Mitokondri sıklıkla hücrelerin santralleri olarak adlandırılır. Yiyeceklerden aldığımız enerjinin, hücrenin kullanabileceği enerjiye dönüştürülmesine yardımcı olurlar. Ancak, enerji üretiminden daha çok mitokondri var.
Hemen hemen her tip insan hücresinde mevcut olan mitokondri, sağkalım için hayati öneme sahiptir. Hücrenin enerji para birimi olan adenosin trifosfatımızın (ATP) çoğunluğunu oluştururlar.
Mitokondri, hücreler ve hücre ölümü arasında sinyal verme, diğer bir deyişle apoptoz olarak bilinen diğer görevlerde de yer alır.
Bu makalede mitokondrinin nasıl çalıştığına, neye benzediğine bakacak ve işlerini doğru bir şekilde yapmayı bıraktıklarında neler olacağını açıklayacağız.
Mitokondrinin yapısı
Mitokondri, genellikle 0,75 ve 3 mikrometre arasında küçüktür ve lekelenmedikçe mikroskop altında görünmezler.
Diğer organellerin aksine (hücre içindeki minyatür organlar), bir dış ve bir içsel olan iki membranı vardır. Her membranın farklı işlevleri vardır.
Mitokondri, her biri farklı roller gerçekleştiren farklı bölmelere veya bölgelere ayrılır.
Bazı önemli bölgeler şunlardır:
Dış zar: Küçük moleküller dış zardan serbestçe geçebilir. Bu dış kısım, proteinlerin geçmesine izin veren kanalları oluşturan porinler adı verilen proteinleri içerir. Dış zar aynı zamanda çok çeşitli işlevlere sahip bir dizi enzime de sahiptir.
İntermembran boşluk: İç ve dış zarlar arasındaki alan budur.
İç zar: Bu zar çeşitli rolleri olan proteinleri tutar. İç zarda gözenekler olmadığından çoğu molekül için geçirimsizdir. Moleküller, özel membran taşıyıcılarında sadece iç zardan geçebilirler. İç zar çoğu ATP’nin oluşturulduğu yerdir.
Cristae: Bunlar iç zarın kıvrımlarıdır. Membranın yüzey alanını arttırır, böylece kimyasal reaksiyonlar için mevcut alanı arttırırlar.
Matriks: Bu, iç zar içindeki boşluktur. Yüzlerce enzim içeren ATP üretiminde önemlidir. Mitokondriyal DNA burada yer almaktadır (aşağıya bakın).
Farklı hücre tipleri farklı sayıda mitokondriye sahiptir. Örneğin, olgun kırmızı kan hücreleri hiç olmazsa, karaciğer hücreleri 2,000’den fazla olabilir. Yüksek enerji talebi olan hücreler daha fazla sayıda mitokondriye sahip olma eğilimindedir. Kalp kas hücrelerindeki sitoplazmanın yaklaşık yüzde 40’ı mitokondri tarafından alınır.
Mitokondri genellikle oval şekilli organeller olarak çekilse de, bunlar sürekli olarak bölünür (fisyon) ve birbirine yapışır (füzyon). Yani, gerçekte, bu organeller sürekli değişen ağlarda birbirine bağlı.
Ayrıca, sperm hücrelerinde mitokondri, orta kısımda spirallenir ve kuyruk hareketi için enerji sağlar.
Mitokondriyal DNA
DNA’larımızın çoğu her hücrenin çekirdeğinde tutulsa da, mitokondrilerin kendi DNA dizileri vardır. İlginç bir şekilde, mitokondriyal DNA (mtDNA) bakteriyel DNA’ya daha benzer.
MtDNA, 37 gen üzerinde bir dizi proteine ve diğer hücresel destek ekipmanına yönelik talimatlara sahiptir.
Hücrelerimizin çekirdeklerinde depolanan insan genomu yaklaşık 3,3 milyar baz çifti içerirken, mtDNA 17.000’den azdır.
Üreme sırasında, bir çocuğun DNA’sının yarısı babalarından ve annelerinin yarısından gelir. Ancak çocuk her zaman mtDNA’larını annelerinden alır. Bu nedenle, mtDNA genetik çizgilerin izlenmesi için çok yararlı olduğunu kanıtlamıştır.
Örneğin, mtDNA analizleri, insanların yaklaşık 200.000 yıl önce, mitokondriyal Havva olarak bilinen ortak bir atadan aldıkları nispeten yakın zamanda Afrika’da ortaya çıkmış olabileceği sonucuna varmışlardır.
Mitokondri ne yapar?
Mitokondrinin en iyi bilinen rolü enerji üretimi olmasına rağmen, diğer önemli görevleri de yürütmektedir.
Gerçekte, bir mitokondri yapmak için gerekli olan genlerin sadece yüzde 3’ü enerji üretim ekipmanına girmektedir. Büyük çoğunluk, bulundukları hücre tipine özgü diğer işlerde yer alır.
Aşağıda, mitokondrinin rollerinden birkaçı ele alıyoruz:
Enerji üretmek
Tüm yaşam formlarında bulunan karmaşık bir organik kimyasal olan ATP, sıklıkla parasal moleküler birim olarak adlandırılır, çünkü metabolik süreçleri destekler. Çoğu ATP, sitrik asit döngüsü veya Krebs döngüsü olarak bilinen bir dizi reaksiyonla mitokondrilerde üretilir.
Enerji üretimi çoğunlukla iç zarın kıvrımları veya kristalarında gerçekleşir.
Mitokondri, yiyeceğimiz yiyeceğin enerjisini, hücrenin kullanabileceği bir enerji biçimine dönüştürür. Bu sürece oksidatif fosforilasyon denir.
Krebs döngüsü, NADH adı verilen bir kimyasal üretir. NADH, ATP üretmek için krista içine yerleştirilmiş enzimler tarafından kullanılır. ATP moleküllerinde, enerji kimyasal bağlar şeklinde depolanır. Bu kimyasal bağlar kırıldığında, enerji kullanılabilir.
Hücre ölümü
Apoptoz olarak da adlandırılan hücre ölümü yaşamın önemli bir parçasıdır. Hücreler yaşlandıkça veya kırıldığında, temizlenir ve yok edilir. Mitokondri, hangi hücrelerin yok olduğuna karar verir.
Mitokondri, apoptosis sırasında hücrelerin tahrip edilmesiyle ilgili başlıca enzimlerden biri olan kaspazı aktive eden sitokrom C’yi serbest bırakır.
Kanser gibi bazı hastalıklar normal apoptozda bir bozulmayı içerdiğinden, mitokondrilerin hastalıkta rol oynadığı düşünülmektedir.
Kalsiyum depolanması
Kalsiyum, bir dizi hücresel süreç için hayati önem taşır. Örneğin, kalsiyumu bir hücreye geri vermek, bir sinir hücresinden veya endokrin hücrelerden gelen hormonlardan bir nörotransmitterin salınmasını başlatabilir. Kalsiyum ayrıca kas fonksiyonu, gübreleme ve kan pıhtılaşması için de gereklidir.
Kalsiyum çok kritik olduğu için, hücre sıkı bir şekilde düzenler. Mitokondri, kalsiyum iyonlarını hızla emerek ve ihtiyaç duyulana kadar bunları tutarak, bunun bir parçası olur.
Hücredeki kalsiyum için diğer roller, hücresel metabolizmayı, steroid sentezini ve hormon sinyalini düzenlemeyi içerir.
Isı üretimi
Soğuk olduğumuzda, sıcak tutmak için titriyoruz. Fakat vücut başka yollarla da ısı üretebilir, bunlardan biri kahverengi yağ denilen bir doku kullanmaktır.
Proton sızıntısı denilen bir süreç sırasında, mitokondri ısı üretebilir. Bu titremeyen termojenez olarak bilinir. Kahverengi yağ, bebeklerde en yüksek seviyelerde bulunur; soğuk algınlığına daha duyarlı olduğumuzda ve yaşlandıkça yavaşça azaldıkça azalır.
Mitokondriyal hastalık
Mitokondri içindeki DNA, genomun geri kalanından daha fazla hasara daha duyarlıdır.
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, nano DNA’daki mitokondrilerde ortaya çıkan ürünleri etkileyen mutasyonlardan kaynaklanmaktadır. Bu mutasyonlar kalıtsal veya kendiliğinden olabilir.
Mitokondri çalışmayı durdurduğunda, içerdikleri hücre enerji açığa çıkar. Bu nedenle, hücre tipine bağlı olarak, semptomlar geniş ölçüde değişebilir. Genel bir kural olarak, kalp kas hücreleri ve sinirler gibi en büyük miktarda enerjiye ihtiyaç duyan hücreler en çok hatalı mitokondriden etkilenir.
Aşağıdaki geçiş Birleşik Mitokondriyal Hastalıklar Vakfı’ndan gelmektedir:
“Mitokondri, farklı dokularda çok farklı fonksiyonlar gerçekleştirdiği için, yüzlerce farklı mitokondriyal hastalık var. […] Metabolik makinelerimizin sorunsuz çalışmasını sağlamak için işbirliği yapması gereken yüzlerce gen ve hücre arasındaki karmaşık etkileşimlerden dolayı, Özdeş mtDNA mutasyonlarının özdeş hastalıklar üretemeyeceği mitokondriyal hastalıkların ayırt edici bir özelliği. “
Farklı semptomlar üreten ancak aynı mutasyona bağlı hastalıklar, genetik olarak adlandırılır.
Tersine, aynı belirtileri olan ancak farklı genlerdeki mutasyonların neden olduğu hastalıklara fenocopiler denir. Bir fenoskopi örneği, birkaç farklı mutasyondan kaynaklanabilen Leigh sendromudur.
Bir mitokondriyal hastalık belirtileri büyük ölçüde farklılık gösterse de, şunları içerebilir:
- kas koordinasyonu ve zayıflık kaybı
- görme veya duyma problemleri
- öğrenme engelleri
- kalp, karaciğer veya böbrek hastalığı
- gastrointestinal problemler
- bunama dahil nörolojik problemler
Bazı düzeydeki mitokondriyal disfonksiyonu içerdiği düşünülen diğer durumlar şunlardır:
- Parkinson hastalığı
- Alzheimer hastalığı
- bipolar bozukluk
- şizofreni
- kronik yorgunluk sendromu
- Huntington hastalığı
- diyabet
- otizm
Mitokondri ve yaşlanma
Son yıllarda, araştırmacılar mitokondri disfonksiyonu ve yaşlanma arasındaki ilişkiyi araştırdılar. Yaşlanmayı çevreleyen bir dizi teori vardır ve yaşlanmanın mitokondriyal serbest radikal teorisi son on yılda popüler hale gelmiştir.
Teori, reaktif oksijen türlerinin (ROS), enerji üretiminin bir yan ürünü olarak mitokondride üretilmesidir. Bu yüksek yüklü parçacıklar DNA, yağ ve proteinlere zarar verir.
ROS’un neden olduğu hasardan dolayı mitokondrinin fonksiyonel kısımları zarar görmektedir. Mitokondri artık çok iyi işleyemediğinde, daha fazla ROS üretilir ve hasar daha da kötüleşir.
Mitokondriyal aktivite ve yaşlanma arasındaki korelasyonlar bulunmasına rağmen, tüm bilim adamları aynı sonuçlara ulaşmamıştır. Yaşlanma sürecindeki kesin rolleri hala bilinmemektedir.
Kısaca
Mitokondri, muhtemelen, en iyi bilinen organeldir. Ve onlar, yaygın olarak hücrenin santrali olarak adlandırılsalar da, bunlar hakkında çok az bilinen çok çeşitli eylemler gerçekleştirirler. Kalsiyum depodan ısı oluşumuna kadar, mitokondri hücrelerimizin günlük fonksiyonları için çok önemlidir.
