Mitokondri nedir?
Mitokondri genellikle hücrenin güç merkezleri olarak adlandırılır. Yiyeceklerden aldığımız enerjiyi hücrenin kullanabileceği enerjiye dönüştürmeye yardımcı olurlar. Ancak mitokondride enerji üretiminden daha fazlası var.
Neredeyse tüm insan hücresi türlerinde bulunan mitokondri, hayatta kalmamız için hayati öneme sahiptir. Hücrenin enerji para birimi olan adenozin trifosfatımızın (ATP) çoğunu üretirler.
Mitokondri, hücreler arasında sinyal verme ve hücre ölümü gibi başka görevlerde de yer alır, aksi takdirde apoptoz olarak bilinir.
Bu yazıda mitokondrinin nasıl çalıştığına, neye benzediğine bakacak ve işlerini doğru yapmayı bıraktıklarında ne olacağını açıklayacağız.
Mitokondrinin yapısı
Mitokondri küçüktür, genellikle 0,75 ila 3 mikrometre arasındadır ve boyanmadıkça mikroskop altında görünmezler.
Diğer organellerden (hücre içindeki minyatür organlar) farklı olarak, biri dış diğeri iç olmak üzere iki zarı vardır. Her zarın farklı işlevleri vardır.
Mitokondri, her biri farklı roller üstlenen farklı bölümlere veya bölgelere ayrılmıştır.
Başlıca bölgelerden bazıları şunları içerir:
Dış zar: Küçük moleküller dış zardan serbestçe geçebilir. Bu dış kısım, proteinlerin geçmesine izin veren kanallar oluşturan porin adı verilen proteinleri içerir. Dış zar ayrıca çok çeşitli işlevlere sahip bir dizi enzimi barındırır.
Zarlar arası boşluk: Bu, iç ve dış zarlar arasındaki alandır.
İç zar: Bu zar, birkaç rolü olan proteinleri tutar. İç zarda porin olmadığı için çoğu molekül için geçirimsizdir. Moleküller sadece özel membran taşıyıcılarda iç zarı geçebilirler. İç zar, çoğu ATP'nin oluşturulduğu yerdir.
Cristae: Bunlar iç zarın kıvrımlarıdır. Membranın yüzey alanını arttırırlar, dolayısıyla kimyasal reaksiyonlar için mevcut alanı arttırırlar.
Matrix: Bu, iç zarın içindeki boşluktur. Yüzlerce enzim içeren ATP üretiminde önemlidir. Mitokondriyal DNA burada bulunur (aşağıya bakınız).
Farklı hücre tiplerinin farklı sayıda mitokondri vardır. Örneğin, olgun kırmızı kan hücrelerinde hiç yoktur, oysa karaciğer hücrelerinde 2.000'den fazla olabilir. Yüksek enerji talebi olan hücreler daha fazla sayıda mitokondriye sahip olma eğilimindedir. Kalp kası hücrelerindeki sitoplazmanın yaklaşık yüzde 40'ı mitokondri tarafından alınır.
Mitokondri genellikle oval şekilli organeller olarak çizilse de, sürekli olarak bölünür (fisyon) ve birbirine bağlanır (füzyon). Yani gerçekte, bu organeller sürekli değişen ağlarda birbirine bağlıdır.
Ayrıca sperm hücrelerinde mitokondri orta kısımda spiral şeklinde olup kuyruk hareketi için enerji sağlar.
Mitokondriyal DNA
DNA'mızın çoğu her hücrenin çekirdeğinde tutulsa da, mitokondrilerin kendi DNA kümeleri vardır. İlginç bir şekilde, mitokondriyal DNA (mtDNA), bakteriyel DNA'ya daha benzerdir.
MtDNA, 37 gen boyunca bir dizi protein ve diğer hücresel destek ekipmanı için talimatları içerir.
Hücrelerimizin çekirdeklerinde depolanan insan genomu yaklaşık 3,3 milyar baz çifti içerirken, mtDNA 17.000'den az baz çifti içerir.
Üreme sırasında, bir çocuğun DNA'sının yarısı babasından ve yarısı annesinden gelir. Bununla birlikte, çocuk mtDNA'sını her zaman annesinden alır. Bu nedenle, mtDNA'nın genetik çizgileri izlemek için çok yararlı olduğu kanıtlanmıştır.
Örneğin, mtDNA analizleri, insanların Afrika'dan nispeten yakın zamanda, yaklaşık 200.000 yıl önce mitokondriyal Havva olarak bilinen ortak bir atadan geldiği sonucuna varmıştır.
Mitokondri ne yapar?
Mitokondrinin en bilinen rolü enerji üretimi olsa da, başka önemli görevleri de yerine getirirler.
Aslında, bir mitokondrinin enerji üretim ekipmanına girmesi için gereken genlerin yalnızca yüzde 3'ü. Büyük çoğunluğu, bulundukları hücre tipine özgü diğer işlerle uğraşmaktadır.
Aşağıda mitokondrinin birkaç rolünü ele alıyoruz:
Enerji üretmek
Yaşamın her biçiminde bulunan karmaşık bir organik kimyasal olan ATP, metabolik süreçlere güç verdiği için genellikle moleküler para birimi olarak adlandırılır. Çoğu ATP, mitokondride sitrik asit döngüsü veya Krebs döngüsü olarak bilinen bir dizi reaksiyon yoluyla üretilir.
Enerji üretimi çoğunlukla iç zarın kıvrımlarında veya kristalarında gerçekleşir.
Mitokondri, yediğimiz gıdalardaki kimyasal enerjiyi hücrenin kullanabileceği bir enerji formuna dönüştürür. Bu işleme oksidatif fosforilasyon denir.
Krebs döngüsü, NADH adı verilen bir kimyasal üretir. NADH, kristale gömülü enzimler tarafından ATP üretmek için kullanılır. ATP moleküllerinde enerji, kimyasal bağlar şeklinde depolanır. Bu kimyasal bağlar koptuğunda enerji kullanılabilir.
Hücre ölümü
Apoptoz olarak da adlandırılan hücre ölümü, yaşamın önemli bir parçasıdır. Hücreler yaşlandıkça veya kırıldıkça temizlenir ve yok edilirler. Mitokondri, hangi hücrelerin yok edileceğine karar vermeye yardımcı olur.
Mitokondri, apoptoz sırasında hücrelerin yok edilmesinde rol oynayan başlıca enzimlerden biri olan kaspaz'ı aktive eden sitokrom C'yi serbest bırakır.
Kanser gibi bazı hastalıklar normal apoptozda bir bozulma içerdiğinden, mitokondrinin hastalıkta rol oynadığı düşünülmektedir.
Kalsiyumun depolanması
Kalsiyum, bir dizi hücresel işlem için hayati öneme sahiptir. Örneğin, kalsiyumun bir hücreye geri salınması, bir sinir hücresinden bir nörotransmiterin veya endokrin hücrelerden hormonların salınmasını başlatabilir. Kalsiyum, diğer şeylerin yanı sıra kas işlevi, döllenme ve kanın pıhtılaşması için de gereklidir.
Kalsiyum çok kritik olduğu için hücre onu sıkı bir şekilde düzenler. Mitokondri, kalsiyum iyonlarını hızla emerek ve ihtiyaç duyulana kadar tutarak bu konuda rol oynar.
Hücredeki kalsiyum için diğer roller, hücresel metabolizmayı, steroid sentezini ve hormon sinyallemesini düzenlemeyi içerir.
Isı üretimi
Üşüdüğümüzde ısınmak için titreriz. Ancak vücut başka şekillerde de ısı üretebilir, bunlardan biri kahverengi yağ denen bir doku kullanarak.
Proton sızıntısı adı verilen bir süreç sırasında mitokondri ısı üretebilir. Bu titremeyen termojenez olarak bilinir. Kahverengi yağ, soğuğa daha duyarlı olduğumuz zaman bebeklerde en yüksek seviyelerde bulunur ve yaşlandıkça seviyeler yavaş yavaş düşer.
Mitokondriyal hastalık
Mitokondri içindeki DNA, genomun geri kalanına göre hasara karşı daha hassastır.
Bunun nedeni, ATP sentezi sırasında DNA'ya zarar verebilecek serbest radikallerin üretilmesidir.
Ayrıca mitokondri, hücrenin çekirdeğinde bulunan aynı koruyucu mekanizmalardan yoksundur.
Bununla birlikte, mitokondriyal hastalıkların çoğu, nükleer DNA'daki mitokondriye ulaşan ürünleri etkileyen mutasyonlardan kaynaklanmaktadır. Bu mutasyonlar kalıtsal veya kendiliğinden olabilir.
Mitokondriler çalışmayı bıraktığında, içinde bulundukları hücre enerjiden yoksun kalır. Bu nedenle, hücre tipine bağlı olarak semptomlar büyük ölçüde değişebilir. Genel bir kural olarak, kalp kası hücreleri ve sinirler gibi en fazla enerjiye ihtiyaç duyan hücreler, hatalı mitokondrilerden en çok etkilenir.
Aşağıdaki pasaj Birleşik Mitokondriyal Hastalık Vakfı'ndan geliyor:
“Mitokondri, farklı dokularda çok farklı işlevler gerçekleştirdiği için, kelimenin tam anlamıyla yüzlerce farklı mitokondriyal hastalık vardır. […] Metabolik mekanizmamızın sorunsuz çalışmasını sağlamak için işbirliği yapması gereken yüzlerce gen ve hücre arasındaki karmaşık etkileşim nedeniyle, özdeş mtDNA mutasyonlarının aynı hastalıkları üretememesi mitokondriyal hastalıkların ayırt edici özelliğidir. "
Farklı semptomlar üreten, ancak aynı mutasyona bağlı olan hastalıklar, genokopi olarak adlandırılır.
Tersine, aynı semptomlara sahip ancak farklı genlerdeki mutasyonların neden olduğu hastalıklara fenokopi denir. Fenokopiye bir örnek, birkaç farklı mutasyonun neden olabileceği Leigh sendromudur.
Mitokondriyal bir hastalığın semptomları büyük ölçüde farklılık gösterse de şunları içerebilir:
- kas koordinasyonu ve güçsüzlük kaybı
- görme veya işitme ile ilgili sorunlar
- öğrenme özürleri
- kalp, karaciğer veya böbrek hastalığı
- gastrointestinal problemler
- demans dahil nörolojik problemler
Bir miktar mitokondriyal disfonksiyon içerdiği düşünülen diğer koşullar şunları içerir:
- Parkinson hastalığı
- Alzheimer hastalığı
- bipolar bozukluk
- şizofreni
- kronik yorgunluk sendromu
- Huntington hastalığı
- şeker hastalığı
- otizm
Mitokondri ve yaşlanma
Son yıllarda araştırmacılar, mitokondri disfonksiyonu ile yaşlanma arasındaki bağlantıyı araştırdılar. Yaşlanmayı çevreleyen bir dizi teori var ve mitokondriyal serbest radikal yaşlanma teorisi son on yılda popüler hale geldi.
Teori, reaktif oksijen türlerinin (ROS) enerji üretiminin bir yan ürünü olarak mitokondride üretilmesidir. Bu yüksek yüklü parçacıklar DNA'ya, yağlara ve proteinlere zarar verir.
ROS'un neden olduğu hasar nedeniyle mitokondrinin fonksiyonel kısımları hasar görür. Mitokondri artık çok iyi çalışamadığında, daha fazla ROS üretilir ve hasarı daha da kötüleştirir.
Mitokondriyal aktivite ile yaşlanma arasındaki korelasyonlar bulunmasına rağmen, tüm bilim adamları aynı sonuçlara varmadı. Yaşlanma sürecindeki kesin rolleri hala bilinmemektedir.
Kısaca
Mitokondri, muhtemelen en iyi bilinen organeldir. Ve popüler olarak hücrenin güç merkezi olarak anılsalar da, hakkında çok daha az bilinen çok çeşitli eylemler gerçekleştirirler. Kalsiyum depolamadan ısı oluşumuna kadar, mitokondri hücrelerimizin günlük işlevleri için son derece önemlidir.
