Mitokondrinin Yapısı ve İşlevi

Mitokondriler genellikle hücrenin güç merkezleri olarak adlandırılmaktadır. Kişilerin gıdalardan aldığı enerjiyi, hücrenin kullanabileceği enerjiye dönüştürmeye yardımcı olurlar. Ancak mitokondriya enerji üretiminden daha fazlası bulunmaktadır. Hemen hemen her kişi hücresinde bulunan mitokondri, hayatta kalmak için hayati öneme sahiptir. Hücrenin enerji para birimi olan adenozin trifosfatımızın (ATP) çoğunu oluşturmaktadır. Aynı zaman da Mitokondriler, apoptoz olarak da bilinen, hücreler ve hücre ölümü arasındaki sinyal gibi diğer görevlerde de yer almaktadırlar. Mitokondrinin nasıl çalıştığına, neye benzedikleri ve görevlerini doğru şekilde yerine getirmekdiklerinde ne olacağını hakkında bilgiler bu makale de yer almaktadır.

Mitokondrinin Yapısı

Mitokondriler küçüktür, genellikle 0.75 ila 3 mikrometre arasındadır ve lekelenmedikçe mikroskop altında görünmemektedirler. Diğer organellerin (hücre içindeki minyatür organlar) aksine, dış ve iç olarak iki membrana sahiptirler. Ayrıca her zarın farklı fonksiyonları bulunmaktadır. Mitokondri, her biri farklı roller üstlenen farklı bölmelere veya bölgelere ayrılmıştır. Başlıca bölgeler aşağıdaki gibidir:
Dış zar: Küçük moleküller dış zardan serbestçe geçebilmektedir. Bu dış kısım, proteinlerin geçmesine izin veren kanallar oluşturan porins adı verilen proteinleri içermektedir. Ayrıca dış zar çok çeşitli fonksiyonlara sahip bir dizi enzime ev sahipliği yapmaktadır. İntermembran boşluğu: Bu, iç ve dış membranlar arasındaki alandır.
İç zar: Bu zar, birkaç rolü olan proteinleri tutmaktadır. İç zarda herhangi bir gözenek olmadığından, çoğu molekül için geçirimsizdir. Moleküller iç membranı sadece özel membran taşıyıcılarında geçebilmektedir. İç zar çoğu ATP’nin oluştuğu yerdir.
Cristae: Bunlar iç zarın kıvrımlarıdır. Membranın yüzey alanını arttırmaktadır, bu nedenle kimyasal reaksiyonlar için mevcut alanı arttırmaktadırlar.
Matris: Bu, iç zar içindeki boşluktur. Yüzlerce enzim içeren ATP üretiminde önemlidir. Mitokondriyal DNA buraya yerleştirilmiştir. Farklı hücre tipleri farklı sayıda mitokondriye sahiptir. Örneğin, olgun kırmızı kan hücrelerinin hiçbiri yoktur, oysa karaciğer hücreleri 2.000’den fazla olabilmektedir. Yüksek enerji talebi olan hücreler daha fazla mitokondriye sahip olma eğilimindedir. Kalp kası hücrelerindeki sitoplazmanın yaklaşık yüzde 40’ı mitokondri tarafından alınmaktadır. Genellikle mitokondri oval şekilli organeller olarak çizilmesine rağmen, sürekli bölünmektedirler (fisyon) ve birbirine bağlanmaktadırlar (füzyon). Yani, gerçekte, bu organeller sürekli değişen ağlarda birbirine bağlıdırlar. Ayrıca, sperm hücrelerinde, mitokondri orta parçada sarılır ve kuyruk hareketi için enerji sağlamaktadır.

Mitokondriyal DNA

DNA’lar çoğu her hücrenin çekirdeğinde tutulmasına rağmen, mitokondrilerin kendi DNA setleri bulunmaktadır. İlginç bir şekilde, mitokondriyal DNA (mtDNA) bakteriyel DNA’ya daha benzemektedir. MtDNA, 37 gen boyunca bir dizi protein ve diğer hücresel destek ekipmanı için talimatları içermektedir. Hücrelerin çekirdeklerinde depolanan insan genomu yaklaşık 3,3 milyar baz çifti içerirken, mtDNA 17.000’den az içermektedir. Üreme sırasında, çocuğun DNA’sının yarısı babalarından, yarısı da annelerinden gelmektedir. Bununla birlikte, çocuk her zaman mtDNA’larını annelerinden almaktadır. Bu nedenle, mtDNA’nın genetik çizgilerin izlenmesi için çok yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Örneğin, mtDNA analizleri, kişilerin yaklaşık 200.000 yıl önce Afrika’da mitokondriyal Havva olarak bilinen ortak bir atadan geldiği sonucuna varılmıştır.

Mitokondri Ne Üretir?

Mitokondri bir dizi süreçte önemlidir. Mitokondrinin en iyi bilinen rolü enerji üretimi olsa da, diğer önemli görevleri de yerine getirmektedir. Aslında, bir mitokondriyi enerji üretim ekipmanına sokmak için genlerin sadece yüzde 3’ü gerekmektedir. Büyük çoğunluk, bulundukları hücre tipine özgü diğer işlerde yer almaktadır. Mitokondrinin bazı rolleri bulunmaktadır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
Enerji üretimi: Yaşamın her biçiminde bulunan karmaşık bir organik kimyasal olan ATP, metabolik süreçlere güç verdiği için genellikle paranın moleküler birimi olarak adlandırılmaktadır. Çoğu ATP, sitrik asit döngüsü veya Krebs döngüsü olarak bilinen bir dizi reaksiyon yoluyla mitokondride üretilmektedir. Enerji üretimi çoğunlukla iç zarın kıvrımları veya cristae üzerinde gerçekleşmektedir. Mitokondri, yenilen gıdalardan gelen kimyasal enerjiyi hücrenin kullanabileceği bir enerji formuna dönüştürmektedir. Bu işleme oksidatif fosforilasyon denmektedir. Krebs döngüsü, NADH adı verilen bir kimyasal üretmektedir. NADH, cristae gömülü enzimler tarafından ATP üretmek için kullanılmaktadır. ATP moleküllerinde, enerji kimyasal bağlar şeklinde depolanmaktadır. Bu kimyasal bağlar kırıldığında, enerji kullanılabilmektedir.
Hücre ölümü: Apoptoz olarak da adlandırılan hücre ölümü, yaşamın önemli bir parçasıdır. Hücreler yaşlandıkça veya kırıldıkça temizlenerek yok olmaktadır. Mitokondri hangi hücrelerin yok edildiğine karar vermektedir. Mitokondri, apoptoz sırasında hücrelerin yok edilmesinde rol oynayan başlıca enzimlerden biri olan kaspazı aktive eden sitokrom C’yi serbest bırakmaktadır. Kanser gibi bazı hastalıkların normal apoptozda bir bozulma içerdiği için mitokondrinin hastalıkta rol oynadığı düşünülmektedir.
Kalsiyumun depolanması: Kalsiyum, bir dizi hücresel işlem için hayati önem taşımaktadır. Örneğin, kalsiyumun bir hücreye geri salımı, bir sinir hücresinden bir nörotransmitterin veya endokrin hücrelerinden hormonların salınmasını başlatabilmektedir. Kalsiyum, diğer yararların yanı sıra kas fonksiyonu, döllenme ve kan pıhtılaşması için de gerekmektedir. Kalsiyum çok kritik durumunda, hücre onu sıkı bir şekilde düzenlemektedir. Mitokondri, kalsiyum iyonlarını hızla emerek ve ihtiyaç duyulana kadar tutarak bu konuda rol oynamaktadır. Hücredeki kalsiyum için diğer roller, hücresel metabolizmayı, steroid sentezini ve hormon sinyalini düzenlemeyi içermektedir.
Isı üretimi: Ortam soğuk olduğunda, vücut kendini sıcak tutmak için harekete geçer.. Bununla birlikte, vücut kahverengi yağ adı verilen bir doku kullanarak başka şekillerde ısı üretmektedir. Proton sızıntısı adı verilen bir işlem sırasında mitokondri ısı üretmektedir ve bu titremeyen termojenez olarak bilinmektedir. Esmer yağ, soğuğa daha yatkın olan bebeklerde en yüksek seviyelerde bulunmaktadır ve yaşlandıkça yavaş yavaş düşmektedir.

Mitokondriyal Hastalık

Mitokondri düzgün çalışmadığında, çeşitli tıbbi sorunlara neden olmaktadır. Mitokondri içindeki DNA, genomun geri kalanından daha fazla hasara karşı hassastır. Bunun nedeni, ATP sentezi sırasında DNA’ya zarar verebilecek serbest radikallerin üretilmesidir. Ayrıca, mitokondri, hücrenin çekirdeğinde bulunan koruyucu mekanizmalardan yoksundur. Ancak, çoğunluk mitokondriyal hastalıkların, mitokondriye neden olan ürünleri etkileyen nükleer DNA’daki mutasyonlardan kaynaklanmaktadır. Bu mutasyonlar kalıtsal veya kendiliğinden olabilmektedir.
Mitokondri çalışmayı bıraktığında, içinde bulundukları hücre enerjiden yoksun kalmaktadır. Bu nedenle, hücrenin tipine bağlı olarak semptomlar büyük ölçüde değişmektedir. Genel bir kural olarak, kalp kası hücreleri ve sinirler gibi en büyük miktarda enerjiye ihtiyaç duyan hücreler, en çok hatalı mitokondrilerden etkilenmektedir. Farklı semptomlar üreten ancak aynı mutasyona bağlı hastalıklara genocopiler denmektedir. Tersine, aynı semptomlara sahip olan, ancak farklı genlerdeki mutasyonların neden olduğu hastalıklara fenokopiler denmektedir. Bir fenokopiye örnek olarak birkaç farklı mutasyonun neden olabileceği Leigh sendromu verilebilmektedir. Mitokondriyal bir hastalığın semptomları büyük ölçüde değişmektedir ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Kas koordinasyonu ve halsizlik kaybı
• Görme veya işitme sorunları
• Öğrenme engelleri
• Kalp, karaciğer veya böbrek hastalığı
• Gastrointestinal problemler
• Demans dahil nörolojik problemler
Bir miktar mitokondriyal disfonksiyon içerdiği düşünülen başka durumlarda bulunmaktadır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Parkinson hastalığı
• Alzheimer hastalığı
• Bipolar bozukluk
• Şizofreni
• Kronik yorgunluk sendromu
• Huntington hastalığı
• Diyabet
• Otizm

Mitokondri ve Yaşlanma

Son yıllarda, araştırmacılar mitokondri disfonksiyonu ve yaşlanma arasında bir bağ araştırmışlardır. Yaşlanmayı çevreleyen bir takım teoriler bulunmaktadır ve mitokondriyal serbest radikal yaşlanma teorisi son on yılda popüler hale gelmiştir. Teori, reaktif oksijen türlerinin (ROS) mitokondride enerji üretiminin bir yan ürünü olarak üretilmesidir. Bu yüksek yüklü parçacıklar DNA’ya, yağlara ve proteinlere zarar vermektedir. ROS’un neden olduğu hasar nedeniyle, mitokondrinin fonksiyonel kısımları zarar görmektedir. Mitokondri artık çok iyi işlev göremediğinde, daha fazla ROS üretilmektedir ve hasarı daha da kötüleştirmektedir. Mitokondriyal aktivite ve yaşlanma arasında korelasyonlar bulunmasına rağmen, tüm bilim adamları aynı sonuçlara ulaşmamıştır. Yaşlanma sürecindeki kesin rolleri hala bilinmemektedir.
Kısacası Mitokondri, büyük olasılıkla en iyi bilinen organeldir. Ve popüler olarak hücrenin güç merkezi olarak adlandırılsalar da, daha az bilinen çok çeşitli eylemler gerçekleştirirler. Kalsiyum depolamasından ısı oluşumuna kadar, mitokondri hücrelerin günlük işlevleri için büyük önem taşımaktadır.

Kaynakça:
jci.org
nature.com
sciencedirect.com
umdf.org

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Yorum Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This div height required for enabling the sticky sidebar