„Was ist ein Respirasom, und warum lagern sich die Komplexe der Atmungskette zu Superkomplexen zusammen?“
Du kennst das Bild aus dem Biologiebuch: vier Komplexe der Atmungskette, ordentlich nebeneinander, dazwischen Pfeile. Dann stößt du auf das Wort Respirasom und fragst dich, warum sich die Komplexe zu Superkomplexen zusammenlagern und ob das für deine Energie eine Rolle spielt.
Die mechanische Sicht sagt: Mehr Bauteile bedeuten mehr Leistung. Fehlt ein Komplex, fehlt Energie, also zählt man die Teile. Diese Sicht hat die Atmungskette überhaupt erst entschlüsselt. Und trotzdem: Warum arbeitet Komplex I im Muskel fast nur im Verbund, und warum zerfällt er ohne seine Partner leichter?
Die energetische Sicht sagt: Energie fließt dort, wo alles zusammenspielt. Sie spürt richtig, dass das Ganze mehr ist als seine Teile. Und trotzdem: Zusammenspiel ist hier keine Metapher, sondern eine messbare Struktur, die sich mit Training verändert.
Die biologische Sicht verbindet beides: Die Komplexe der Atmungskette ordnen sich zu festen Gruppen. Diese Ordnung ist nicht starr, sie folgt dem, was die Zelle leisten muss.
Oft heißt es: „Wir sind wie ein Auto, das sich abnutzt.“ Die Atmungskette nutzt sich nicht ab wie ein Motor. Ihre Komplexe ordnen sich unter Belastung neu, bei älteren Menschen nach Training zu mehr Superkomplexen.
Was im Körper passiert
Stell dir die Atmungskette als Staffellauf vor. Lange dachte man, die Läufer stehen verstreut im Stadion und treffen sich zufällig, um den Stab zu übergeben. Heute weiß man, dass viele von ihnen in festen Teams zusammenstehen. Diese Teams heißen Superkomplexe (Zelle; Schägger, 2002).
Das größte Team ist das Respirasom: Komplex I, zwei Kopien von Komplex III und Komplex IV. Mit der Kryo-Elektronenmikroskopie, einer Methode, die Moleküle tiefgefroren abbildet, wurde seine Struktur sichtbar. Daneben gibt es kleinere Verbünde aus Komplex I mit III oder aus III mit IV; Komplex II bleibt meist allein (Zelle; Letts & Sazanov, 2017).
Wozu das Team gut ist, wird diskutiert. Am besten belegt ist, dass es Komplex I zusammenhält und seinen Aufbau unterstützt. Ob die Elektronenträger Coenzym Q10 und Cytochrom c innerhalb des Teams direkt weitergereicht werden und dadurch weniger Sauerstoffradikale entstehen, ist offen (Zelle; Letts & Sazanov, 2017).
Den Zusammenhalt sichert ein besonderes Fett der Membran, das Cardiolipin. Es sitzt an den Kontaktflächen zwischen den Komplexen; fehlt es, zerfallen die Teams leichter (Zelle; Letts & Sazanov, 2017). Und die Ordnung ist beweglich: Bei 26 älteren, zuvor untrainierten Menschen nahm nach vier Monaten Training vor allem Komplex I zu, und die Komplexe I, III und IV verlagerten sich ins Respirasom (Mensch; Greggio et al., 2017).
Superkomplexe der Atmungskette (Respirasom): Aufbau und Funktion: Superkomplexe sind feste Zusammenschlüsse mehrerer Komplexe der Atmungskette in der inneren Mitochondrienmembran. Die vollständigste Form, das Respirasom, besteht aus Komplex I, zwei Kopien von Komplex III und Komplex IV. Der Verbund hält vor allem Komplex I stabil und passt sich an den Energiebedarf der Zelle an.
Was ein Respirasom ist. Respirasom heißt der Superkomplex aus Komplex I, zwei Kopien von Komplex III und Komplex IV, kurz I+III2+IV. Er enthält alles, was Elektronen von NADH bis zum Sauerstoff braucht. Weitere Formen sind I+III2 und III2+IV; die ATP-Synthase bildet Paare, die die Spitzen der Cristae formen (Letts & Sazanov, 2017).
Vom Zufallsmodell zum Plastizitätsmodell. Lange galt, dass die Komplexe frei in der Membran schwimmen und sich nur zufällig begegnen. Seit Anfang der 2000er Jahre zeigten Untersuchungen, dass viele von ihnen fest verbunden sind (Schägger, 2002). Heute geht man davon aus, dass freie Komplexe und Superkomplexe nebeneinander bestehen und ihr Verhältnis sich mit dem Bedarf verschiebt.
Welche Aufgabe diskutiert wird. Erstens Stabilität: Komplex I ist im Verbund haltbarer und wird leichter fertig gebaut. Zweitens Tempo: Die Idee, dass Coenzym Q10 innerhalb des Verbunds direkt weitergereicht wird, ist umstritten, denn Strukturdaten sprechen eher für einen gemeinsamen Vorrat in der Membran. Drittens Schutz: Ob Superkomplexe die Bildung von Sauerstoffradikalen senken, ist eine Vermutung, die noch geprüft wird (Letts & Sazanov, 2017).
Cardiolipin als Kleber. Das Membranfett Cardiolipin sitzt zwischen den Komplexen. Wird es oxidiert oder fehlt es, lösen sich Superkomplexe leichter (Letts & Sazanov, 2017). Mehr dazu steht im Eintrag zu Cardiolipin.
Superkomplexe und Training. In der Studie von Greggio et al. (2017) trainierten 26 gesunde, zuvor untrainierte ältere Menschen vier Monate lang. In Muskelproben vor und nach dem Training stieg der Gehalt an Superkomplexen. Komplex I nahm von allen Komplexen am stärksten zu und fand sich fast nur im Verbund. Es ist der erste Hinweis am Menschen, dass sich die Ordnung der Atmungskette an mehr Energiebedarf anpasst.
Die Atmungskette arbeitet im Team. Wie fest das Team zusammensteht, hängt davon ab, was du von deinen Mitochondrien verlangst.
Das Fundament dahinter
In jeder Zelle sind Mitochondrien Sensor und Effektor: Sie spüren, ob Herausforderung oder Gefahr ansteht, und stellen danach Energie bereit.
Von den drei Systemen spricht hier vor allem der Stoffwechsel, im Austausch mit dem Nervensystem (Neurometabolismus).
Was sich oft genug wiederholt, bleibt: Über das Körpergedächtnis werden aus Zuständen Eigenschaften, in beide Richtungen.
Regeneration braucht, wofür die sechs Ärzte der Regeneration stehen: Atmung, Nahrung, Bewegung, Naturkraft, Verbindung und Story; die ärztliche Behandlung läuft weiter.
Deine Entscheidung
Deine Entscheidung beginnt mit Beobachten.
Superkomplexe kannst du nicht messen, aber du kannst sehen, worauf sie reagieren. Du kannst eine Woche lang notieren, an welchen Tagen du dich bewegst und wie du dich am Tag danach fühlst. Das zeigt dir, welche Belastung dein Körper gerade als Herausforderung annimmt.
Wenn dir Präparate begegnen, die versprechen, die Atmungskette zu ordnen: Für Superkomplexe gibt es dazu keine Studien am Menschen. Was du daraus machst, entscheidest du.
Vor jedem Ausprobieren kannst du dich fragen:
- Ist es biologisch plausibel?
- Ist das Risiko klein?
- Hat deine Ärztin geklärt, dass keine Gefahr dahintersteckt?
- Kannst du es an dir beobachten?
Was wir nicht wissen: Struktur und Zusammensetzung der Superkomplexe sind durch Kryo-Elektronenmikroskopie gut belegt. Ihre Aufgabe ist es weniger: Dass sie Komplex I stabilisieren, gilt als gesichert; ob sie Elektronen schneller weiterreichen oder Sauerstoffradikale verringern, ist umstritten. Zur Anpassung an Training gibt es am Menschen eine Studie mit 26 älteren Menschen, gemessen vor und nach dem Training. Ob ein Verlust an Superkomplexen bei Krankheiten Ursache oder Folge ist, ist offen. Messen lassen sie sich nur in Gewebeproben im Forschungslabor, nicht im Blut.
