Mitochondrien sind die Energiefabriken der Zelle - sie finden sich in jeder Zelle. Ihre Anzahl und Position hängt jedoch von der Art und Weise der Zelle ab. In der Leber finden sich bis zu 6000 Mitochondrien in den stoffwechselaktiven Zellen. Um Energie zu verwenden, benötigt der Körper ATP, das er durch Spaltung einer Anhydrid-Bindung in ADP umwandelt. Für die Herstellung des Adenosintriphosphates (ATP) in den Mitochondrien benötigt der Körper die Energie, die er mit der Nahrung aufnimmt und hängt außerdem von der Versorgung der Zelle mit Sauerstoff ab. Dies ist auch der Grund, weswegen der aerobe Prozess für den Menschen unabdingbar ist. Ohne Sauerstoff kann die ATP Produktion nicht aufrecht erhalten werden. Die Zelle stirbt daraufhin aus.

Eine typische Tierzelle hat zwischen 1000 bis 2000 Mitochondrien. Die Zelle hat damit viele energieliefernde Strukturen. Der Prozess der ATP-Produktion ist effizient und leistungsfähig, um aus Nahrungsmitteln eine für den Körper verwendbare Energieform zu gewinnen.
Alle lebenden Zellen haben Mitochondrien.

Haarzellen und äußere Hautzellen sind zwar tote Zellen und deswegen auch nicht mehr aktiv produzierende ATP Zellen, haben jedoch die gleiche Mitochondrien Struktur. In Zellen, die Lipide speichern, gibt es relativ viele Mitochondrien weil sie eine Menge Energie zur Speicherung der Energie benötigen.

Aufbau

Sie entstehen durch Teilung, also durch eine zytoplasmatische Vererbung. Ihre Größe variiert zwischen 0,8-4,9 Mikro-Metern. Die mt-DNA kodiert für die Synthese der Membranproteine, die t-RNA kodiert für die Synthese der Ribosomen. Ihre Funktion haben sie in der oxidativen Phosphorylierung, im Fettsäureabbau sowie im Citratzyklus.

Mitochondrien enthalten zwei Membrane, gerennt durch einen Raum. Beide sind die typische Elementarmembrane oder auch "Maßeinheitsmembrane" in der Struktur. Die äußere Membran ist dem endoplasmatischen Retikulum ähnlich. Sie hat die Aufgabe, das Mitochondrium vor dem Zytosol zu schützen. Sie ist für Proteine, die das Mitochondrium aus dem Zytosol benötigt, permeabel.

Die Moleküle können dabei bis zu einem Molekulargewicht von ca. 11000 groß sein. Innerhalb des Raumes, der durch die innere Membrane begrenzt wird, befindet sich die Matrix. Die Matrix sieht leicht dicht aus - es lassen sich Fasern von DNA, Ribosomen oder kleinen Körnchen in der Matrix finden.

Die Mitochondrien kodieren mit diesen Molekülen Bausteine, die sie für ihre Proteine benötigen. Die innere Membran ist in Form des Tubuli-Typs gefaltet, daneben existiert auch noch der Cristae-Typ. Aberrationen können vorkommen. Durch diese Verfaltung findet eine Oberflächenvergrößerung der inneren Membran statt. Diese ist für die Energiegewinnung von entscheidender Bedeutung. Der Raum zwischen den beiden Membranen wird als Intercristae-Raum bezeichnet.

Atmungskette | Oxidative Phosphorylierung

Die Nahrung, die wir essen, wird oxidiert, um energiereiche Elektronen zu produzieren, die in gespeicherte Energie umgewandelt werden. Diese Energie wird in den Bindungen (Phosphatin) eines Molekül ATP gespeichert, dessen Bindungen einen höheren Energiegehalt haben.
Die Nahrung, die der Körper aufnimmt, muss zuerst in grundlegendere Bestandteile umgewandelt werden, die die Zelle benutzen kann. Zuckerhaltige Lebensmittel gehören zu den besten Energieliefernahrungsmitteln. Der Zucker wird durch Enzyme zum einfachsten Zucker der Glukose umgewandelt. Durch spezielle Glukosetransportvorrichtungen wird die Glukose durch die Zellmembran hineingetragen.

Einmal innerhalb der Zelle, ist Glukose, das durch die zytoplasmatischen Enzyme weiter gespalten wird, in der Lage, ATP zu bilden. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:
Die erste Möglichkeit, der anaerobe Metabolismus, erfordert keinen Sauerstoff. Diese Bahn wird Glykolyse genannt und tritt im Zytoplasma außerhalb der Mitochondrien auf. Während der Glykolyse wird die Glukose durch Enzyme bis zum Pyruvat gespalten. Jede Reaktion wird im Prinzip dafür verwendet, Wasserstoffionen (Elektronen) zu gewinnen. Diese werden später zum Aufbau eines Potentials an der inneren Membran des Mitochondriums benötigt. Vier ATP-Moleküle können durch ein Molekül Glukose synthetisiert werden. Dies ist zu wenig um eine Zelle zu versorgen.
Die zweite Möglichkeit ist die des aeroben Metabolismus. Sie findet an der inneren Membran des Mitochondriums statt. Um genügend ATP zu synthetisieren, benötigt man Sauerstoff und die Mitochondrialen-Enzyme. NADH und FADH2 werden dabei durch einen Elektronen Transport an der inneren Membran zu ATP. Dabei ist ein NADH zwar gleichwertig mit einem H2 Molekül, jedoch deutlich energiereicher.

2 NADH + 2H + + Æ 2 O 2 NAD + + 2 H 2 O	D G = -52 kcal/mol
2 H 2 + Æ 2 H 2 O2	D G = -38 kcal/mol

Diese Reaktion, ist dementsprechend so effizient, dass sie sogar mehr Energie als brennendes Wasserstoffgas produziert.