MİTOKONDRİ YAPI VE FONSİYONLARI

MİTOKONDRİ Mitos (iplik) ve khondrion (granül) kelimelerinden oluşmuştur. Ökaryot hücrelerin çoğunda bulunurlar. Hücrelerin enerji fabrikaları (hücre için gerekli enerjinin %95’i burada üretilir) Hücredeki sayıları doku tipine göre farklılık gösterir.

Küremsi veya silindirik şekilli organeller. Büyüklükleri hücreden hücreye farklılık gösterir (çap: 0.2-1 µm, uzunluk: 1-6 µm). Kendilerine ait bağımsız genomları, ribozomları ve tRNA’ları vardır. Fosfolipit ve proteinden oluşan iç ve dış membranla çevrilidirler.

Hücredeki enerji ihtiyacına göre yerleşimleri farklılık gösterir (kalp kasında miyofibriller arasında, spermde kuyrukta)

Çift membran organizasyonu nedeniyle 4 farklı bölümden oluşur Dış membran Membranlar arası alan İç membran Matriks

DIŞ MEMBRAN Kalınlığı 70 Å olup ökaryotik hücre plazma membran yapısına benzer. Porin adı verilen integral transport proteinleri (kanal büyüklüğü 2-3 nm) içerir. Bu proteinler <5000 dalton büyüklükteki moleküllerin membrandan geçişine olanak sağlar. Aynı zamanda yağ asitlerinin uzatılması, epinefrin oksidasyonu ve triptofan metabolizmasıyla ilgili enzimler bulunmaktadır.

MEMBRANLAR ARASI ALAN 40-80 Å genişliğindedir. Porinler aracılığıyla membranlar arası alana giren iyonlar ve küçük moleküller nedeniyle bileşimi sitoplazmaninkine benzerdir. İç ve dış membranları geçmesi gereken moleküller translokatör enzimler aracılığıyla membranlar arası alanda taşınırlar. pH’ ı sitoplazmaya göre düşüktür (elektron transportu sırasında matriksten pompalanan H iyonları nedeniyle).

İÇ MİTOKONDRİYAL MEMBRAN İç membran komposizyonu prokaryotların membranıyla benzerlik gösterir (%70 protein, %30 lipit ve çok az kolesterol). Membranda 100’den fazla farklı polipeptid bulunur (yoğun fonsiyonel özelliğinden dolayı diğer membranlara göre daha fazla protein içerir). Nadir bir fosfolipit olan kardiyolipin açısından zengindir.

İç membranda porin bulunmaz İç membranda porin bulunmaz. İyon ve moleküllerin matrikse giriş ve çıkışları özelleşmiş proteinlerle yapılır. İç mitokondriyal membranda su transportundan sorumlu aquaporinler var. Ancak bunların ozmotik dengeyi nasıl sağladıkları bilinmiyor.

Krista adı verilen kıvrılmalar gösterir. Amaç sitokrom gibi proteinlerin uygun ve etkin olarak fonksiyon gösterebilmeleri için yüzey alanı genişletmek (ör: karaciğer hücresindeki mitokondri iç membran alanı total hücre membran alanının 1/3’ünü oluşturur). Enerji üretimiyle krista sayısı arasında doğru orantı vardır (ör: kalp kası hücrelerinde krista sayısı karaciğer hücrelerindekinin 3 katıdır).

Solunum zincirinin oksidasyon reaksiyonlarını gerçekleştirmek İÇ MİTOKONDRİYAL MEMBRANDA ÜÇ TİP FONKSİYON İÇİN ÖZELLEŞMİŞ PROTEİNLER BULUNUR. Solunum zincirinin oksidasyon reaksiyonlarını gerçekleştirmek ATP sentezi için ATP sentaz Metabolitlerin matriks içine ve dışına giriş çıkışlarını düzenleyen spesifik transport proteinleri.

MİTOKONDRİYAL MATRİKS İç membran tarafından çevrili olan alanı ifade eder. İç membran üzerine yerleşmiş olan ATP sentaz aracılığıyla ATP sentezinde son derece önemlidir. Yüzlerce enzimin yanında mitokondriyal genom, ribozom ve tRNA’ları içerir. Mitokondride gerçekleşen metabolizmayla ilgili reaksiyonların çoğu matrikste gerçekleşir. Sitoplazmaya göre daha yoğundur (sitoplazma mg protein başına 3.8 µL su içerirken, matriks 0.8 µL su içerir).

MİTOKONDRİYAL GENOM Bir mitokondride 2-10 mtDNA kopyası vardır. Boyu yaklaşık 16.5 kb’dır. Mitokondriyal genom 37 gen içerir (2 rRNA, 12 tRNA ve 13 oksidatif fosforilasyonla ilgili protein subünitlerini kodlayan gen). Diğer proteinler nükleer genom tarafından kodlanıp mitokondriye transfer edilir. Mitokondriyal genom maternal olarak kalıtılır.

MİTOKONDRİ FONKSİYONLARI ATP sentezi (oksidatif fosforilasyon) Sitrik asit döngüsü Üre sentezi Hem sentezi Keton cisimciklerinin sentezi Pek çok endojen ve eksojen bileşiğin metabolizması (iç membranda yerleşik sitokrom p450 enzim sistemi).

Yağ asit oksidasyonu Apoptozis Isı üretimi Kalsiyum iyonlarının depolanması

Sitrik asit döngüsü Dominant fonksiyonları iç membrandaki ATP sentezidir. Karbonhidrat, yağ asitleri ve amino asitlerin metabolizmaları sonucunda oluşan asetil co A matrikse girerek okside olur. CO2, NADH ve FADH2 oluşur. Yüksek enerjili elektronları taşıyan FADH2 ve NADH elektronlarını mitokondri iç membranındaki taşıyıcı proteinler aracılığıyla moleküler oksijene aktarır ve H2O oluşur.

Elekron transferi iç membranda bulunan 4 taşıyıcı protein ile gerçekleştirilir. NADH dehidrogenaz (I) Sitokrom c redüktaz (III) Süksinat dehidrogenaz (II) Sitokrom c oksidaz (IV) Matriksteki protonların membranlar arası alan geçişiyle proton graienti oluşur. ATP sentaz kompleksiyle membranlar arası alana protonlar geri gönderilirken ATP sentezi gerçekleşir.

Üre sentezi Protein katabolizması sonucu oluşan amonyağın detoksifikasyon döngüsüdür. 5 reaksiyonla bu işlem gerçekleştirilir. Bu reaksiyonların ikisi mitokondride üçü sitozolde gerçekleştirilir.

Hem sentezi Hem porfirin oarak bilinen heterosiklik organik halkanın merkezinde demir atomu içeren prostetik gruptur. Başlıca fonksiyonları diatomik gazların transportu, kimyasal katalist ve elektron transportudur. Toplam 8 tepkimede sentezlenmektedir. İlk ve son 3 tepkime mitokondride gerçekleşir. Diğerleri sitozolde. Mehmet

Keton cisimciklerinin sentezi Yağ asit oksidasyonun yan ürünüdürler. Beyin ve kalp tarafından enerji kaynağı olarak kullanılırlar. Esas olarak karaciğer hücrelerindeki mitokondriyal matrikste sentezlenirler.

Sitokrom p450 sistemi NAD(P)H bağımlı hem içeren monooksijenazlardır. İç mitokondriyal membranda yerleşiktir. Binlerce endojen ve eksojen bileşiği metabolize edilmesinden sorumludur (karaciğerde ilaçlar ve toksik bileşikler ve bilirubin gibi endojen bileşikler). Çoğu dokuda bulunur ve önemli hormonların sentez ve yıkımında (testosteron, östrojen gibi), ve vitamin D metabolizmasında önemlidir.

Yağ asit oksidasyonu Yağ asitleri mitokondriye taşınmadan önce aktive edilirler. Oluşan yağ açil coA karnitin taşıyıcı sistemiyle mitokondri matriksine taşınır. Burada asetil coA elde edilmek üzere oksidasyona uğrar.

Isı üretimi Protonlar ATP sentezine katılmaksızın matrikse geri dönerler (proton sızıntısı). Haliyle oksidatif reaksiyonlardan sağlanan enerji ATP üretimi yerine ısı üretiminde kullanılır. Protonları matrikse kolaylıştırılmış diffüzyonla geri dönmelerinden sorumlu protein iç mitokondriyal membranda bulunan Termogenindir. Termogenin özellikle yenidoğan kahverengi yağ dokusunda bulunur.

Kalsiyum depolanması Mitokondrilerde depolanan kalsiyum kalsiyum hemostazisi için son derece önemlidir. Mitokondriden hücre içine salınan kalsiyum sinir hücrelerinden nörotransmitter salınımı ve endokrin hücrelerden hormon salınımı gibi süreçleri koordine eder.

Mitokondri Orijini Endosimbiyotik hipoteze göre mitokondriler endositoz yoluyla diğer hücrelere girebilen özel bakterilerin soyundan gelmiştir. Kendilerine özgü ribozomları ve DNA’larının olması ve bölünerek çoğlamaları nedeniyle ökaryotik hücrelere endosimbiyotik prokaryotlardan geldikleri düşünülmektedir. Mitokondri DNA’ları ile yapılan çlışmalar atalarının Protobakteria üyesi olduğunu düşündürmektedir.