Wat zijn mitochondriën?

• Mitochondriën zijn celorganellen.
• tussen 0,5 en 10 μmol lang
• beslaan tussen de 3 en 30% van het celvolume.
• Het heeft een oppervlakte van 14.000 m².
• Cellen bevatten tot wel 1000 mitochondriën (afhankelijk van de functie van de betreffende cel).

Wat is de structuur van een mitochondrion?

• Bevat zijn eigen "mDNA" (structuur van DNA en ribosomen zoals in bacteriën).
• Kleine dubbelstrengs DNA-ring (v.a. (geërfd via moeder)
• 2–10 kopieën per mitochondrion
• Compact (ongeveer 1000 eiwitten; vrijwel uitsluitend gecodeerde sequenties)
• Geen histonbescherming
• Er zijn nauwelijks mechanismen voor foutdetectie en -reparatie.
• Mitochondriën kunnen daarom gemakkelijk beschadigd raken door oxidatieve processen. & Nitrosatieve stress (vrije radicalen) kan schade veroorzaken!

Wat zijn de functies van mitochondriën?

1. Energieopwekking
   1. Mitochondriën zijn de energiecentrales en motoren van onze cellen: macronutriënten (koolhydraten, eiwitten, vetten) bevatten chemisch gebonden energie die niet direct beschikbaar is voor de cellen (vergelijkbaar met "olie"). Deze energie moet eerst buiten de mitochondriën worden verwerkt. Net als "benzine" in een motor worden de verwerkte voedingsstoffen verbrand (met behulp van "cofactoren") om bruikbare energie op te wekken.
   2. 95% van de cellulaire energie wordt geproduceerd in de mitochondriën, ongeveer 65 kg ATP per dag via oxidatieve fosforylatie, bèta-oxidatie en de citroenzuurcyclus.
   3. Een bijproduct van energieproductie zijn vrije radicalen, die leiden tot oxidatieve stress (fysiologisch gezien 2-5% van de zuurstof; mogelijk oplopend tot 25%). Probleem: Het risico op schade aan cellen 1-3 door vrije radicalen is hoog (oxidatieve schade in mitochondriën komt 10-20 keer vaker voor dan in nucleair DNA)!
2. Betrokkenheid bij belangrijke intracellulaire processen via mitochondriaal DNA. (mDNA), z.B. :
   1. Regulatie van celfuncties (via calciumconcentratie)
   2. Bescherming van de rest van de cel tegen vrije radicalen.
   3. Signaalfunctie voor het immuunsysteem (z.B. (Virusverdediging)
   4. Betrokken bij autofagie (mitofagie) en apoptose.
3. Het leveren van tussenproducten voor anabole processen in de citroenzuurcyclus. (zoals ketozuren, citroenzuur), z.B. voor de biosynthese van aminozuren en vetzuren, gluconeogenese en heemvorming

De vier belangrijkste energiebronnen in mitochondriën:

Relevante cofactoren voor deze 4 energieopwekkingsprocessen:

Zonder de u.g. Cofactoren kunnen de energieproductieprocessen in de mitochondriën niet katalyseren. Daarom is voldoende beschikbaarheid essentieel. v.a. De volgende cofactoren moeten in aanmerking worden genomen:

• B-vitaminen
• L-carnitine
• Co-enzym Q10
• magnesium
• Alfa-liponzuur (ALA)
• zwavel
• koper
• Calcium
• ijzer
• mangaan

Advertentie 1: Beta-oxidatie en de belangrijke rol van L-carnitine:

• Energiemetabolisme: L-carnitine als "biocarrier" van vetzuren naar de mitochondriën
  • Transportmolecuul voor vrije langeketen vetzuren in mitochondriën
  • 95% van het voorkomen van L-carnitine in het hart en...Skeletspieren, omdat daar een hoge energiebehoefte is en dus een hoge "mitochondriale vraag" bestaat.
  • Prestatieverhogend
• Invloed op de bloedlipideniveaus
• Membraanstabiliserende, antioxiderende en neuroprotectieve eigenschappen
• Immuunsysteem: Verhoogd…
  • Lymfocytenproliferatie
  • Fagocytische activiteit van granulocyten en monocyten
  • Natuurlijke killercelactiviteit
• ontgiftingsfunctie
  • Levermetabolisme van toxische stoffen: Transportmolecuul ("biocarrier") van toxische metabolieten voor uitscheiding via de nieren.

Advertentie 4: De ademhalingsketen (oxidatieve fosforylering) en de belangrijke rol van co-enzym Q10:

• Energiemetabolisme: Co-enzym Q10 is een essentieel onderdeel van de ademhalingsketen (elektronentransportketen) in het binnenste mitochondriale membraan (omzetting van geoxideerd ubiquinon naar gereduceerd ubiquinol).
• antioxidant
  • Vermindert oxidatieve stress en de gevolgen daarvan (aderverkalking, kanker, versnelde veroudering, enz.).
  • Lokalisatie in mitochondriën (met name een goed en snel lokaal effect op zuurstofradicalen)
  • Betrokken bij de reductie van geoxideerd vitamine E.
• Mitochondriale disfunctie, oxidatieve stress en co-enzym Q10:

Mitochondriale disfunctie/Mitochondriale ziekten

• Mitochondriale disfunctie en mitochondriale ziekten omvatten verschillende graden van metabole defecten in de mitochondriën. Deze defecten worden als volgt gecategoriseerd:
  • primair (genetisch bepaald)
  • secundair (verworven)
• Mitochondriale aandoeningen komen vaker voor dan voorheen werd gedacht: de prevalentie bedraagt ​​ongeveer 11,8 per 100.000.

Oorzaken van mitochondriale disfunctie

(bewerkt naar de richtlijnen van de Duitse Vereniging voor Neurologie)

• Verstoringen in de mitochondriale energieproductie
  • In het bijzonder de twee energieproductieprocessen oxidatieve fosforylering (4) en vetzuurafbraak (1)
  • Hoog risico vanwege radicaalvorming en de betrokkenheid van vele enzymen.
  • Als gevolg hiervan
    • Primair: defecten in nucleaire genen of mutaties in mtDNA, z.B. enkelvoudige mtDNA-deleties of mtDNA-tRNA-puntmutaties
    • Secundair:
      • Fouten in de energieopwekking of procesbesturing, z.B. als gevolg van stofwisselingsstoornissen, metabolieten, verontreinigende stoffen, een tekort aan co-enzym Q10, L-carnitine, antioxidanten en cofactoren.
      • Epigenetische invloeden (z.B. (uit de omgeving)

Symptomen

• Symptomen van klassieke mitochondriale ziekten treden op. v.a. in weefsels die sterk afhankelijk zijn van mitochondriale energieproductie en een hoge energiebehoefte hebben, bijvoorbeeld in het gebied van:
  • Ogen (zicht)
  • KNO (binnenoor)
  • Centraal zenuwstelsel (CZS) en perifeer zenuwstelsel
  • Hart- en skeletspieren
  • alvleesklier
  • nier
  • lever
• “Typische” symptomen als indicatoren van mitochondriale aandoeningen (Bron: (Zeviani et al.))Carelli 2003):
  • Volwassen:
    • vermoeidheid
    • zwakte
    • Concentratieproblemen
    • Depressieve stemming
    • Sensorische waarnemingsstoornissen
    • Myopathieën
    • Gewrichtspijn
  • Kinderen:
    • gegeneraliseerde spierhypotonie ("slappe baby")
    • psychomotorische ontwikkelingsvertraging
    • Melkzuuracidose
    • Hart- en longfalen

Diagnostiek

Normale laboratoriumwaarden voor parameters die relevant zijn voor de mitochondriale functie:

Mitochondriën
ATP intracellulair Pyruvaat lactaat Lactaat-pyruvaat Q10 L-carnitine LDH (serum) Actieve mitochondriën (zie mitochondriale activiteit)	2-8 μmol/l 39-82 μmol/l 5-20 mg/dl (0,55-2,2 mmol/l) < 20:1 (ideaal 10:1) 0,5-2,5 mg/l 20-50 mmol/l < 245 U/l > 99%
ontsteking
gevoelige CRP IL-6 IL-8 IL-10 (T-cellen) TNF-α (macrofagen)	< 5 mg/dl < 5 pg/ml < 2 pg/ml < 1072 pg/ml < 0,5 pg/ml of < 8,1 pg/ml
Oxidatieve stress/nitrosatieve (NO) stress
Totale antioxidantstatus (TAS, antioxidantcapaciteit) in serum MDA (malondialdehyde) in EDTA-plasma Hydroperoxiden (1 FORT = 7,6 mcmol/l H2O2)	1,3-1,7 mmol/l 0,36-1,42 μmol/l < 230 FORT
Nitrotyrosine (correlatie met peroxynitrietvorming) Holo-transcobalamine in serum (B12 = NO-vanger) of methylmalonzuur (marker voor vitamine B12-tekort) in de urine	< 10 nmol/l < 50 pmol/l < 2 nmol/mol creatinine

Micronutriëntentherapie voor mitochondriale disfunctie:

• Antioxidante enzymen zoals SOD, peroxidasen en katalasen ("eerste verdedigingslinie")
• Co-enzym Q10 (energie en bescherming tegen vrije radicalen)
• L-carnitine (energie)
• Vitaminen C, D en E, selenium, zink en secundaire plantenstoffen ("tweede verdedigingslinie": bescherming tegen vrije radicalen, ontstekingsremmende werking)
• Cofactoren (v.a. Vitamine B-complex
• Mogelijke doseringsaanbeveling:

Actief bestanddeel	dosis
Vitamine C Vitamine E selenium Polyfenolen (z.B. Resveratrol) Co-enzym Q10	3 x 0,5-1 g 200-400 mg 100 μg 40-125 mg 60-150 mg
Vitamine B1/B2/B3 Vit.Vitamine B6/B12/Foliumzuur/Vitamine B5	50-100 mg/10-100 mg/50-75 mg 50-100 mg/1 mg/1 mg/10-100 mg
zink mangaan magnesium Onverzadigde vetzuren L-carnitine	20-60 mg 2-30 mg 300-500 mg 1-3 g 1-3 g
α-liponzuur	200-600 mg