mitokondrie

I mitokondriets matrix nedbrydes fedtsyrer, der stammer fra fødens indhold af fedtstoffer, og pyruvat, der især dannes ved nedbrydning af kulhydrater og i mindre omfang aminosyrer. Under nedbrydningen dannes stoffet acetylcoA. I matrix findes også de enzymer, der i citronsyrecyklus viderenedbryder acetatdelen af acetylcoA. Et affaldsprodukt fra disse processer er kuldioxid (CO₂), som udskilles af kroppen, hos hvirveldyr via lungerne. Under stofomsætningen overføres elektroner til særlige elektronacceptorer (NAD og FAD), der overfører elektronerne til den såkaldte respirationskæde eller elektrontransportkæde, der er indbygget i mitokondriets indermembran. Kæden er sammensat af komplicerede makromolekyler og mindre molekyler som cytochromer og ubiquinon (coenzym Q eller Q₁₀), der koblet i serie transporterer elektronerne ned gennem kæden for til sidst at overføre dem til O₂, som så reagerer med brintioner (H⁺) under dannelsen af vand (H₂O).

Transporten af elektroner gennem respirationskæden frigiver trinvis gennem kædens enkeltreaktioner store mængder energi. Denne omsættes af særlige enzymer til transport af H⁺ fra mitokondriematrix til rummet mellem inder- og ydermembran. Den således opbyggede protongradient (H⁺- eller pH-gradient) repræsenterer en potentiel energimængde, der udnyttes til dannelse af cellens energimolekyle, ATP: Et særligt enzymkompleks i indermembranen, ATPsyntase, omsætter de indstrømmende protoners energi til kemisk bundet energi i ATP. ATP forlader mitokondriet og kan videregive energien til de celleprocesser, der har energibehov.

Dannelse af ATP ved oxidativ fosforylering er en meget effektiv udnyttelse af den kemiske energi i føden. Således videregives ca. 40 procent af den kemiske energi i sukkeret glukose til ATP: For hvert glukosemolekyle dannes ca. 30 ATP-molekyler. Den overskydende energi (60 procent) frigives som varme. Ved dannelse af ATP uden ilt (anaerob (iltfri) glykolyse) dannes kun to ATP-molekyler for hvert glukosemolekyle.

Celler med stort energiforbrug har mange mitokondrier; der er over 1.000 i en levercelle, hvor de udgør ca. 20 procent af cellens volumen. I en celle med stigende energibehov, fx en muskelcelle under træning, vil mængden af mitokondrier øges ved vækst og deling.

En række giftstoffer, fx blåsyre, afbryder respirationskæden, mens andre afkobler (kortslutter) ATP-dannelsen ved som en ionofor at transportere H⁺ tilbage til matrix uden om ATPsyntasen, hvorved den energi, der ville være bundet i ATP, tabes som varme. I de såkaldte brune fedtcellers mitokondrier findes en naturlig afkobler, thermogenin, se fedtvæv.

Mitokondrier kan foruden de nævnte enzymsystemer indeholde specielle enzymer i bestemte væv. Således findes nogle af de enzymer, der er nødvendige for urinstofdannelsen, i levercellers mitokondriematrix.

Mitokondrier indeholder ligesom planternes kloroplaster et antal kopier af et ringformet, dobbeltstrenget DNA-molekyle, kaldet mitokondrie-DNA eller blot mtDNA. I modsætning til cellekernens DNA er mtDNA ikke knyttet til histoner og mangfoldiggøres (replikeres) uafhængigt af dette.

MtDNA nedarves hos mennesket og langt de fleste dyr kun fra ægcellen, da sædcellens mitokondrier ikke trænger ind i ægget ved befrugtningen. Tilsvarende hos flertallet af blomsterplanterne, idet pollenkornets mitokondrier ikke tilføres frøet.

Mitokondriets DNA er af nær samme størrelse, 16.000-19.000 basepar, hos alle dyr, men er betydelig større og mere varierende blandt svampe, alger og planter. Hele menneskets mtDNA-sekvens på 16.569 basepar er kendt. Det humane mitokondriegenom koder for 13 proteiner, 2 rRNA- og 22 tRNA-molekyler, der alle har funktioner i mitokondriet; det store flertal af mitokondriets proteiner dannes imidlertid i cellens cytoplasma, styret af gener beliggende i cellekernen, og importeres fra cytoplasma af mitokondriet.

Analyse af DNA-variation i mitokondriegenomet kan benyttes til udredning af stamtræer (se fylogeni). Metoden kan desuden anvendes som et molekylært ur til tidsfæstelse, da mutationer ophobes langt hurtigere i mtDNA end i kerne-DNA; mtDNA muterer ca. ti gange hyppigere end kerne-DNA. Metoden har bl.a. fundet anvendelse under rekonstruktionen af menneskets forhistorie.

Der er store ligheder mellem bakterier og mitokondrier, bl.a. i DNA- og ribosomstrukturen samt den måde, hvorpå de deler sig. Disse og andre ligheder er baggrund for den teori, at mitokondrier har deres oprindelse i en måske 2 milliarder år gammel symbiose mellem en anaerob eukaryotcelle og en aerob (respirerende) bakterie, hvor den aerobe bakterie med tiden udviklede sig til mitokondriet.

Mitokondriesygdomme skyldes genændringer (mutationer) i cellernes mitokondrier. Mitokondriesygdomme kan være nyopståede eller nedarvede. En nedarvet genændring kan kun stamme fra moderen, idet mitokondriebidraget til det befrugtede æg kun kommer fra hende.

Cellerne indeholder både normale og abnorme mitokondrier (heteroplasmi), og det indbyrdes forhold varierer mellem forskellige organer og i det enkelte organ til forskellig tid. Sygdomsbilledet kan derfor også variere meget, både mellem patienter og i det enkelte sygdomsforløb. Symptomer kan hidrøre fra alle organer, men er mest udtalte fra væv med mange mitokondrier pga. et stort energibehov, dvs. især muskler, hjerte og hjerne. Der kan således fx forekomme muskelslaphed, forsinket udvikling og hjertesvigt. Der er endnu ingen helbredende behandling.

• celle
• kromosom
• endosymbiont-hypotesen
• kloroplast