Mitochondrien

Mitochondrien sind die winzigen Organellen in fast jeder Ihrer Zellen, in denen aus Nahrung und Sauerstoff ATP, Wasser und Wärme entstehen. Sie arbeiten mit Licht, Wasser und Redox, nehmen rotes und nahinfrarotes Licht auf und bilden sogar ihr eigenes Melatonin. Deshalb gilt für uns: Mitochondrien zuerst.

In der Schule heißen sie „Kraftwerke der Zelle“, und tatsächlich liefern Mitochondrien über 90 % des ATP, das eine Zelle verbraucht. [Quelle] In Herzmuskelzellen nehmen sie mindestens 30 % des Zellvolumens ein. [Quelle] Für Jaroslav Lachký, Gründer von Mitochondriak® und Quantenbiologe, greift das Bild trotzdem zu kurz: „Mitochondrien sind nicht bloß kleine Kraftwerke oder Verbrennungsöfen. Sie sind Transformatoren, die mit Elektronen, Protonen, Licht und Wasser arbeiten.“

Die Nahrung liefert das Material, das Licht gibt die Anweisung, und in den Mitochondrien entscheidet sich, ob daraus Energie wird oder Müdigkeit. Unser Leitsatz lautet: „Mitochondrien zuerst, alles andere danach!“

Was sind Mitochondrien und warum sind sie mehr als Kraftwerke?

Mitochondrien sind Organellen mit zwei Membranen: Die innere ist zu Cristae gefaltet und trägt die Atmungskette, innen liegt die Matrix mit dem eigenen Erbgut. Neben ATP liefern sie Bausteine für den Stoffwechsel, regeln Calcium, bilden reaktive Sauerstoffspezies, senden Signale an das Immunsystem und steuern den geplanten Zelltod, die Apoptose, so die Übersicht von Harrington, Choi und Kollegen (Weill Cornell Medicine, 2023). [Quelle] Kraftwerk, Werkstatt und Schaltzentrale in einem.

Jaroslav Lachký: „Wenn Sie einen Biohacker nach Mitochondrien fragen, lautet die übliche Antwort, sie seien kleine Kraftwerke. In Wirklichkeit ist das eine Vereinfachung, die mehr verwirrt, als sie erklärt.“ Das Problem liegt für ihn nicht im Brennstoff, sondern in der Fähigkeit des Systems, mit ihm zu arbeiten.

Woher stammen Mitochondrien und warum haben sie eigene DNA?

Mitochondrien waren einst frei lebende Bakterien, die in eine größere Zelle einzogen und blieben; ihr eigenes Erbgut erinnert bis heute daran. Michael W. Gray (Dalhousie University) nennt ihre Abstammung aus den Alphaproteobakterien unbestritten. [Quelle] Jaroslav Lachký: „Auch das Mitochondrium ist seinem Ursprung nach ein Bakterium, und genau es ist unser ATP-Generator.“

Die mitochondriale DNA, kurz mtDNA, ist klein: 16.569 Basenpaare mit Genen für 13 Proteine, darunter Bausteine der Cytochrom-c-Oxidase und der ATP-Synthase. [Quelle] Mehr als 1.000 weitere Energiegene liegen im Zellkern, schreibt Douglas C. Wallace (Children’s Hospital of Philadelphia, University of Pennsylvania). [Quelle]

Die mtDNA erben Sie nur von Ihrer Mutter, wie Wallace und Kollegen 1980 unter anderem in einer Familie mit 33 Mitgliedern über drei Generationen zeigten. [Quelle] Sie mutiert rund 15-mal so schnell wie das Erbgut im Zellkern (Frison und Kollegen, Cambridge, 2025) [Quelle], und bei allen untersuchten gesunden Menschen fand das Team um Patrick Chinnery (Newcastle University) mehrere mtDNA-Varianten nebeneinander, Fachleute nennen das Heteroplasmie. [Quelle] Jaroslav Lachký beschreibt sie als Verhältnis funktionierender zu geschwächter Mitochondrien in einer Zelle: Solange die funktionierenden überwiegen, hat die Zelle genug Energie.

Wie machen Mitochondrien aus Nahrung Energie?

Aus Fetten, Zucker und Eiweiß holen Mitochondrien Elektronen und Protonen heraus; die Elektronen fließen über die Atmungskette zum Sauerstoff, und der Rückstrom der Protonen treibt die ATP-Synthase an. Glykolyse im Zellplasma und Citratzyklus in der Matrix bereiten die Nährstoffe vor, die Atmungskette in den Cristae holt die Energie heraus.

Die ATP-Synthase ist wörtlich eine Turbine: Ihr Rotor kreist rund 100-mal pro Sekunde, jede Umdrehung liefert 3 ATP, und bei Wirbeltieren kostet jedes ATP 2,7 Protonen, wie das Team um John Walker (MRC Mitochondrial Biology Unit, Cambridge) zeigte. [Quelle] Gemessen wurden im Mittel 2,44 ATP pro NADH, 1,47 pro FADH₂ und 31,3 ATP pro Glucose, nur rund 10 % unter dem theoretischen Maximum von 34,5. [Quelle]

Trotzdem ist ATP für uns nicht der Anfang der Geschichte. Jaroslav Lachký: „ATP ist nicht die Quelle der Energie, sondern ihre Folge. Hat das Mitochondrium einen guten Redox, entsteht ATP ganz natürlich. Wenn nicht, sucht der Körper andere Wege.“ Mehr zum Energieträger im Eintrag ATP (Adenosintriphosphat).

Warum zählen Wasser und Wärme für uns so viel wie ATP?

Am Ende der Atmungskette werden Elektronen, Protonen und Sauerstoff zu Stoffwechselwasser, und viel Energie wird zu Wärme; auch wenn der Mainstream ATP als Hauptprodukt sieht, ist beides für uns Hauptsache. Jaroslav Lachký: „Der Hauptzweck der Mitochondrien ist die Produktion von Wasser und die Filtration von Deuterium. Indem das Mitochondrium es filtert, produziert es anschließend das, was wir deuteriumarmes Wasser nennen.“ [Quelle]

In der Natur kommt auf rund 6.600 Wasserstoffatome ein schweres Deuterium. Nach Abdullah Olgun (2007) wird ein Deuteron im Protonenkanal der ATP-Synthase wahrscheinlich langsamer freigesetzt als ein Proton und kann den Elektronentransport bremsen, sodass mehr freie Radikale entstehen. [Quelle] Für uns arbeitet das Mitochondrium wie ein Wasserfilter am Hahn: Hinein kommt Wasserstoff aus der Nahrung, heraus kommt leichtes Wasser.

Auch die Wärme ist kein Verlust: In menschlichen Zellkulturen waren Mitochondrien mit voll arbeitender Atmungskette mehr als 10 °C wärmer als ihre 38 °C warme Umgebung, und Enzyme der Kette arbeiteten bei etwa 50 °C am besten (Chrétien, Rustin und Kollegen, INSERM Paris, 2018). [Quelle] Ihre Mitochondrien sind auch Ihre Heizung.

Was bremst Ihre Mitochondrien?

Mitochondrien leben vom Fluss: Fehlen Tageslicht und Bewegung, verlängert Kunstlicht die Nacht oder kommen Dauerstress, verarbeitete Nahrung und schlechter Schlaf dazu, stockt er. Jaroslav Lachký vergleicht das Mitochondrium mit einem Gartenschlauch: „Ist die Öffnung klein, spritzt das Wasser schnell und der Fluss bleibt gleichmäßig, alles ist, wie es sein soll. Verstopft der Schlauch aber, wird sein Durchmesser größer, der Druck steigt, das Wasser tropft nur noch, und der Schlauch kann platzen!“

Dass Abstände zählen, ist Quantenphysik: Elektronen tunneln in Proteinen von Station zu Station, und 20 Ångström mehr oder weniger Abstand ändern ihre Übertragungsrate um den Faktor 10¹², rund das Vierfache pro Ångström (Moser, Dutton und Kollegen, University of Pennsylvania, 1992). [Quelle] Und die Form der Cristae bestimmt, wie sich die Komplexe zu Superkomplexen ordnen und wie effizient die Atmung läuft (Cogliati und Kollegen, Padua, 2013). [Quelle]

• Zu wenig Tageslicht: Glühlampen geben rund 90 % ihrer Energie als Nahinfrarot ab, LEDs und Bildschirme liefern keines, und wir verbringen 93 % unserer Zeit drinnen, rechnen Tan, Reiter und Kollegen 2023 vor: für sie der größte Verlust an Sonne in der Geschichte der Menschheit. [Quelle]
• Licht in der Nacht: Raumlicht vor dem Schlafen verzögerte bei 99 % von 116 jungen Erwachsenen den Melatoninanstieg und verkürzte die Melatoninnacht um etwa 90 Minuten. [Quelle] Mäuse unter 70 Tagen Dauerlicht hatten in der Zirbeldrüse mehr geschwollene Mitochondrien mit weniger Cristae, für uns der verstopfte Schlauch. [Quelle]
• Leerlauf: Isolierte Mitochondrien, die kein ATP bilden müssen, erzeugen vor allem an Komplex I deutlich mehr Superoxid als arbeitende. [Quelle]
• Die Jahre: Bei 146 gesunden Menschen zwischen 18 und 89 Jahren sanken mtDNA-Menge und ATP-Produktion der Muskelmitochondrien mit dem Alter. [Quelle]

Wenn Sie sich über längere Zeit erschöpft fühlen, lassen Sie die Ursache bitte auch ärztlich abklären.

Wie wirken rotes und nahinfrarotes Licht auf Mitochondrien?

Rotes und nahinfrarotes Licht wird in den Mitochondrien aufgenommen, vor allem von der Cytochrom-c-Oxidase (CCO), dem letzten Komplex der Atmungskette. Michael R. Hamblin (Wellman Center for Photomedicine, Boston) beschreibt die CCO als primären Ort der Lichtaufnahme in Säugetierzellen: Licht löst hemmendes Stickstoffmonoxid (NO) von ihr, der Elektronentransport läuft wieder, das Membranpotenzial steigt. [Quelle]

Der zweite Empfänger ist für uns das Wasser: Andrei P. Sommer (Universität Ulm) zeigte, dass Laserlicht mit 670 nm hauchdünne Wasserschichten weniger zäh macht. Da Wasser in Mitochondrien fast ganz als Grenzflächenwasser vorliegt, dreht sich die ATP-Synthase nach seinem Modell dann leichter. [Quelle]

Die aktiven Wellenlängen vermaß Tiina Karu (Russische Akademie der Wissenschaften) in sieben Wirkungsspektren an menschlichen Zellen; Margaret Wong-Riley (Medical College of Wisconsin) testete fünf Wellenlängen an Nervenzellen mit durch Cyanid gehemmter CCO:

Die Sonne liefert dieses Licht seit jeher: Rund 50 % der Sonnenstrahlung am Erdboden entfallen auf Infrarot, so das Bundesamt für Strahlenschutz. [Quelle] Mehr unter Nahinfrarotlicht (NIR) und Photobiomodulation.

Was zeigt die Forschung zu Licht und Mitochondrien?

Mitochondrien sind lichtempfindliche Organellen, wie das Team um Glen Jeffery (UCL Institute of Ophthalmology) schreibt: Sie antworten messbar auf Licht, bei Menschen, Tieren und in Zellen, mit mehr CCO, mehr ATP und einem veränderten Stoffwechsel. [Quelle]

Die Studien arbeiteten mit eigenen Lichtquellen und Parametern; sie beschreiben die Forschung, nicht die Anwendung unserer Geräte.

Was haben Mitochondrien mit Melatonin und der inneren Uhr zu tun?

Mitochondrien bilden ihr eigenes Melatonin, das sie vor Ort schützt, und sie arbeiten im Takt des Tages; das nächtliche Melatonin der Zirbeldrüse bleibt das Zeitsignal für den ganzen Körper. In Nervenzellen von Mäusen fanden Suofu, Friedlander und Kollegen (University of Pittsburgh, 2017), dass Melatonin ausschließlich in der Matrix der Mitochondrien entsteht. [Quelle] Nach Russel J. Reiter (UT Health San Antonio) übersteigt die Melatoninkonzentration in Mitochondrien die im Blut weit, dort wirkt es offenbar als Spitzen-Antioxidans; schon die Bakterien, aus denen Mitochondrien wurden, bildeten wahrscheinlich Melatonin. [Quelle]

2023 gehen Tan, Reiter und Kollegen, darunter Rüdiger Hardeland (Universität Göttingen), weiter: Zellen außerhalb der Zirbeldrüse können nach ihrer Einschätzung weit mehr Melatonin bilden als diese, und bei schwerer körperlicher Belastung im Tageslicht, das das gesamte Nahinfrarot enthält, stieg dieses Melatonin an. [Quelle]

Auch ihre Arbeit folgt dem Tag: Bei 12 jungen, gesunden Männern schwankte die Atmungsleistung der Muskelmitochondrien über 24 Stunden in festem Rhythmus, am niedrigsten um 13 Uhr, am höchsten um 23 Uhr (van Moorsel, Schrauwen und Kollegen, Maastricht, 2016). [Quelle] Den Takt gibt die innere Uhr vor, und die stellt das Licht; siehe Zirkadianer Rhythmus.

So setzen Mitochondriaks das um

Unser Motto „LICHT formt LEBEN“ beginnt in den Mitochondrien: Wir setzen nicht auf ein Präparat, sondern geben ihnen die Signale zurück, für die sie gebaut sind.

• Morgensonne und Tageslicht: Gehen Sie bald nach dem Aufstehen hinaus und gewöhnen Sie Ihre Haut schrittweise an die Sonne, ohne Sonnenbrand (siehe Lichtschwiele). Drinnen ziehen wir die Glühlampe der weißen LED vor, siehe Glühlampe vs. LED.
• Lichthygiene am Abend: Nach Sonnenuntergang rotes Licht aus E27-, E14- oder GU10-Lampen statt weißer LEDs, vor Bildschirmen eine rote Brille; der Nachtmodus am Handy ist nur eine Teillösung. Geschlafen wird im Dunkeln.
• Bewegung draußen: Zwölf Wochen Intervalltraining verbesserten bei jungen und älteren Menschen die Atmung der Muskelmitochondrien (Robinson, Nair und Kollegen, Mayo Clinic, 2017). [Quelle]
• Kälte: Bei 16 °C zeigten 23 von 24 gesunden Männern aktives braunes Fettgewebe, das über seine Mitochondrien Wärme bildet, bei 22 °C keiner. [Quelle]
• Barfuß auf die Erde: mehr im Eintrag Grounding (Erdung).
• Saisonal essen: regional, tierische Fette statt industrieller Pflanzenöle, kein Tropenobst im Winter, gegessen wird bei Tageslicht. Jaroslav Lachký rät zu Innereien wie Herz und Leber als Quelle von Coenzym Q: Je mehr Mitochondrien ein Organ hat, desto besser.

Wo Tageslicht fehlt, nutzen viele Mitochondriaks zusätzlich rotes und nahinfrarotes Licht, als Ergänzung zur Sonne, nicht als Ersatz.

Verwandte Begriffe

• Atmungskette: Hier entstehen ATP, Wasser und Wärme.
• ATP (Adenosintriphosphat): der Energieträger aus der ATP-Synthase.
• Cytochrom-c-Oxidase (CCO): Komplex IV und Lichtempfänger für Rot und Nahinfrarot.
• Photobiomodulation: rotes und nahinfrarotes Licht als Signal für die Zelle.
• Nahinfrarotlicht (NIR): der unsichtbare Teil des Sonnenlichts jenseits von Rot.
• Deuterium: schwerer Wasserstoff, den die ATP-Synthase langsamer passieren lässt.
• Redox: die Übergabe von Elektronen, die Sprache der Mitochondrien.
• Freie Radikale: entstehen, wenn Elektronen die Kette zu früh verlassen.
• Melatonin: Signal der Nacht und Schutzstoff in den Mitochondrien.
• Zirkadianer Rhythmus: die innere Uhr, nach der auch Mitochondrien arbeiten.
• ALAN (Artificial Light at Night): Kunstlicht in der Nacht, das den Takt stört.

Häufige Fragen zu Mitochondrien

Was sind Mitochondrien einfach erklärt?

Mitochondrien sind winzige Organellen in fast jeder Zelle, die aus Nahrung und Sauerstoff nutzbare Energie machen und dabei auf Licht antworten. Sie holen aus Nährstoffen Elektronen und Protonen heraus und gewinnen daraus ATP, Stoffwechselwasser und Wärme. Nebenbei regeln sie Calcium, Immunsignale und den geplanten Zelltod. Für Jaroslav Lachký sind sie Transformatoren, die mit Elektronen, Protonen, Licht und Wasser arbeiten.

Warum heißen Mitochondrien „Kraftwerke der Zelle“?

Weil sie über 90 % des ATP liefern, das eine Zelle verbraucht. Das Bild stimmt, greift aber zu kurz: Neben ATP entstehen Wasser und Wärme, und Mitochondrien steuern Stoffwechsel, Signale und Zelltod. Jaroslav Lachký nennt das Kraftwerksbild deshalb eine Vereinfachung, die mehr verwirrt, als sie erklärt: Mitochondrien sind Transformatoren.

Warum erben wir Mitochondrien nur von der Mutter?

Weil die mitochondriale DNA mit der Eizelle weitergegeben wird; Kinder tragen die mtDNA ihrer Mutter. Douglas C. Wallace und Kollegen zeigten das 1980 unter anderem in einer Familie über drei Generationen. Die mtDNA umfasst 16.569 Basenpaare, trägt Gene für 13 Proteine und mutiert rund 15-mal so schnell wie das Erbgut im Zellkern.

Was entsteht in den Mitochondrien außer ATP?

Stoffwechselwasser und Wärme. Am Ende der Atmungskette verbinden sich Elektronen, Protonen und Sauerstoff zu Wasser, nach Jaroslav Lachký zu deuteriumarmem Wasser. In menschlichen Zellkulturen waren Mitochondrien mit voll arbeitender Atmungskette mehr als 10 °C wärmer als ihre Umgebung. Dazu bilden Mitochondrien Signale und sogar ihr eigenes Melatonin.

Wie wirkt Licht auf die Mitochondrien?

Rotes und nahinfrarotes Licht wird von der Cytochrom-c-Oxidase und nach Andrei P. Sommer auch vom Wasser in den Mitochondrien aufgenommen. Das Licht löst hemmendes Stickstoffmonoxid von der CCO, der Elektronenfluss läuft wieder an. Bei 11 gesunden Erwachsenen stieg unter Laserlicht mit 1.064 nm die CCO im Unterarm.

Bilden Mitochondrien wirklich Melatonin?

Ja: In Nervenzellen von Mäusen entsteht Melatonin ausschließlich in der Matrix der Mitochondrien. Nach Russel J. Reiter liegt die Melatoninkonzentration in Mitochondrien weit über der im Blut; dort schützt es als Antioxidans vor Ort. Das nächtliche Melatonin der Zirbeldrüse bleibt das Zeitsignal, mit dem der ganze Körper die Nacht erkennt.

Wie können Sie Ihre Mitochondrien ohne Gerät unterstützen?

Mit Morgensonne, viel Tageslicht, Dunkelheit in der Nacht, Bewegung draußen, Kälte und saisonalem Essen. Diese Signale kosten nichts und stehen bei uns am Anfang. Abends ersetzt rotes Licht die weißen LEDs, nachts schlafen Sie im Dunkeln. Ein Rotlichtpanel kann Licht ergänzen, wenn die Sonne fehlt, ersetzt sie aber nicht.

Was Sie sich merken sollten

• Mitochondrien sind Transformatoren: Aus Nahrung und Sauerstoff machen sie ATP, Wasser und Wärme.
• Sie waren einmal Bakterien: Ihre mtDNA erben Sie nur von Ihrer Mutter.
• Sie antworten auf Licht: CCO und Wasser nehmen rotes und nahinfrarotes Licht auf, Kunstlicht in der Nacht stört ihren Takt.
• Mitochondrien zuerst: Morgensonne, Dunkelheit, Bewegung und Kälte sind die Grundlage.

Beginnen Sie morgen früh mit ein paar Minuten Sonne; mehr dazu im Beitrag Mitochondrien stärken.