Mitochondrien als die wichtigsten Zellorganellen

Die Bedeutung von Mitochondrien als die wichtigsten Zellorganellen hängt von verschiedenen Faktoren und Perspektiven ab. In Bezug auf Energieproduktion sind Mitochondrien zweifellos von entscheidender Bedeutung, da sie für die Bereitstellung von ATP, der Hauptenergiewährung der Zelle, verantwortlich sind. Dies ist besonders wichtig für Zellen mit einem hohen Energiebedarf, wie z. B. Muskelzellen oder Nervenzellen.

Darüber hinaus spielen Mitochondrien eine Schlüsselrolle bei vielen anderen zellulären Prozessen, wie z. B. der Regulation des Zellstoffwechsels, der Signaltransduktion, der Apoptose (programmierter Zelltod) und der Regulation des zellulären Calciumhaushalts. Sie sind auch an der Regulation von oxidativem Stress beteiligt und können an der Pathogenese vieler Krankheiten beteiligt sein, einschließlich neurodegenerativer Erkrankungen, Krebs und Stoffwechselstörungen.

“Fremdartige” Mitochondrien

Die Theorie der Endosymbiose besagt, dass mitochondriale Organelle in Eukaryoten durch die Aufnahme eines prokaryotischen Organismus entstanden sind, der eine symbiotische Beziehung mit der Wirtszelle eingegangen ist. Diese prokaryotischen Organismen entwickelten sich im Laufe der Zeit zu den heutigen Mitochondrien. Nach dieser Theorie könnten Mitochondrien als “biologische Aliens” betrachtet werden, da sie eine eigenständige evolutionäre Vergangenheit haben und ihre DNA und Struktur von denen der Wirtszelle abweichen.

Die Beziehung zwischen der Wirtszelle und den Mitochondrien ist eine Art symbiotische Partnerschaft, bei der die Mitochondrien Energie in Form von ATP produzieren, während die Wirtszelle ihnen Schutz und Ressourcen bietet. In gewisser Weise könnten Mitochondrien daher als “fremdartig” oder “außerirdisch” betrachtet werden, da sie ihre eigene genetische Information besitzen und sich unabhängig von der DNA des Wirts entwickeln und vermehren.

“Hybridartige” Mitochondrien – Endosymbiontentheorie 

Obwohl der Begriff “Hybrid” nicht traditionell verwendet wird, um Mitochondrien zu beschreiben, könnten einige Aspekte ihrer Evolution und Struktur als hybridartig betrachtet werden, basierend auf der endosymbiotischen Theorie.

Die Endosymbiontentheorie besagt, dass Mitochondrien und Chloroplasten in eukaryotische Zellen durch die Aufnahme von prokaryotischen Zellen entstanden sind, die dann eine symbiotische Beziehung mit den Wirtszellen eingegangen sind. Diese Theorie wurde erstmals von Lynn Margulis in den 1960er Jahren vorgeschlagen und hat seither erhebliche Unterstützung gefunden.

Obwohl es schwierig ist, ein genaues Datum für die Endosymbiose zu bestimmen, wird angenommen, dass dieser Prozess vor sehr langer Zeit stattgefunden hat, wahrscheinlich vor mehr als einer Milliarde Jahren. Die genauen Zeitpunkte sind schwer zu bestimmen, da es keine direkten Beweise gibt, sondern nur indirekte Hinweise aus molekularen Vergleichen und phylogenetischen Analysen. Die Enzyme des Kohlenstoff 1 – Zyklus und damit die der S-Adenosylmethionin-Biosynthese finden sich bereit in Vorläuferzellen, die bereits vor drei Milliarden Jahren existierten.

Evolutionsgeschichtlich ist der Mensch auch Pflanze

Julien Offray de La Mettrie war ein französischer Philosoph und Arzt des 18. Jahrhunderts, der für seine materialistischen Ansichten und seine Betrachtungen über den menschlichen Körper bekannt ist. In seinem Werk “L’Homme Plante” (Der Mensch als Pflanze) vergleicht La Mettrie den Menschen mit einer Pflanze. Er argumentiert, dass sowohl Pflanzen als auch Menschen lebende Organismen sind, die auf ähnliche Weise auf Umweltreize reagieren und sich entwickeln. Durch diese Analogie betont La Mettrie die Idee, dass der Mensch ein Produkt der Natur ist, das durch physikalische und chemische Prozesse bestimmt wird, ohne die Notwendigkeit für eine metaphysische oder religiöse Erklärung seiner Existenz. So hat La Mettrie die epigenetischen Mechanismen und auch die Gemeinsamkeit der ATP-Synthase in den Mitochondrien und Chloroplasten vorausgeahnt.

Die endosymbiotische Theorie legt nahe, dass die Vorläufer von Mitochondrien und Chloroplasten freilebende prokaryotische Organismen waren, die von einer eukaryotischen Zelle aufgenommen wurden. Im Laufe der Evolution entwickelten sich diese eingefangenen prokaryotischen Organismen zu den heutigen Mitochondrien und Chloroplasten, wobei sie bestimmte Gene verloren, während andere in den Zellkern des Wirtes übertragen wurden. Dieser Prozess hat wahrscheinlich Hunderte von Millionen Jahren gedauert und war ein schrittweiser Prozess, der durch natürliche Selektion getrieben wurde.

Das Mitochondrium bestimmt das Schicksal der Zelle

Monoaminooxidasen (MAOs) sind Enzyme, die Monoamine wie Serotonin, Noradrenalin und Dopamin abbauen, indem sie diese Moleküle oxidativ desaminieren. Es gibt zwei Hauptformen von MAOs: MAO-A und MAO-B.

MAO-A und MAO-B haben unterschiedliche Substratspezifitäten und sind in unterschiedlichen Geweben und Zelltypen unterschiedlich verteilt, einschließlich im Gehirn. Hier sind einige Unterschiede zwischen den beiden Formen:

1. MAO-A: Diese Form hat eine höhere Affinität für Serotonin, Noradrenalin und Adrenalin. Sie ist vor allem in Bereichen des Gehirns vorhanden, die mit der Regulation von Emotionen und Verhalten in Verbindung stehen, wie dem limbischen System und dem präfrontalen Cortex.
2. MAO-B: Diese Form hat eine höhere Affinität für Phenylethylamin und Benzylamin. Sie ist stärker in Bereichen des Gehirns vertreten, die mit der Regulation von Bewegung und Motorik in Verbindung stehen, wie dem Striatum und der Substantia nigra.

Die unterschiedliche Verteilung von MAO-A und MAO-B im Gehirn deutet darauf hin, dass sie spezifische funktionelle Rollen haben könnten, die sich auf die Regulation von Emotionen, Verhalten und Motorik auswirken.

Das Mitochondrium hat durch die Vereinigung zweier unterschiedlicher Zellen (Endobiose) eine Doppelmembran, eine äußere und innere Mitochondrienmembran, die in ihren Funktionen eigenständig ist:

Die Situation in der die äußere Membran des Mitochondriums, wo die Monoaminooxidasen anhaften und für die ROS-Produktion verantwortlich sind, in räumlicher Nähe, 10 bis 30 Nanometer (ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter) zur inneren Membran des Mitochondriums, die das System der Atmungskettenmoleküle trägt, ist der wichtigste Aspekt der Mitochondrienphysiologie und -funktion, denn nur ein von ROS unbeschädigtes Mitochondrium kann ATP ausreichend bereitstellen und kann als gesund bezeichnet werden.

ROS steht für reaktive Sauerstoffspezies und bezieht sich auf Moleküle, die reaktivem Sauerstoff enthalten und oxidativen Stress in Zellen verursachen können. Auch wird Reactive Oxygen Species (ROS), wie beispielsweise Superoxidradikale, während des Elektronentransportprozesses in der mitochondrialen Atmungskette erzeugt. Einige der toxischen Moleküle, die zu ROS gehören, sind:

1. Superoxidradikal (O2·−): Dieses Molekül entsteht durch eine teilweise reduzierte Form des Sauerstoffs und ist ein wichtiger Vorläufer vieler ROS.
2. Wasserstoffperoxid (H2O2): Wasserstoffperoxid ist ein stabileres ROS, das in Zellen durch die Disproportionierung von Superoxidradikalen oder durch enzymatische Reaktionen erzeugt wird. Es kann Zellmembranen, Proteine und DNA oxidativ schädigen.
3. Hydroxylradikal (·OH): Das Hydroxylradikal ist das reaktivste ROS und entsteht in Zellen durch die Reaktion von Wasserstoffperoxid mit Metallionen wie Eisen oder Kupfer. Es kann Proteine, Lipide und DNA schwerwiegend schädigen.
4. Singulett-Sauerstoff : Singulett-Sauerstoff entsteht durch die Energieübertragung von angeregten Photosensibilisatoren an Sauerstoffmoleküle. Es kann Zellmembranen und Lipide oxidieren.

Diese reaktiven Sauerstoffspezies können oxidativen Stress verursachen, indem sie mit wichtigen Zellbestandteilen wie Lipiden, Proteinen, RNA und DNA interagieren und so zelluläre Schäden verursachen. Ein übermäßiger Anstieg von ROS kann zu einer Vielzahl von Krankheiten beitragen, darunter Entzündungen, Krebs, neurodegenerative Erkrankungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Es gilt der medizinische Merksatz:

“Sind die Mitochondrien gesund sind auch die Zellen, die Organe und der Organismus gesund”.

Was hält unsere Mitochondrien gesund?

Die Gesundheit unserer Mitochondrien wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, die sicherstellen, dass sie effizient funktionieren und ihre wichtigen Aufgaben erfüllen können. Einige wichtige Faktoren, die dazu beitragen, die Gesundheit unserer Mitochondrien zu erhalten, sind:

1. Ernährung: Eine ausgewogene Ernährung, die reich an Antioxidantien, Vitaminen, Mineralien und Nährstoffen ist, unterstützt die Mitochondrienfunktion. Antioxidantien können die Mitochondrien vor oxidativem Stress schützen und ihre Funktion optimieren.
2. Bewegung: Regelmäßige körperliche Aktivität und Bewegung fördern die Mitochondrienbiogenese, das heißt die Bildung neuer Mitochondrien, und verbessern die mitochondriale Funktion. Ausdauertraining kann die Anzahl und Aktivität der Mitochondrien in Muskelzellen erhöhen.
3. Schlaf: Ausreichender und qualitativ hochwertiger Schlaf ist wichtig für die Regeneration und Reparatur von Zellen, einschließlich der Mitochondrien. Während des Schlafs werden Reparaturmechanismen aktiviert, die beschädigte Mitochondrien wiederherstellen können.
4. Stressmanagement: Chronischer Stress kann zu oxidativem Stress führen und die Funktion der Mitochondrien beeinträchtigen. Ein SAM-e-Mangel kann theoretisch zu einer gesteigerten Expression von Monoaminooxidasen (MAOs) führen, Wenn dieser Mangel zusammen mit anderen Stressfaktoren auftritt, wie beispielsweise einer überaktiven Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-(HPA)-Achse, die zu einer erhöhten Cortisolproduktion führt, kann dies potenziell zu einer Verschärfung der oxidativen Belastung und Mitochondrienschäden führen. Cortisol ist ein Stresshormon, das in Zeiten von Stress vermehrt freigesetzt wird und eine Reihe von Effekten im Körper hat, darunter die Regulation des Stoffwechsels, des Immunsystems und der Entzündungsreaktionen. Es gibt Hinweise darauf, dass erhöhte Cortisolspiegel die Expression von MAOs beeinflussen kann, was zu einer verstärkten oxidativen Desaminierung von Monoaminen und einer gesteigerten ROS-Produktion führt.
   Techniken zur Stressbewältigung wie Meditation, Atemübungen und Entspannungstechniken können dazu beitragen, die Gesundheit der Mitochondrien zu unterstützen.
5. Vermeidung von Giftstoffen: Der Kontakt mit Umweltgiften, Schadstoffen und toxischen Substanzen kann die Mitochondrienfunktion beeinträchtigen. Es ist wichtig, den Kontakt mit diesen Substanzen zu minimieren und eine gesunde Umgebung zu schaffen.
6. Mitochondriale Nährstoffe: Einige Nährstoffe wie Coenzym Q10, L-Carnitin und Alpha-Liponsäure spielen eine wichtige Rolle bei der Unterstützung der mitochondrialen Gesundheit und können als Nahrungsergänzungsmittel eingenommen werden, um die Funktion der Mitochondrien zu unterstützen.

“Das Gegenteil von ‘gut’ ist ‘gut gemeint'”

Diese Hinweise und Maßnahmen zur Mitochondriengesundheit können als “gut” gemeint verstanden werden, denn das Ergebnis ist unabhängig von der Intention schlecht.

Der eigentliche Ursprung der Mitochondrienschädigung durch ROS ist nicht erkannt und gut gemeinter Ratschläge können nur eingeschränkt wirksam sein, da die aggressive Toxizität der ROS-Moleküle in ihrem Ursprung therapeutisch nicht beseitigt ist.

(S/S)-S-Adenosylmethionin (SAM-e, Ademetionin)-Mangel

Eduard Rappold

Dr. Eduard Rappold, MSc ist ein erfahrener Forscher und Arzt, der sich seit Jahrzehnten für geriatrische PatientInnen einsetzt. In seinem Bemühen für Alzheimer-Erkrankte eine immer bessere Versorgung zu ermöglichen, wurde er 2003 mit dem Gesundheitspreis der Stadt Wien für das Ernährungszustandsmonitoring von Alzheimer-Kranken ausgezeichnet. Im Zuge seines Masterstudiums der Geriatrie hat er seine Entwicklung des Epigenetic Brain Protector wissenschaftlich fundiert und empirisch überprüft. Im September 2015 gründete er NUGENIS, ein Unternehmen, mit dem er Wissenschaft und Anwendung zusammenbringen möchte. Damit können Menschen unmittelbar von den Ergebnissen der Angewandten Epigenetik für ihre Gesundheit profitieren. Mit dem Epigenetic Brain Protector hat Dr. Eduard Rappold, MSc bereits für internationales Aufsehen gesorgt – auf der international wichtigsten Innovationsmesse, der iENA, wurde er 2015 mit einer Goldmedaille für hervorragende Leistungen zum Schutz vor Neurodegeneration ausgezeichnet. Auf den Webseiten nugenis.eu, epigenetik.at, spermidine-soyup.com und facebook.com/nugenis können Themen zur Epigenetik und Aktuelles nachgelesen werden.