MİTOKONDRİ

Mitokondri ökaryotik hücrelerin, enerji üretimi görevini üstlenen ve kendi DNA’sına sahip sitoplazmik bir organeldir. Şekilleri (küremsi veya uzun silindirik) ve büyüklükleri (çap: 0,2-1 μm, uzunlukları: 2-6 μm) farklılıklar gösterir. Sayıları enerji ihtiyacına göre, hücreden hücreye değişkendir (1-2000).

Hemen hemen bütün ökaryotik hücrelerde ve ökaryotik mikroorganizmalarda bulunur. Eritrositlerde, bakterilerde ve yeşil alglerde mitokondri yoktur.

Hücre içindeki yerleşimleri farklılık gösterir. Kalp kasında kasılıp gevşemeyi sağlamak için miyofibriller arasında bulunur. Spermin kuyruk hareketini sağlamak için boyun bölgesine yerleşmiştir.

Mitokondri çift membranla çevrili bir organeldir. Çift membran iki mitokondriyal kompartman oluşturur; Membranlar arası alan Matriks

Membranlar arası alan 40-80 Ao genişliğindedir. Bazı enzimler bulunur. Sitozole eşdeğer içeriktedir.

Matriks İç membranın çevrelediği alandır. Bol miktarda protein molekülü, çeşitli reaksiyon enzimleri , mtDNA, ribozomlar ve tRNA bulunur. Matrikste granül sayısı azdır. Hücre içindeki kalsiyum ve magnezyum gibi katyonların fazlası mitokondriye geçerek granüllere bağlanır. Depolanan bu katyonlar gerektiğinde tekrar sitozole geri verilir.

Dış membran İç membrana (50-60 Ao) göre daha kalın (70 Ao) olup plazma membranının yapısına benzer. Porin adı verilen kanal proteinleri büyüklüğü 5000 dalton ve daha küçük molekülleri (su, iyonlar) içeri alır. Ayrıca dış membranda mitokondriyal lipid sentezi ile ilişkili enzimler ve lipid substratları matrikste metabolize olabilecek formlara dönüştüren enzimler bulunur.

İç membran İç membran yarı geçirgen özelliktedir. Bazı moleküller matrikse aktif transport ile geçer. İç membran küçük moleküllerin sitozolden matrikse geçişine işlevsel bir engel oluşturur ve oksidatif fosforilasyonu yürüten proton gradientinin devamlılığını sağlar. İç membran dış membrana paralel seyreder, ancak matrikse doğru Krista denen kıvrımlar yapar.

Kristalar iç membran yüzeyini arttırmaya yönelik yapılardır Kristalar iç membran yüzeyini arttırmaya yönelik yapılardır. Örneğin; Karaciğer hücresinin mitokondriyal iç membran alanı hücrenin total membran alanının 1/3’ünü oluşturur. Enerji üretimi fazla olan hücrelerde krista sayısı fazladır.

Yoğun fonksiyonel özelliğin den dolayı iç membranın protein oranı diğer membranlara göre daha yüksektir. % 70 protein, % 30 lipid ve çok az kolesterol. İç membranın lipid içeriğinde bol miktarda bulunan Kardiolipin membranın geçirgenliğini kısıtlar.

İç membranda üç tip protein bulunur: Elektron transport zincirinin oksidasyon reaksiyonlarını gerçekleştiren proteinler (enzimler, sitokromlar) b) Matrikste ATP yapımını gerçekleştiren ATP sentetaz c) Metabolitlerin matrikse giriş çıkışını düzenleyen Permeaz adı verilen transport proteinleri.

Mitokondriyal Genom Mitokondri hücre genomundan ayrı bir genetik sisteme sahiptir. Yaygın olarak kabul edilen görüş, mitokondri ve kloroplastın atasal bir ökaryotik hücre tarafından hücre içine alınan bir bakteriden orjin aldığıdır.

Evolüsyonel süreçte bakteri genomu organel genomu haline dönüşürken orjinal bakteriyal genlerin çoğu nükleer genoma geçmiş sadece birkaç gen organel genomunda kalmıştır. Bundan dolayı mitokondri ve kloroplastın büyüme ve proliferasyonu hem nükleer hem de organel genomu tarafından gerçekleştirilir

İnsan mitokondrial DNA (mt. DNA)'si 16 İnsan mitokondrial DNA (mt.DNA)'si 16.569 baz çifti içeren küçük, çift zincirli, sirküler bir moleküldür. Bu sirküler kromozom herbiri kendi başına replike olabilen hafif (L) ve ağır (H) zincirden oluşur. Displacement loop (D.loop) denen kontrol bölge; ağır zincirin replikasyonunu kontrol eder ve iki zincir içinde promotor bölge rolünü oynar.

Mt.DNA'nın çekirdek DNA'sından bağımsız replikasyon ve transkripsiyon sistemi vardır. Ancak mt.DNA'nın replikasyon ve transkprisyonu için gerekli enzimler, çekirdek DNA'sı tarafından sentezlendiğinden, mt DNA tam bir otonomiye sahip değildir.

Mitokondrial DNA replikasyonu D Mitokondrial DNA replikasyonu D.loop adı verilen mekanizmaya göre oluşur. Önce ağır zincirin replikasyon orijininden 5'-3' yönüne doğru sentez baslar. Yeni sentezlenen ağır zincir, hafif zincirin replikasyon orijinine geldiğinde, ters yönde ilerler ve hafif zincir sentezlenir. Mt DNA transkripsiyonu ise D. loop bölgesindeki promotordan birbirine ters yönde başlar ve iki zincir de, aynı anda tamamen transkripsiyona uğrar. Sonuçta, rRNA, tRNA ve mRNA'lar oluşur.

Mitokondrial genom 37 gen içerir Mitokondrial genom 37 gen içerir. Bunlardan 13'ü solunum zincirindeki yapısal proteinleri (Nikotinamid adenin Dinükleotit Dehidrogenaz, Sitokrom C oksidoredüktaz, sitokrom C oksidaz ATP sentetaz) kodlarken, 2'si RNA ve 22'si de tRNA genlerini kodlar.

Mitokondrial DNA çekirdek DNA’sına benzemekle birlikte belirgin farklılıklar da göstermektedir: 3.5 milyon kb'lik çekirdek DNA’sı yanında, 16.5 kb'lik mt-DNA çok küçük bir genoma sahiptir. mt.DNA kompakt bir yapıya sahip olup intron içermez. Mt.DNA'da kodlanmayan tek bölge yaklaşık 100 baz çift uzunluğundaki D.loop bölgesidir.

İnsan mt-DNA’sı maternal kalıtımla geçer İnsan mt-DNA’sı maternal kalıtımla geçer. Spermin sitoplazma içermemesi ve mitokondrilerinin fertilizasyona katılmayan kuyruk kısmında toplanması nedeniyle, zigotdaki mitokondriler sadece ovuma aittir.

Universal kod ile farklılıkları; UGA kodonu mitokondride triptofan kodlarken, nükleer genomda “stop” kodonudur AUA/AUU kodonları mitokondride metionin kodlarken, nükleer genomda izolösin kodonudur AGA/AGG kodonları mitokondride “stop” kodonu (diğer ikisi nükleer kodondada stop kodonu olan UAA ve UAG) iken, nükleer genomda arginin kodunudur.

mt-DNA’nın evrim hızı nükleer DNA'ya göre 10-20 kat daha fazladır mt-DNA’nın evrim hızı nükleer DNA'ya göre 10-20 kat daha fazladır. Bunun nedeni, oksijen radikallerine daha fazla maruz kalması, koruyucu ve tamir sistemlerinin yokluğu dolayısıyladır. Bu yüzden mt-DNA mutasyonlara daha açıktır.

mtDNA maternal olarak kalıtılır, çünkü zigottaki mtDNA’nın sadece 1/10 mtDNA maternal olarak kalıtılır, çünkü zigottaki mtDNA’nın sadece 1/10.000’i sperm kaynaklıdır. mtDNA defektleri Mendel kalıtımına uymaz, maternal kalıtımla aktarılırlar.