochondrium
  • Elektronentransportkette (Atmungskette) innerhalb der inneren Mitochondrienmembran (!)

Gehen Fettsäuren/Glukose den ganzen Weg, kommt am Schluss ATP dabei raus. Etwas bildhafter gesprochen könnte man auch sagen:

Diese beiden Prozesse quetscht quasi Elektronen aus den Fettsäuren/der Glukose, die für die ATP-Produktion innerhalb der Elektronentransport verwendet werden.

Schauen wir uns in der folgenden schematischen Darstellung einer menschlichen Zellemal genauer an, wo sich diese Mitochondrien befinden:

Zellen, Mitochondrien und Energieerzeugung

Die Mitochondrien sind als (4) abgebildet. Unter (1) siehst du die Zellmembran, die zur Abgrenzung von anderen Zellen dient, unter (2) den Zellkern oder auch Nukleus genannt und (3) sind mehr oder weniger die Ein- und Ausgänge der Zellen (Kanäle). 

Du siehst also in dieser Grafik, dass die Mitochondrien sich innerhalb der menschlichen Zellen befinden.

Doch wie kamen sie dorthin?

Rückblickend war das Einwandern der Mitochondrien (die eigentlich Bakterien sind) in Zellen ein großer Schritt innerhalb der Evolution des Menschen und anderer Tiere. Erst durch diese Entwicklung konnten Zellen viel mehr Energie produzieren und sich höhere Lebensformen (Säugetiere, etc.) überhaupt entwickeln. 

Zwei Dinge, die man sich über Mitochondrien merken kann:<

  • Alle Zellen verfügen über Mitochondrien (außer rote Blutkörperchen)
  • Zellen verfügen über eine Vielzahl an Mitochondrien (ca. 500 bis 2000), manche mehr (zB Leberzellen, Immunzellen), manche weniger (zB Knorpelzellen). Eben je nach Funktion und Energiebedarf der Zelle.

Du kannst dir sicherlich vorstellen, dass es nicht gut ist für unsere Gesundheit, wenn die Mitochondrien Schaden erleiden oder nicht richtig arbeiten können.

Und tatsächlich ist es wichtig, sich mit den Mitochondrien auszukennen, wenn man Biochemie verstehen will und die eigene Gesundheit langfristig und nachhaltig verbessern will.

Wie schon angedeutet, zweigt von der Energieproduktion in den Mitochondrien jede weitere Funktion des Körpers ab. Nahezu alle biochemischen Vorgänge des Körpers benötigen ATP, sei es nun für/zur …

  • Nervenstoffwechsel (Bildung von Neurotransmittern),
  • Muskelkontraktion,
  • Bildung von Gewebe (Binde- und Muskelgewebe),
  • Immunsystem (braucht sehr viel Energie),
  • Entgiftung (Entgiftungsenyzme werden durch ATP aktiviert),
  • Verdauung,
  • Bildung und Wirkung von Hormonen,
  • etc.

Kurzgefasst sind alle Prozesse von ATP abhängig, die enzymatisch verlaufen, weil die Aktivierung der meisten Enzyme von ATP abhängig ist (Enzyme = Stoffwechsel). Aber ganz generell auch für die Genexpression (also das Ablesen der DNA zur Synthese von Proteinen für Muskelzellen, Bindegewebe und Enzyme) ist ATP notwendig.

Eine gestörte Energieproduktion und ein Mangel an ATP (*) kann sich daher im und am ganzen Körper einschließlich – leider auch – sehr unspezifischen Symptomen manifestieren.

Um seine Aufgaben zu erfüllen, müssen die Mitochondrien daher gesund sein und ausreichend Nährstoffe der Energieversorgung zur Verfügung haben.

Für die Energieerzeugung benötigen Mitochondrien insbesondere fast alle B-Vitamine (B1, B2, B3, B5, B7/Biotin), Magnesium und antioxidative Spurenelemente wie Zink, Kupfer, Mangan, Molybdän sowie Eisen (für Sauerstofftransport).

 

2) Oxidativer Stress und Antioxidantien

Wie bereits erwähnt, werden in den Mitochondrien Energiesubstrate (das sind Glukose und Fettsäuren) verbrannt, genauergesagt mithilfe von Sauerstoff oxidiert. Bei diesem lebensnotwendigen Prozess entstehen freie Radikale, die in einem Übermaß Mitochondrien und die Zelle (insbesondere deren Membrane) an sich schädigen können.

Gerät die Energieproduktion (also die Oxidation) aus der Balance und steht sie folglich nicht mehr in ausreichendem Verhältnis zur Antioxidation, sprechen wir vom sogenannten “oxidativen Stress”.

Damit oxidativer Stress nicht Überhand gewinnen kann, brauchen die Mitochondrien und die Zelle Schutzmechanismen.

Der körpereigene Schutzmechanismus ist SOD.

SOD steht kurz für Superoxid-Dismutase. Das ist ein Enzym, das dafür sorgt, das freie Radikale (genauer Sauerstoffradikale wie Superoxid) neutralisiert und unschädlich gemacht werden, die aus der Energieerzeugung resultieren.

Und wer es genauer wissen will: SOD wandelt Superoxid zu einem anderen Radikal namens Wasserstoffperoxid um, welches über ein weiteres Enzym namens Katalase (enthält Selen) zu unschädlichem Wasser umgewandelt wird.

SOD ist jedenfalls ein wichtiger Teil des antioxidativen Systems im Körper, das für seine Bildung/Funktion ausreichend Zink, Kupfer und Mangan benötigt.

Die Anfälligkeit für oxidativen Stress und damit Zellschäden steigt sehr stark, wenn Prozesse viel Energie verbrauchen. Das ist zum Beispiel der Fall bei chronischen Entzündungen, bei der das Immunsystem sehr viel Energie über einen langen Zeitraum für sich beansprucht. Das gleiche gilt für auch für psychischen Stress, übermäßigen Sport und durch Exposition von Umweltschadstoffe. 

3) Mitochondrien und Schilddrüsenhormone

 

Schon im Artikel zur Durchblutung und Wärme im Körper mache ich aufmerksam auf den Zusammenhang zwischen Schilddrüseund der Steuerung der mitochondrialen Energieerzeugung. Kurzgefasst gibt die Schilddrüse mit ihren Hormonen (insbesondere das Hormon T3) vor, wie intensiv Energie gebildet werden soll.

Bei einer Schilddrüsenunterfunktion beispielsweise arbeiten die Mitochondrien weniger, weshalb auch weniger Energie erzeugt und verbrannt wird. Damit steigert sich auch die Wahrscheinlichkeit an Übergewicht zu leiden.

Nebenbei bemerkt können wir anhand der Bildung von Schilddrüsenhormonen erkennen, dass Oxidantien eine wichtige Funktion ausüben. Denn die Bildung dieser Hormone in den Zellen der Schilddrüse hängt vom freien Radikal Wasserstoffperoxid ab. 

 

4) Transport von Zucker und Fett in die Mitochondrien

 

Abschließend möchte ich noch auf den etwas weiter gefassten Zusammenhang zum Transport von Energiesubstraten (Glukose und Fettsäuren) kurz eingehen.

Damit Zucker in die Zellen und damit weiter zu den Mitochondrien gelangen kann, wird ausreichend vom Hormon Insulin benötigt, welches dafür sorgt, dass Zucker in die Zellen eingeschleust wird. Darüberhinaus müssen Zellen auch auf dieses Hormon reagieren können, also eine Insulinsensitivität aufweisen. Ein typisches Beispiel dafür, dass Insulin nicht “funktioniert”, ist Diabetes Typ 2, wo die Zellen gegen Insulin resistent sind. Ein diagnostizierter Diabetes Typ 2 ist die schwerste Form der Insulinresistenz (und zu unterscheiden von Diabetes Typ 1, bei dem insgesamt kein bzw. zu wenig Insulin vorhanden ist). 

Was den Transport von Fett innerhalb der Blutbahn betrifft, ist der (vitaminähnliche) Stoff Cholin dafür verantwortlich. Bei einem Mangel an Cholin kommt es regelmäßig zu einer Verfettung der Leber. An der Zellmembran angelangt, wird Fett durch Enzyme (Lipasen) gespalten und dann in die Zelle hineingeschleust. Letztlich landen Fettsäuren (teilweise mithilfe der Aminosäure Carnitin) innerhalb von von Mitochondrien, wo sie zu Energie (und Wärme) verbrannt werden können. 

 

5) Fazit

Die Erzeugung von Energie ist der grundlegendste Prozess, der im Körper stattfindet. Dies  unterstreicht auch die Wichtigkeit der Gesundheit von “Mitochondrien“, also unserer Energiekraftwerke, die sich in (fast) jeder Zelle befinden. Für sie ist eine Balance zwischen Oxidation und Antioxidation besonders entscheidend.  

Alles Gute

Daniel

(*) PS.: Die Gesundheit von Mitochondrien und die Bildung von ATP lässt sich im Labor messen (zB Parameter wie Mitochondriale Aktivität, ATP intrazellulär oder generell organische Säuren im Urin).

 

Bildquellen:

RegisFrey [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

 

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