Bilim Nedir Son Makaleler

MİTOKONDRİ

Tarafından yazılmıştır admin

Hücrenin Enerji Santrali

Canlı organizmaların en temel organizasyon birimi olan hücre içinde de yaşamsal işlevler için enerji sağlamak üzere özelleşmiş olan mitokondri; vücudumuzda üretilen enerjinin % 95’inden sorumludur.

İnsan enerji açısından ne yazık ki dışa bağımlı ve enerjiyi doğrudan değil besin maddeleri içinde depolanmış olarak alıyor. Alınan besin ne olursa olsun tüm hücreler işlevleri için ATP (Adenozin trifosfat) adı verilen bir bileşiğe gereksinim duyuyor. ATP tüm hücrelerin ortak enerji kaynağı olduğu için ATP’siz bir yaşam mümkün değildir. Kendi ATP’sini üretmek canlı olmanın belki de en temel unsurudur. Bu nedenle hücreler kendilerine gönderilen besin maddelerini kullanarak ATP sentezlemek zorundadır.

ATP NASIL SENTEZLENİR

Hücreler ATP’yi üç metabolik yoldan sentezliyor: Glikoliz, Krebs döngüsü (sitrik asit döngüsü) ve elektron transport zinciri.

Glikoliz, yani glikozun parçalanmasıDIR. Bu süreç tümüyle sitoplazmada gerçekleşir ve pirüvat adlı bileşik bu sürecin son ürünü olarak açığa çıkar. Ancak açığa çıkan enerjiyle çok az sayıda ATP sentezlenebiliyor, her bir glikoz molekülü başına sadece iki ATP. Kalan iki süreçte pirüvatla birlikte proteinlerin ve yağların yıkım ürünleri olan maddeler de kullanıldığından hücre kaynak sıkıntısı çekmez. Ancak bir sorun var: Sitoplazmada Krebs döngüsü ve elektron transport zinciri için gerekli donanım yok. Bu sebeple kalan iki evrede mitokondride gerçekleşir. Enerjisini glikolizden sağlayan hücreler (örneğin eritrositler) dışındaki hücrelerde ATP’nin yaklaşık % 95’i mitokondrilerde sentezlenir. Mitokondri, hücrenin gelişmesi, büyümesi, çoğalması gibi tüm işlevleri için gerekli enerjiyi sağlar.

YAPISI

Mitokondriler ışık mikroskobuyla görülebilecek büyüklüktedir. Tüketilen enerji miktarına göre hücredeki sayıları değişebilir. Örneğin karaciğer hücrelerinde yaklaşık 1000 kadar mitokondri vardır. Mitokondriler hücrenin toplam hacminin yaklaşık % 20 gibi büyük bir kısmını kaplar.

Mitokondri pek çok yönü ile diğer hücre içi organellerden farklılık gösterir. Öncelikle bazı açılardan başlı başına bir hücre gibi davranır. Ancak bu kendi kendine tamamen yeterli olmayan bir hücre veya hücreciktir. Mitokondrinin kendine ait genetik materyali yani DNA’sı vardır. Sahip olduğu DNA’yı kullanabilir ve protein sentezi için gerekli donanıma da sahiptir. Ancak bunlar mitokondrinin bağımsızlığı için yeterli değildir.

Mitokondriler diğer organellerden farklı olarak iki kat zarla çevrilidir: İç ve dış zarlar. Bu zarların yapı ve işlevleri birbirlerinden çok farklıdır. Dış zarın aksine iç zar oldukça kıvrımlı bir yapıya sahiptir ve çok sayıda protein barındırır. Canlı organizmalarda en çok protein içeren zarlardan biridir. Kıvrımlı yapısından dolayı iç zarın yüzey alanı dış zara göre çok daha geniştir. Bu kıvrımların her birine krista denir ve sayıları hücrenin işlevlerine göre değişir. Hücrenin iş yükü fazla ise daha çok ATP’ye gereksinim duyulacağından mitokondrilerdeki krista sayısı da daha fazla olur.

İç zar aynı zamanda mitokondriyi iki işlevsel bölüme ayırır. İç zarın çevrelediği bölgeye mitokondri matriksi, iç zarla dış zar arasındaki bölgeye de zarlararası bölge denir. Bu iki bölümün işlevleri çok farklıdır.

İŞLEVLERİ

Mitokondrinin çok sayıdaki işlevinden en belli başlısı tüm organizmanın ortak enerji paketi olan ATP sentezlemektir. Yağ asitlerinin yıkımı ve Krebs döngüsü mitokondride gerçekleşir. Sadece yıkımda değil sentezde ve atıkların uzaklaştırılmasında da mitokondriye çok iş düşmektedir. Mitokondri sitoplazma ve diğer organellerle sıkı bir işbirliği içindedir. Bu işbirliği sonucunda, yağ asitlerinin ve glikozun sentezinin yanı sıra hücreye zararlı bileşiklerin, örneğin amonyağın, başka ürünlere dönüştürülerek atılması gibi çok sayıda olay gerçekleşir.

ATP SENTEZİ

ATP üretmek için kullanılan yağlar (lipidler) ve şekerler (karbonhidratlar) vücudumuzda depolanabildiği halde ATP’nin kendisi depolanamaz. ATP gerek varsa sentezlenir, yoksa sentezlenmez. İnanılması güç olsa da her birimiz günlük olarak kendi ağırlığımız kadar, hatta daha fazla ATP tüketiyoruz. Bu durumda kullanılan ATP’nin sürekli yenilenmesi gereklidir. Glikolizle ve Krebs döngüsüyle elde edilen ATP miktarının bu gereksinimi karşılamaya yetmediğini daha önce belirtmiştik. Çünkü bu iki metabolik yolla 1 glikozun yıkımı sonucunda toplam olarak ancak 4 ATP sentezlenebiliyor: 2 ATP glikolizden, 2 ATP de Krebs döngüsünden (Krebs döngüsünde GTP (Guanozin trifosfat) sentezlenir ve bu bileşik daha sonra ATP’ye dönüşür). Mitokondriler toplam ATP üretiminin % 95’inden sorumlu, yani neredeyse tüm üretimi üstlenmiş durumdalar. Peki, nasıl oluyor da mitokondriler bu kadar ATP’yi kısa zamanda üretebiliyor? Bu sorunun yanıtı İngiliz biyokimyacı Peter Dennis Mitchell’in ortaya attığı ve kendisine 1978 yılında Nobel Kimya Ödülü’nü kazandıran kemiozmotik kuramında.

Mitokondrinin elektron mikroskobu ile görüntüsü

KEMİOZMOTİK KURAM

Bu kurama göre, mitokondri matriksinde bulunan hidrojen iyonları zarlararası bölgeye pompalanır. Böylece mitokondri iç zarının iki yüzü arasında potansiyel bir fark meydana gelir. Protonları düşük derişimli matriksten yüksek derişimli zarlar arası bölgeye pompalamak için, elektronların oksijene akışı sırasında açığa çıkan enerji kullanılır. Pompalanan protonların matrikse tekrar geri dönebilmesi için özel bir kanaldan geçmesi gerekir ve geçiş sırasında ATP sentezlenir.

Enerji üretebilmek için mitokondrinin zarlar arası bölgede matrikse göre çok daha fazla proton biriktirmesi gerekir. Çünkü ATP, derişim farkı sayesinde yüksek derişimdeki protonların kompeks V’ye bağlı kanallardan geçmesi ve bu esnada da kompleks V’i çalıştırması sonucu sentezlenebiliyor. Zarlar arası bölgede enerji harcanmadan yüksek derişimde proton biriktirmek ise mümkün değil. İşte bu amaçla mitokondri iç zarında bulunan proton pompaları kullanılır. Bu pompalar, protonları düşük derişimli matriksten yüksek derişimli zarlararası bölgeye pompalanır. Pompaları çalıştırmak için elektron taşınması sırasında açığa çıkan enerji kullanılır.

Elektron taşınması mitokondri iç zarında gerçekleşen bir olaydır. NADH (nikotinamid adenin dinükleotid) ve FADH2 (flavin adenin dinükleotid) bileşiklerinden oksijene doğru olur. Bu iki bileşik elektron vermeye, oksijen ise elektron almaya meyillidir. Elektron veren NADH ve FADH2 bileşikleri de sırasıyla NAD+ya ve FAD’ye dönüşür. Ancak NADH ve FADH2’den oksijene elektron taşınması doğrudan gerçekleşmez, arada başka moleküller de vardır. Böylece bir zincir oluşmuştur ve bu sisteme elektron taşıma zinciri denir. Elektronlar zincir üzerinde kademeli olarak oksijene doğru ilerler. Bu işlem mitokondri iç zarında gerçekleşir. Elektron akışı sırasında enerji açığa çıkar. Bu enerji ile mi tokondri iç zarındaki proton pompaları çalıştırılır. Elektron akışının devamı için NAD+’nın ve FAD’nin yeniden NADH ve FADH2’ye dönüşmesi şarttır. Yani bu iki bileşiğe yeniden elektron yüklenmesi gerekir. Ama nasıl? İşte bu amaçla glikolizin son yıkım ürünü olan pirüvatla birlikte diğer pek çok besinin yıkımı sonucu açığa çıkan ürünler, mitokondri matriksinde bulunan Krebs döngüsünde daha ileri yıkıma uğrar ve sonuçta bol miktarda NADH ve FADH2 elde edilir. Bu döngüye ek olarak yine mitokondride yağ asitlerinin yıkımı sonucunda da NADH ve FAD2 açığa çıkar. Kısacası yıkım tepkimeleri sonucunda NAD+ ve FAD bileşikleri yeniden NADH ve FADH2’ye dönüşür.

Özetleyecek olursak elektron akışı sırasında açığa çıkan enerji ile mitokondri matriksinden zarlar arası bölgeye proton pompalanır ve bu bölgede biriken protonlar tekrar matrikse geri dönerken kompleks V’i çalıştırarak ATP sentezler. Sentezlenen ATP’ler kullanılmak üzere mitokondri dışına gönderilir ve yerine ATP sentezinde kullanılan ADP (adenozin difosfat) ve Pi (inorganik fosfat) alınır.

Kuşkusuz vücuda alınan tüm enerji kaynakları sadece ATP sentezi için kullanılmıyor. Yaşamın devamı için vücut sıcaklığının belirli bir derecede tutulması da çok önemli. Bu amaçla sürekli ısı enerjisi üretilmesi gerekiyor. Vücudumuzda ısı üretimine katkıda bulunan pek çok tepkimeyle (özellikle ATP’nin yıkıldığı tepkimeler) birlikte mitokondride de ATP üretiminin yanı sıra az da olsa ısı enerjisi de üretiliyor. Çok daha önemli bir nokta ise mitokondride üretilen ısı enerjisinin organizmanın ihtiyacına göre bazen artırılıp azaltılabilmesidir. Örneğin kış uykusuna yatan canlılar ve yeni doğan bebekler ATP’den çok ısı enerjisine gereksinim duyar. Bu durumda mitokondrilerde ATP üretiminin azaltılıp ısı enerjisinin üretimini artıracak bir değişime gidilmesi gerekir. Kış uykusuna yatan canlıların ve yeni doğan bebeklerin kahverengi yağ dokusu (çok sayıda mitokondri içerdiğinden kahve renkli bir görünümü var) mitokondrileri böyle bir değişikliğe izin verecek esnekliğe sahiptir. Peki bu düzenleme nasıl gerçekleşiyor? Bunun olabilmesi için mitokondride adeta bir kısa devre uygulaması yapılıyor. Bu amaçla mitokondri iç zarına yerleşen ve termogenin adı verilen bir kanal proteini kullanılıyor. Termogeninin iç mitokondri zarında açtığı kanal, zarlararası bölgede bulunan protonların matrikse ATP sentezleyen kompleks V’den değil de bu kanaldan geçmesine neden oluyor. Böylece elektron akışı sırasında açığa çıkan enerji ATP sentezi yerine ısı enerjisi olarak salınıyor ve vücut sıcaklığı belli bir düzeyde tutulmaya çalışılıyor.

YAŞAM SÜRELERİ

Mitokondriler bölünerek çoğalır ve hücrelerde çok sayıda mitokondri bulunur. Bunlar hücre bölünmesi sırasında yavru hücreler arasında yaklaşık olarak eşit biçimde paylaşılır. Diğer organeller gibi mitokondriler de yenilenir. Her mitokondrinin belirli bir yaşam süresi vardır. Örneğin karaciğer hücrelerindeki mitokondrilerin ortalama yaşam süresi 10 gündür. Bu sürenin sonunda mitokondriler ortadan kaldırılırr. Yıpranan mitokondriler işaretlenir ve üzerleri bir zarla kaplanarak lizozomlarla kaynaşmaları sağlanır. Lizozomlar içerdikleri parçalayıcı enzimlerle mitokondriyi parçalar. Açığa çıkan temel yapıtaşları, örneğin amino asitler, yağ asitleri ve şeker birimleri, lizozom zarında bulunan özel pompalarla sitoplazmaya verilerek yeniden kullanıma sunuluyor.

 

KAYNAK: Bilim ve Teknik

 

 

 

 

Yazar Hakkında

admin

%d blogcu bunu beğendi: