Mitokondri

**SERDEM** · 03.03.08, 15:05

MİTOKONDRİ

Eukaryotik bütün hayvansal ve bitkisel hücrelerin sitoplazmasında bulunan, granüler veya ipliksi, küçük organellere mitokondriyum denir. Normal bir karaciğer hücresinde 1000-1600, bazı oositlerde 300.000 kadar mitokondri bulunur. Yeşil bitkiler hayvansal hücrelere kıyasla çok az mitokondri içerirler. Çünkü mitokondrilerin bazı görevleri kloroplastlar tarafından yerine getirilir.

MİTOKONDRİLERİN BULUNUŞU

Mitokondriler ilk olarak KOLLİCKER tarafından böbrek çizgili kas hücrelerinden izole edilmişler ve değişik tuzlu solusyonlar içinde bu yapıların osmotik reaksiyonları yaklaşık 150 yıl önce, o dönemlerde gözlenebilmiştir. 1850’den itibaren yayınlanan çalışmalarla beraber bu organelin ilk tanımlanması, 1894’de ALTMANN tarafından yapılmıştır. Işık mikroskobu ile hücrede granüller veya iplikler şeklinde görülen bu organele 1897’de BENDA, mitokondrion adını vermiştir. (Y.mitos: iplik ; chondrion :granül).

Mitokondriler canlı olarak ilk defa 1900 yılında MICHAELES’in kullandığı, bugün de kullanılan ve vital boya olan Janus yeşili B ile mavimsi yeşile boyanarak diğer hücre organellerinden kolaylıkla ayırt edilirler. Janus yeşili mitokondriler için özeldir. Bu boya için mitokondrilerin yeşile boyanması mitokondri içinde bulunan sitokrom oksidaz sisteminin boyayı oksitlenmiş halde renkli tutması, çevredeki sitoplazmada ise boyanın renksiz olan lökobaza redüklenmesinden ileri gelmektedir.

1913’de, O. WARBURG solunum enzimlerinin mitokondrilerde olduğunu gözlemiştir. Mitokondrileri düşük devirde santrifüj ederek dokulardan izole eden WARBURG, dokuların ezilerek parçalanması sonucunda bu organellerin hücre içi oksidatif reaksiyonları katalizleyen enzimler içerdiğini görmüştür. WARBURG ve WIELAND, 1920’lerde sitokrom oksidaz olayını ve Krebs Devri olarak bilinen ve küçük karbon zincirlerinin parçalanarak devamlı bir şekilde CO2 in meydana geldiği reaksiyonlar devrini açıklamıştır. KALCKAR, 1940’da solunum zinciri reaksiyonlarında oksijenin suya indirgendiğini ve yeni ATPler teşekkül ettiğini açıklamış, buna oksidatif fosforilasyon demiştir.

1934’de, BENSLEY ve HOERR, karaciğerden mitokondrileri ayırmışlar, organelin biyokimyasal olarak incelenme imkanı ortaya çıkmıştır. Canlı hücreler, ultrasantrifüjde 200.000-400.000 devirle santrifüje edilirlerse, santrifüj tüpünün dibinde, sitoplazmadan daha ağır ve yoğun olan mitokondrilerin parçalanmamış olarak toplanması sağlanır. Kimyasal analizler sonucu, bileşiminde %65-70 protein, %25-30 lipit, %2-3 kolesterol olduğu gösterilmiştir. Ayrıca solunum enzimleri, nükleik asitler (DNA ve RNA) nükleotitlerin (ATP) bulunduğu da öğrenilmiştir.

G. H. HOGEBOOM ve W. C. SCHNEIDER, 1948’de sitokrom faaliyetinin çoğunun gerçekten bu hücre fraksiyonlarında meydana geldiğini göstermişlerdir.

1950’li yıllarda bu reaksiyonlar A. L. LEHNINGER, G. H. HOGEBOOM tarafından trikarboksilik asit reaksiyonları gözlenmiş, hem yağ asitlerinin oksidasyonunun hem de oksidatif fosforilasyonun mitokondrilerde meydana geldiği kesin olarak açıklanmıştır.

1952’de PALADE ve SJÖSTRAND, elektron mikroskobu ile organelin ince yapısı üzerinde ilk bilgileri sağlamışlardır. Son yıllarda geliştirilen birçok teknikle organel çok daha iyi öğrenilmiştir.

Mitokondriler canlı hücrelerde incelenebilirler, ancak alçak kırılma indisleri nedeniyle boyanmadıkça kolay görünemezler. Doku kültürü hücrelerinde en iyi biçimde faz kontrast mikroskobu ile incelenebilirler.
Şekil 1.Mısır (Zea mays) kök ucunda meristem hücrelerindeki mitokondriyumlar. N, nukleus; nu, nukleolus; mi, mitokondriyumlar.

MİTOKONDRİLERİN KÖKENİ
Hücrede mitokondrilerin teşekkülü ile ilgili olarak üç görüş ortaya atılmıştır. Buna göre:

“1)Mevcut mitokondrilerin bölünmesi ile
2)Yeniden sentez edilmeleri ile
3)Veya başka yapıların gelişmesiyle” oluşmuşlardır.

Eski bir görüşe göre mitokondrilerin kromozomlar gibi kalıtımda rol oynadıkları, kromozomlar gibi bölünüp çoğaldıktan sonra yavru hücrelere geçtikleri kabul ediliyordu. Gerçekten de doku kültürlerinde mitokondrilerin birleştikleri gibi, yavaş yavaş büyüdükten sonra parçalandıkları görülmüş, mitozda yavru hücrelere bölünerek interfazda sayılarını arttırdıkları gözlenmiştir. Bu gözlem kolin eksikliği olan Neurospora’da yapılan bir deneyle doğrulanmıştır. Neurospora’ya radyoaktif kolin verildiği takdirde orijinal mitokondrilerden gelişen 2. ve 3. jenerasyondaki mitokondrilerde otoradyografi ile radyoaktivite saptanmıştır. Mitokondrilerin radyoaktivitesi her dölde yarı yarıya azalma göstermektedir. Bu, mitokondrilerin bölünerek çoğaldığını ve mitokondrilerin temel yapısına yeni maddelerin ilave edildiğini göstermektedir.

Elektron mikroskobu çalışmalarından sonra mitokondrilerin plazma zarından meydana geldiği kabul edilmiştir. Bira mayasının anaerobik kültüründe mitokondrilere rastlanmadığı halde, bu hücreler aerobik koşulara maruz bırakılacak olursa plazma zarlarının birleşip katlanarak gerçek mitokondrileri meydana getirdiği görülür. Bu gözlem mitokondrilerin yeniden sentez edildiğini savunan teoriyle bir uygunluk göstermektedir. Mitokondri dış zarının kimyasal yapısı ER zarına benzer ve iç zardan farklıdır. Dış zar lipid sentezinde iç zardan daha aktiftir. Mitokondrilerin dış zarı ile ER’un ilişkisi de elektron mikroskobu ile gözlenmiştir. Biyokimyasal deliller ile karaciğer mitokodrilerinin yarı ömürlerinin 5-10 gün olduğu gösterilmiştir. Bu gözlem hücrede mitokondri oluşumunun devamlı olarak meydana geldiğini ortaya koymaktadır.

Mitokondriler ancak birkaç gün yaşar. Enine bölünme ile çoğalır. Bunlar embriyonel hücrelerdeki promitokondrilerden de gelişir ve çok küçük vesiküller olup yoğun matriksli, çift membranlıdır. İç membranlarında zamanla kristalar gelişir. Promitokondriler, bölünme ile kendilerinden ve tomurcuklanma ile gelişmiş mitokondrilerden oluşur. Mitokondrinin ortalama ömrü hücreye göre daha azdır. Karaciğer hücre mitokondrileri 7-10 gün yaşar.

Sinematografi kullanılarak mitokondrilerin bölünme işlemlerinin incelenmesi ile bölünmeye başlarken mitokondrilerin uzadıkları, merkeze yakın bir bölgeden haltere benzer bir görünüm alacak şekilde boğumlandıkları, bu bölgeden ikiye bölündükleri, bölünmeden sonra da yeniden yuvarlak şekil aldıkları görülmektedir.
L.MARGULİS eukaryotik hücrelerdeki mitokondrilerin evrimsel süreçte prokaryotik organizmalardan geliştiklerine dair açıklamalarda bulunmuştur. Bu düşüncesini mitokondrilerde varolan DNA ve mitoribozomlara dayandırmıştır. Mitokondriler sahip oldukları DNA ve ribozomlar sayesinde hücrede bağımsız olarak nükleer ve sitoplazmik ribozomal işlemlere ait fonksiyonları yerine getirirler. MARGULİS’in bu fikri mitokondrial DNA’nın prokaryotik DNA’ya benzemesi, prokaryotik DNA gibi tek zincirli molekül olması mitokondrial ribozomların; sedimentasyon katsayılarından anlaşıldığı gibi protein ve RNA bileşimlerinden meydana gelmeleri ve prokaryotik ribozomlara ökaryotik ribozomlardan daha fazla benzemeleri gibi durumlarla daha fazla desteklenmektedir.

MİTOKONDRİLERİN BİÇİM ve BÜYÜKLÜKLERİ

Mitokondrilerin yapısı, biçimi, büyüklüğü, sayısı ve hücredeki yerleri, bulunduğu dokunun fizyolojik durumuna bağlı olarak hücreden hücreye değişiklik gösterir. Genellikle küresel, ovoid, silindirik, çomak ya da granül biçiminde olurlar. Bununla birlikte çomak biçimindeki mitokondrilerin parçalanarak granül, granül biçimindeki mitokondrilerin birbirleriyle birleşerek çomak biçimindeki mitokondrileri yaptıkları da gözlenmektedir.

Mitokondrilerin büyüklükleri de değişik olur. Pek çok hücrede çapları oldukça sabit(ortalama 0.5 µm), fakat uzunlukları farklıdır. Çomak biçimindeki mitokondriler 0.5µm-1µm çapında ve 2-3µm uzunluğunda olurlar. Az da olsa 7-9µm uzunluğunda mitokondrilere de rastlanır.

Mitokondrilerin biçim ve büyüklükleri kullanılan fiksatifin PH'ına ve osmatik basıncına bağlıdır. Genellikle sitoplazmaya homojen olarak yayılmalarına rağmen nukleus etrafında veya çevresel sitoplazmada toplanabilirler. Sitoplazmada mitokondri dağılımının, oksidasyon merkezi olarak kabul edilen bu organellerin gerekli enerji sağlamak için ATP'ı hücrenin gerek duyulan bölgesine iletmesiyle ilgili olduğu düşünülmektedir. Örneğin kas hücrelerinde mitokondriler halka halinde I- bandının etrafında yer alırlar. Sitoplazma hareketine bağlı olarak yerlerini pasif şekilde değiştirirler. Hücre bölünmesinde iğe yakın bölgelerde toplanırlar ve hücre bölünürken yavru hücrelere aşağı yukarı eş miktarda dağılırlar.
Şekil 2. Mitokondri ince yapı değişiklikleri.

MİTOKONDRİLERİN SAYISI

Mitokondrilerin sayısı hücrenin ve organelin aktivitesine bağlıdır. Bakteri ve mavi-yeşil algler gibi prokaryotik organizmalarda mitokondri bulunmadığı halde sitosolde onun görevini sitosolde mitokondri benzeri yapılar yada plazma membranı yerine getirmektedir. Bir fungus olan Blastocladiella emersonia da ve bir alg olan Chlorella jusca da tek bir mitokondri bulunmaktadır. Amip olan Choas'ta ise yüzlerce mitokondri vardır.

Yüksek hayvansal organizmaların hücrelerinde genelde farklı sayıda mitokondri bulunmaktadır. Örneğin sperm hücrelerinde yaklaşık 100 kadar, böbrek hücrelerinde 1000 kadar mitokondri bulunur.

İnce barsak yüzeyini astarlayan epitel hücrelerinin hücre yüzeyine yakın bölgelerinde çok fazla sayıda bulunan mitokondriler absorbsiyonda gerekli enerjiyi sağlamaktadırlar.

Hücrelerdeki mitokondri sayısının fazla olması o hücrelerde ATP kullanımının çok olduğunu göstermektedir.
Şekil 3. Memeli sperm hücresinde kamçının çevresinde yer alan mitokondriler.

**SERDEM** · 03.03.08, 15:06

ŞİŞME OLAYI

Oksidatif fosforilasyon önlendiğinde hacimlerinin 3- 5 katına kadar şişen mitokondriler solunumun normale döndürülmesi ya da ATP katılması durumunda eski hacimlerine dönerler. Tiroksin hormonu, fosfat ve Ca+2 gibi çeşitli etkenlerle oluşan mitokondrideki şişme olayında zar permeabilitesi artar.
Şişme olayı üzerindeki araştırmalar , mitokondri hücre içi sıvısının
gerektiğinde mitokondri içine alınıp gerektiğinde geri verilmesi gibi önemli bir diğer fonksiyonunun olduğunu da göstermiştir. Çift zara sahip mitokondride şişme 2 türlü gerçekleşir.Birinci tür şişmede su, K+ ve Na+ her iki zardan da kolayca mitokondriye geçebildiğinden şişme matrikste olur, matriksin yoğunluğu azalırken hacmi değişir. İkinci tip şişmede ise örneğin sakkaroz dış zardan iç zara kıyasla daha çabuk geçtiğinden matriksi sulandırmadan , dış zarla iç zar arasını ya da kristaların içini genişletecektir. Bu bize canlı hücrelerde mitokondrilerin oksidatif fosforilasyon merkezleri oluşları yanında aktif olarak su ve iyonları ilettiklerini de gösterir. Organelin diğer bir fonksiyonu içinde katyon birikiminin olmasıdır.
Şekil 4. Mitokondride görülen şişme tipleri.

İNCE YAPISI ve KRİSTALAR

Mitokondrilerin ince yapısını elektron mikroskobuyla görmek mümkündür. Işık mikroskobunda incelenmeleri için ozmik asit, potasyum bikromat kullanılır. Fuksin asiti ve demir hematoksilin de genellikle kullanılan boyalardır. Organel, dış taraftan her biri 60-80 Aº kalınlığında ve 60-80 Aº aralıkla birbirine paralel iki zarla çevrilidir. Her iki zar da plazma zarı gibi " birim zar" özelliği gösterir, protein, lipid ,protein katlarından yapılıdır. Bununla birlikte plazma zarı ile mitokondri dış ve iç zarları arasında yapı ve fonksiyon bakımından farklar vardır.

PALADE ve SJÖSTRAND'ın elektron mikroskobu çalışmalarıyla organelin ince yapısı incelenmiştir. İçteki zarın mitokondrinin iç boşluğuna uzanan ve genellikle yassı keseler şeklinde olan kompleks katlanmalarına krista adı verilmiştir. Memeli hayvan hücresinde yaprak benzeri veya tüpe benzeyen kristalar varken,bitkilerde cep şeklinde sacculi denen yapılar vardır.
Şekil 5. Bir mitokondri kristasının görünümü. 1. Mitokondrinin dış zarı. 2. Mitokondrinin iç zarı. 3. Krista. 4. Küremsi başlıklı partiküller. 5. Başlıkları iç zara bağlayan silindirik boyun kısmı.

Şekil 6. Mitokondrilerde dış zar, iç zar, krista ve matriks

İç membran sadece belirli bazı moleküller için geçirgendir. (Mol ağırlığı<0.1 kg/mol). Daha çok transport proteini içerir ve proteince zengindir. (%75 protein, %25 lipid). Dış membran gibi kolesterol içermez. İç membranda ve cristada entegre olarak elektron transportu için enzim kompleksleri bulunur.

Son yapılan araştırmalarda, mantarlarda (BRACKER ve GROVE, 1971, eukaryotik hücrelerde, mitokondrilerin dış zarıyla ER zarlarının bağlantı gösterdiği gözlenmiştir. Bazen mitokondrilere bağlı sistemlerin az miktarda ribozom da içerdiği gözlenmiştirBu sistemlerin özel tipte proteinlerinin ER'den mitokondrilere iletimde rol oynadığı düşünülmüştür.

Şekil 7. Karaciğer, böbrek, sinir hücrelerinde krista yapıları.

Dış zarla iç zar ve aynı zamanda kristalar içinde devam eden dış bölmenin zarlar arasındaki kısmına periferal bölge (zarlararası bölge), kristalar içindeki kısmına intrakristal bölge denir. İkinci bölme mitokondri iç zarının çevrelediği kristaların arasında kalan iç bölmedir. Bu kısma mitokondri matriksi denir.

Matriks genelde homojen görünse de bazen çok ince filamentlerden oluşur ve yoğun granüller içerir. Bu granüllerin Ca² ve Mg² iyonlarını bağlayan yerler olduğu düşünülmektedir. Büyük granüller ribozomlardan 2-3 defa büyük olan yuvarlak yapılardır. Granüllerin bir tipi depo kalsiyum iyonlarıdır. Jele benzer sıvı yapıda olan matrikste tuzlar, su, Krebs çemberi (trikarboksilik asit çemberi)nin, sitrat siklüsünün ve yağ asidi oksidasyonun enzimleri bulunur. İç kısımlarda örneğin piruvat, karboksilleşir veya solunumda dekarboksilleşir; burada mitokondrial sentezlerin çoğu olaylanır. Ayrıca matrikste DNA, RNA ve mitokondri ribozomları olan mitoribozomlar bulunur.

Mitokondri ribozomları total olarak 55 S olmak üzere 35 S ve 25 S alt birimlerinden yapılmışlardır. Fibrillerin 30-40 AO çapında olduğu ve çeşitli tekniklerle bunun halkasal bir DNA ipliği olduğu gösterilmiştir. Bazen büyük protein kristalleri, vitellüs granülleri, glikojen taneleri görülmüş olup bunların da depolanabileceği düşünülmüştür.

Mitokondrinin dış zarı ile iç zarı arasında kalan zarlar arası bölgede adenilat kinaz ve nükleosid difosfokinaz enzimleri bulunmuştur. Bu aralıkla mitokondri iç zarının dış zarla yer yer birleştiği bölgelere temas bölgeleri (kontak bölgeleri) adı verilir.
İlk defa FERNANDEZ-MORAN (1962) tarafından geliştirilen negatif boyama yöntemiyle organelin ince yapısında daha ayrıntılı bir yapının varlığı ortaya çıkarılmıştır.Eğer mitokondriler hipotonik bir ortamda şişmeye bırakılır ve sonra fosfotungstata batırılırsa mitokondri iç zarının matrikse bakan yüzünün 8.5 nm çapında ve birer sapla iç zara bağlı partiküllerle kaplı olduğu matrikse bakan yüzünde 10 nm aralıkla düzenli sıralanırlar. Bu yapılara "F1 partikülü, Elementer partikül veya Racker faktörü" adı verilir. Organelde 104-105 kadar elemanter partikül bulunabilir. Bu partiküllerin baş kısımlarının oksidasyon ve fosforilasyonda rolü olan bir ATPaz olduğu bulunmuştur.

Mitokondri fonksiyonu ile ilgili olarak krista sayısı çok değişik olur. Kalp kası, böbrek tübülleri, çizgili kaslarda ve hayvanların uçma kaslarında, oksidatif fosforilasyon olaylarının arttığı durumlarda çok sık dizilmiş kristalara rastlanır.En fazla krista sayısı böceklerin uçma kaslarında bulunur.

Mitokondriler labil yapılı organellerdir. Farklı etmenlerin etkisinde değişikliğe uğrarlar. Zarar gören hücrelerde parçalanarak küçük taneler haline geçerler. İçlerinde yoğun maddeler birikerek daha şişkin hale gelebilirler. Değişiklikler bir sınırı aşınca mitokondriler dejenerasyona uğrarlar. Bundan sonra meydana gelen değişiklikler artık reversibl değildir. Reversibl olmayan değişiklikler üç şekilde gelişir:

1)Ya küçük tanecikler halinde parçalanarak dispersiyon oluştururlar
2)Veya şişerek geniş vakuoller haline gelirler
3)Ya da mitokondrilerin hiyalin granülleri haline dönüşmesiyle şişmiş, geniş, kitlesel birikintiler meydana getirirler.

Böylelikle çoğunlukla hücre ölür. Normal hücrelerde bir tür lisosom (sitolisosom) oluşumuyla mitokondriler dejenerasyona uğrayarak otolize olurlar. Mitokondrilerin bir başka hali de bir araya gelip birleşerek kondriosfer denen daha büyük cisimleri meydana getirmeleridir. Hacim ve şekil değiştirmeleri, kimyasal maddeler ve osmatik basınç değişiklikleriyle sağlanabilir.

MİTOKONDRİAL MEMBRANLAR

Mitokondriyi oluşturan iç ve dış membranlar yapısal ve fonksiyonel açıdan farklıdır. Membranlarda farklı fiksatiflerin ilerleyişleri farklı olduğundan zar kalınlığının tam olarak ölçülmesi mümkün değildir. Elektron mikroskobuyla yapılan ölçümlerde dış membranın 60A°, iç membranın 60-80 A° kalınlıkta olduğu tespit edilmiştir. Matrikse doğru yaptığı katlanmalardan dolayı yüzey alanı dış membrana göre daha fazladır. İç membranın matrikse doğru yaptığı girintiler olan kristalar organelin bir ucundan diğer ucuna paralel olarak ortasından uzanırken bazı hücrelerde ise ağ örgüsü gibi dallanırlar.

Kristalar, yüksek hayvan hücrelerinde ise istisnai olarak köprülere benzerler. Protozoa ve bazı bitki hücrelerinde tüm matriks alanını kaplayan düzenli tüpler şeklndedir. Aerobik aktivitenin derecesine göre sayılarında artma ya da azalma gözlenir. ATP ihtiyacı fazla olan dokularda mitokondride krista sayısı da fazladır. (Şekil 8-9 da farklı şekillerde kristalar.)

Son yıllarda iç ve dış membranların protein ve lipid organizasyonları ile ilgili olarak geniş çalışmalar yapılmıştır. Kimyasal olarak iki membran birbirlerinden ve diğer intraselüler membranlardan farklılık gösterirler. Protein içeriği iç membranda daha yüksektir. İç membrandaki proteinler membrana gömülüdür. Dış membran içtekine göre üç ya da dört kat daha fazla fosfolipid içermektedir. Çok sayıda kolesterol bulunmaktadır.

Şekil 10. Mitokondri iç ve dış zarlarının üç boyutlu görünümü. (Dr. L. Packer ‘den, copyright © New York Academy of Science, Ann .N. Y. Acad. Sci. 227, 167(1974).)

Membranlar dondurulup kırıldıklarında her iki membranında P ve E olmak üzere iki farklı yüzeyden meydana geldiği görülmektedir. Dış membranın ayrılan P yüzeyinin (PF), dış membranın E yüzeyinden (EF) üç kat daha fazla partikül içermektedir. Bundan farklı olarak iç membranın EF yüzeyi, dış membranın PF yüzeyine yakın miktarda partikül içermektedir. (Şekil 10)

Bununla beraber iç membranın PF yüzeyi EF yüzeyinden iki kat daha fazla partikül içermektedir. Buna şaşırmamak lazımdır. Çünkü, değişik enzimatik aktiviteler iç membranın matrical yüzeyinde meydana gelmektedir. İç membranın protein lipid düzenlenmesi (Şekil 11)’de görülmektedir.

Şekil 11. Sjöstrand ve Barajas’ın mitokondrial zar yapı modeli. Bu modelde enzimler ve membranın diğer proteinleri küresel şekilde, yağ tabakasındaki yağ molekülleri de T şeklinde görülmektedir. Membrandaki protein lipid düzenlenmesi incelenmiştir.(Dr. F. Sjöstrand’ dan, copyright © Academic Press. J. Ultr. Research 32, 298 (1970).)

Şekil 12. Mitokondrinin iç zarının elektronmikrografı. ( Dr. B. Chance’den)

İç membranın matrikse bakan kısmında membrana bağlı bulunan, çapları 8.0-9.0 nm arasında olan F1 partikülleri (Şekil 12)de görülmektedir.
Şekil 13. Kristaların enine kesiti . (Dr. F. Sjöstrand’dan, J. Ultr. Research 69, 378 (1979).)

F1 partikülleri, membran boyunca belirli aralıklarla düzenli biçimde dizilmişlerdir. Oksidatif fosforilasyonda rol oynadıklarına inanılmaktadır. Her bir krista içinden dışarıya doğru çıkıntı yapmış iki iç mitokondrial membran yaprağında şekillenmişlerdir. İnce yapılarının F. SJÖSTRAND tarafından dondurma kırma tekniğinin kullanılmasıyla incelenmiş ve iki yaprak arasında çok dar bir alanın bulunduğu ya da hiç boşluğun bulunmadığı görülmüştür. (Şekil 13).

Bunların ayrı ayrı yapıları incelendiğinde matrikse bakan yüzeylerinde yaklaşık 15 nm çapında büyük globüler proteinleri ve küçük lipid moleküllerini içerdikleri görülmektedir.

SJÖSTRAND içeriden çıkıntı yapan krista membran yapraklarının iç membrana bir ya da daha fazla sayıda sap benzeri yapılarla bağlandığını açıklamıştır.
Şekil 14. Mitokondri iç yapısının üç boyutlu görünümü

İç ve dış membranın kimyasal ve yapısal farklılıklarına ilave olarak geçirgenlikleri de farklıdır. Dış membranın geçirgenliği çeşitli maddelere karşı oldukça geniştir. Molekül ağırlığı 5000 olan maddeler dış membrandan geçebilir. İntermembranel alana ulaştıklarında bu maddeler suda çözünürlüklerine ve molekül ağırlıklarına göre izole edilirler. Dış membrana ters olarak iç membranın seçiciliği daha fazladır ve moleküler ağırlığı 100-150 arasında olan maddeler iç membrandan geçebilirler. Membranların arasındaki geçirgenlik farkına bağlı olarak iki membranın birbirinden ayrılması sağlanır. Mitokondri membranlarının izolasyonunda kullanılan temel metod; hücrenin parçalanmasıyla yoğunluk farkından yararlanılarak farklı santrifügasyonlarla izole edilmesidir. Daha sonra organelin hipotonik solusyonlarla şişmesi sağlanır. Bu amaçla genelde sulandırılmış fosfat tamponları kullanılır. Mitokondrinin şişmesiyle dış membran kırılır ve parçalara ayrılır, iç membran şişmeye devam eder, kristaların yapılarında bozulmalar meydana gelirken iç membran kırılmaz. Daha sonra mitokondri hipertonik bir solusyon içine transfer edilir. Hipertonik sıvıyla matriks küçülür, iç membran, dış membrandan tamamen tamamen ayrılır. Solusyonda sukroz, Mg+2 ve ATP bulunmaktadır. İç ve dış membranın birkaç noktadan birbirlerine bağlı oldukları bilinmektedir. EDTA gibi ajanlar kullanılarak membranların ayrılması sağlanır. (Şekil 15) de izolasyon ve santrifugasyon sonucunda elde edilmiş membranlara ait fragmentler görülmektedir.
(a) (b)
(c)
Şekil 15. Sıçan karaciğer dokusundan izole edilmiş mitokondriler.
Taze izole edilmiş tüm mitokondri
Digitonin muamelesinden sonra ayrılan matriks ve iç zar.
Digitonin muamelesinden sonra ayrılan dış zar.
(Dr. C. A. Schnaitman’dan, copyright © The Rockefeller Presss, J. Cell. Biol. 38. 170 (1968).)

**SERDEM** · 03.03.08, 15:07

MİTOKONDRİ ZARLARININ İZOLASYONU

1948 yılında iskelet kası, kalp kası, karaciğer gibi dokulardan elde edilen homojen doku fraksiyonlarından mitokondrilerin % 60-70 protein, % 25-30 kadar lipid içerdikleri, lipidlerin % 80-90 kadarının fosfolipid (lesitin ve sefalin), geri kalanının kolesterol ve diğer lipidler olduğu bildirilmiştir. Lipoprotein bileşiminde olan mitokondrinin yağ boyalarıyla reaksiyon vermemesi lipidlerle proteinlerin birbirlerine sıkıca bağlı olmalarındandır. Bu tür lipidlere örtülü lipid veya maskeli lipid denir.

Dış mitokondri zarı dijitonin veya lubrol gibi deterjanlarla veya veya osmotik etki ile ayrıldığında iç zar ve matriks hiç bozulmadan kalabilir. Mitoplast denilen bu yapıda psödopoda benzer parmak gibi çıkıntılar görülür ve oksidatif fosforilasyon yapabilir.

Dış zar iç zardan daha hafif olup daha fazla lipid içerir. Mitokondri lipid içeriğinin %40 kadarı dış zarda, %20 kadarı iç zardadır. Dış zar iç zardan farklı olarak F1 partikülü içermez. Dış zarda flavoprotein sitokrom b5 ten oluşan NADH-sitokrom-c-redüktaz sistemi ve dış zar için çok özel bir enzim olan monoamin oksidaz ve ayrıca fosfolipid metabolizması ile ilgili enzimler vb. de bulunur.

İç zarda solunum zinciri ve oksidatif fosforilasyon sistemi için gerekli bütün enzimler bulunur. Permeabilite bakımından ; dış zar elektrolitlere, suya,şekerlere ve bazı polisakkaritlere karşı tam geçirgenken, iç zarda normalde Na+ ,K+, Cl- Br- gibi iyonlara ve sakkaroza karşı geçirgen değildir.
Mitokondrinin dış zarla iç zar arasındaki dış bölmesi içinde, adenilat kinaz ve diğer çözünen enzimler bulunur. Matrikste DNA, RNA,Krebs Çemberi’ne ve yağ asitleri oksidasyonuna ait bütün çözünen enzimler, mitokondri ribozomları ve protein sentezine katılan diğer RNAlarla enzimler de bulunmaktadır.

HÜCRE SOLUNUMUNUN MİTOKONDRİDEKİ YAPISAL YERİ

Elektron taşıma sistemi organizmaların mitokondri ve kloroplast zarlarında yer alır.
Glikoliz olayında üç ve iki karbonlu bileşiklerin sitoplazmada teşekkülü reaksiyonlarının tam nerede meydana geldiği bilinmemekle beraber son yıllarda sitoplazma içinde çok zor görülen mikrotrabekülanın protein olduğu ve glikoliz enzimlerinin bağlandığı bir temel yapı teşkil ettiği ileri sürülmektedir. Yakıt moleküllerinin enzimlerle burada karşılaşmalarıyla interaksiyonların meydana geldiği kabul edilmektedir.
TCA devri için gerekli enzimlerden olan süksinat dehidrogenaz iç zarlarda yer alır. TCA’ nın diğer enzimleri ise mitokondri matriksinde erimiş olarak bulunurlar. Oksidasyonda yağ asidinin kullanılması için yağ damlaları mitokondrilere çok yakın bulunurlar ve gerekli yağ asitlerini sağlarlar. Glükoz ve amino asitleri sitoplazmada yer alır.
Solunum zinciri enzimleri solunum toplulukları denilen çok organize molekül toplulukları halinde kristaların integral yapısına girerler. Kristaların yüzeyinde görülen elementer partiküller ATP az dan yapılmıştır. Elektron taşıma zinciri ve oksidatif fosforilasyon enzimleri krista zarına yerleşmiştir.
Şekil 16. Solunum zinciri enzimlerinin krista zarındaki yerleri.

HÜCRE SOLUNUMU

Hücre büyümesi ve çoğalması için gerekli olan yapı blokları ve enerji, yakıt moleküllerinden türevlenirler. Bu moleküller ne olursa olsun, yakıt parçalanmasının ortak son ürünü, iki karbonlu asetatın aktifleşmiş şekli olan Asetil CoA dır. Yakıt parçalanmasının son iki safhasında aerobik solunum olayları ökaryositlerde mitokondriumlarda meydana gelir.

Şekil 17. Glikoliz Metabolik Yolu.

Aerobik solunumun safhaları:

Üç safhada incelenir :Birinci safha sitoplazmada yakıtların parçalandığı safhadır. İkinci safha Krebs Çemberi safhasıdır. Üçüncü safha elektron taşınması ve oksidatif fosforilasyonun gerçekleştiği safhadır.

Aerobik Solunumun Birinci Safhası :

Bu safhada erimeyen yağlar ve proteinler, sırasıyla yağ asitlerine ve amino asitlere parçalanarak sonunda asetil CoA oluşur. Polisakkaritler ise Glikoliz diye bilinen reaksiyonlarda üç karbonlu piruvata parçalanır. (Şekil 17 ). Bu daha sonra mitokondriuma girerek solunumun ikinci safhasına katılır.

Glikoliz safhasında 1 mol glikozdan 8 mol ATP oluşur. Bir mol ATP ise yaklaşık 7 k.kal. lik enerji verir.

İkinci Safha Krebs Çemberi :

Başlangıç ürününe göre sitrik asit çemberi, reaksiyon durumundaki ara durumdaki asitlere göre trikarboksilik asit çemberi de denir.

Glikozun piruvata oksitlenme olayı olan glikolizis, sitosolde meydana gelir. Oksijen bulunduğu zaman piruvat, sitosolde laktat veya etanole doğru ilerlemenin devam edeceği yerde, sitosolden mitokondriumlara girer. Piruvat mitokondriuma girince Asetil CoA’ ya değiştirilir ve bu enerjilenmiş şekliyle molekül Krebs Çemberi’ nin reaksiyonlarıyla CO2 e doğru tamamen oksitlenir. Coenzim A bir enerji taşıyıcısıdır. NAD elektron taşıyıcısıdır, ATP fosforil grup taşınmasında iş görür. Piruvat ökaryosit hücrelerde mitokondriyumların içine girmeye yönlendirildiğinden Krebs Çemberi aerobik şartlarda güçlü şekilde ilerler.

Krebs Çemberinin en önemli görevi, asetatı, iki CO2 ‘e oksitlemek ve onun elektronlarının dört çiftini NAD ve FAD taşıyıcılara geçirmektir. (Üç çifti NAD tarafından, bir çifti de FAD tarafından yakalanır.) Çemberin her bir dönüşünde, çembere bir molekül asetat (asetil CoA olarak) oksalo-asetatın bir molekülüyle birleşip sitrat şekillendirerek girer. Sitrat sonunda dört karbonlu bileşik olan süksinata oksitlenir ve sitrattaki altı karbonun ikisi CO2 olarak açığa çıkarılır. Süksinat oksitlenmiş şekli oksaloasetata değişir ve oksaloasetat yenilendiğinden, bir molekül oksaloasetat sınırsız sayıda asetat moleküllerinin oksitlenmesini sağlar. Krebs Çemberi reaksiyonlarının dördü oksitlenme reaksiyonudur. Bu reaksiyonlardan ikisi daha özel olarak oksidatif dekarboksilasyon olarak isimlendirilir.
(Şekil 18) Hücre Solunumu.

Özet olarak Krebs Çemberi, mitokondriumda geçer. Son ürün olarak CO2 ve su oluşur. Bir piruvattan birisi asetat şekillenirken, diğer ikisi çember sırasında olmak üzere üç CO2 şekillenir. Çemberin beş reaksiyonunda (H) atomları koenzimlerde (NAD veya FAD ) yakalanır ve redüklenmiş olurlar. Redüklenmiş koenzimler (H) leri dört çift elektron arkadan gelen, aerobik solunumun üçüncü safhasına, elektron taşıma zincirleriyle O2 ne taşırlar. Bu safhada doğrudan ATP oluşturulmaz. Dolaylı olarak, çemberde oluşturulan GTP den ATP oluşturulur.

Elektron Taşınması ve Oksidatif Fosforilasyon
Elektronlar, bir dizi elektron taşıyıcısıyla taşınırlar. Elektron taşıyıcılarının çoğu mitokondrium iç zarında yer alan zar içi proteinlerdir. Elektronların bir taşıyıcıdan diğerine taşınması , oksidasyon - redüksiyon reaksiyonlarıyla meydana gelir. Bu nedenle taşıyıcılar redoks çiftler oluştururlar. Bunlar elektron verme ve alma durumlarına göre oksitlenmiş veya redüklenmiş durumda bulunurlar. Elektron taşınmasında bu redoks çiftlerinin asıl elemanları flavin mononükleotid (FMN), Coenzim Q (CoQ) ve heme dir.
Krebs Çemberi’nde redüklenmiş NADH, NADH dehidrogenazla oksitlenir. Bu bir flavoprotein enzimdir ki FMN nin prostetik grubuna sıkıca bağlıdır. Elektronlar dehidrogenaz elemanı FMNH2 den sıvıda eriyen bir quinone türevi olan CoQ ye taşınır. CoQ tarafından yakalanan elektronlar, elektron taşıyıcı zincirin diğer elemanlarına geçirilirler. FADH2 den alınan elektronlar, elektron taşıyıcı zincire doğrudan CoQ ile yakalanarak katılırlar. Bundan sonra elektronlar demir içeren, sitokromlar denilen proteinlerle taşınırlar. Aerobik solunumun elektron taşıyıcı zincirinde beş özel sitokrom olduğu bilinir, bunlar ; sitokrom b, c1, c, a ve a3 dür. Elektron taşınmasının sırası bu listedeki düzende olur. Sitokrom a + a3 sitokom oksidaz enzimini yaparlar. Sitokrom oksidaz enzimi elektron taşıyıcı zincirin son elemanıdır. Sadece sitokrom oksidaz moleküler oksijenle reaksiyona girebilir ve elektronların O2 ne taşınmasıyla yeniden oksitlenir. Özellikle enzimin sitokrom a3 elemanı elektronları doğrudan moleküler oksijene taşır. Sitokromların elektron taşınmasında yapılarında bulunan demirin oksitlenmiş ve redüklenmiş şekle değişimi rol oynar.

Saflaştırılmış iç mitokondrium zar preparasyonlarından dört önemli solunum enzim bileşeni ayırt edilmiştir.

NAD ve FAD den moleküler oksijene dört solunum enzim bileşeninin aktivitesiyle elektron taşınması sırasıyla şöyledir: NADH dan elektronlar, NADH dehidrogenez kompleksiyle yakalanırlar. Bu kompleks elektronlarını CoQ ‘ya verir. CoQ ise elektronları FADH2 den, süksinat dehidrogenaz kompleksinde süksinat dehidrogenazın redüklenmiş koenziminden alır. Elektronlar redüklenmiş CoQ den sitokrom b- c1 kompleksine ordan da sitokrom c ye geçirilir. Sit c elektronlarını sitokrom oksidaz kompleksine ordan da elektronlar moleküler oksijene geçirilir. Redüklenmiş oksijen protonlarla birleştiği zaman su şekillenir. Her bir solunum enzim kompleksi, önemli dehidrogenaz veya sitokrom proteinlerine ek olarak elektron taşıyıcılarını içerir.

Özetle solunumda ham madde olarak oksijen, fosfat ve ADP gerekir. Bunlardan biyolojik oksidasyonun son basamağı olan ve mitokondride yer alan ATP, CO2 ve su oluşur. Solunum sitoplazmada glikolizle başlar. Hücrenin besin deposu olan yağ, protein ve karbonhidratların sitoplazmada basamak basamak yıkılarak piruvata dönüşmesiyle sonlanır. Piruvat mitokondride iki karbonlu bileşik olan asetata parçalanır. Bu kimyasal bileşik koenzim A’ ya bağlanarak asetil Co A yı yapar. Asetil Co A mitokondride Krebs Çemberi ‘ne katılır.
Asetat grupları oksaloasetik asitle reaksiyona girer ve altı karbonlu sitrik asit oluşur. Sitrik asit okside olurken CO2 halinde iki karbon kaybeder ve dört karbonlu süksinik asite dönüşür. Daha sonraki basamakta süksinik asit oksaloasetik asite oksitlenir ve böylece yeni bir siklus başlar. Bu kimyasal reaksiyonlar zincirinde çemberin her dönümünde çembere bir molekül aseta asetat girer, birbirini izleyen zincirleme kimyasal reaksiyonlar ve çeşitli enzimlerin de işe karışmasıyla iki yerde CO2 açığa çıkar ve aynı zamanda devrenin çeşitli basamaklarında dört elektron çifti (dört çift H atomu) ayrılır. Bunlar dehidrogenazlar yardımıyla solunum zincirine(elektron iletim sistemi ) iletilirler. Sonunda moleküler oksijenle birleşip su oluştururlar. Bu su su buharı olarak atılır. Olayın tümüne Hücre Solunumu denir. Elektron çiftlerinin (H+ atomlarının) ayrılışı sırasında açığa çıkan enerjiler ADP ‘den fosfat da kullanılarak ATP yapımında kullanılır.
Solunum zinciri (elektron iletim sistemi) mitokondri içindeki başlıca enerji iletim sistemidir. Fosforilasyon yolu ile solunum zincirinden ATP nin oluşturulması sırasında özel bir ATP az gereklidir ki bunun mitokondri kristalarının matrikse bakan yüzünde bulunan Racker Faktörü (F1 partikülü) ile aynı şey olduğu gösterilmiştir.
Spektrofotometre ile yapılan çalışmalar solunum zincirine ilişkin bütün enzimlerin mitokondri kristaları üzerine düzenli biçimde yerleştiklerini göstermektedir.
Hesaplamalarla, her glukoz için oluşan 10 NADH, 30 ATP sentezini ;2 FADH2, 4 ATP sentezini sağlar. Glikolizisten elde edilen 2 ATP eklendiği zaman ve Krebs Çemberi reaksiyonlarından açığa çıkan GTP den elde edilen 2 ATP eklendiği zaman, hücrede CO2 ve H2O ya tamamen oksitlenmiş herbir glukoz için total 38 ATP elde edilir.

MİTOKONDRİDE DNA

Mitokondride DNA bulunduğu ilk kez doku kültürü hücrelerinde otoradyografi ve Feulgen yöntemleri kullanılarak CHEVREMONT ve arkadaşları (1956- 1957) tarafından, elektron mikroskobu ile de ilk kez NASS ve arkadaşları (1963) tarafından gösterilmiştir. Son zamanlarda bir çok bitki ve hayvan hücresinden izole edilen mitokondri DNA sı da tıpkı nükleus DNA sı gibi çift sarmal yapıdadır. Araştırılan pek çok türde DNA molekülünün uzunluğunun 5 mm olduğu görülmüştür. Mitokondri DNA replikasyonu, transkripsiyon ve protein biyosentezi yapar. Mitokondrideki DNA miktarı hücredekinin ancak % 0.2 si kadardır. Mitokondri iç membranındaki enzimlerin kısmen mitokondrial DNA tarafından şifrelendiği kabul edilir. Bira mayası hücresindeki sitokrom a, a3, b ve c1 ‘ in mitokondrial DNA tarafından belirlendiği kanıtlanabilir. Mitokondri matriksinde 5-10 DNA molekülü bulunur. (mtDNA) hayvan hücresinde küçük olup en çok 2-3 düzine proteini şifreler. Bitki hücresi mtDNAsı oldukça iridir. İnsanın mtDNA sı, r RNA molekülü, 22 farklı t RNA türü ve 13 farklı proteini şifreler. Bunlardan 5 farklı protein saptanabilmiştir.

Şekil 19. Mitokondrial DNA lar

Mitokondri DNA sı nukleus DNA sından pek çok bakımdan farklıdır. Mitokondri DNA sının guanin, sitozin bazları daha fazladır. Bu DNA replikasyon sırasında mitokondri kromozomu gibi davranır ve hücre siklusunda nukleus DNA sından farklı bir zamanda iki misline çıkar.

Sinkronize edilmiş insan doku kültürü hücrelerinde otoradyografi yöntemiyle mitokondri DNA sının G2 fazından sitokineze kadar olan süre içinde sentez edildiği gösterilmiştir. Ayrıca mitokondrilerde nukleusdaki DNA- polimerazdan farklı bir DNA-polimeraz enzimi bulunmuştur.

KALITIMDA MİTOKONDRİNİN ROLÜ

Mitokondrial DNA yapısında, biri ağır (Heavy = guanince zengin) ve biri de hafif (Light =sitozince zengin) olmak üzere iki iplik bulunur. Ağır iplik (H); 12S ve 16S r RNA , 12 polipeptid ve 14 t RNA kodlar. Hafif iplik (L); bir polipeptid ve 8 t RNA kodlar.

Mt DNA ’ nın nüklear DNA’dan genetik kod farklılıkları şunlardır:
Mitokondrilerde UGA kodonu Triptofanı kodlar, nüklear DNA’da bu kodon sınırlandırma kodonu olarak kullanılır.

Mitokondride AUA kodonu izolösin yerine methionini kodlar. Nüklear DNA’da ise methionini AUG kodlar. Bunların her ikisi de başlama kodonu olarak kullanılır.,

Mitokondride sonlandırma kodonları AGA ve AGG kodonları iken, nüklear DNA’da sonlandırma kodonları UAA, UAG ve UGA’ dır.

Son yıllarda mt DNA ile ilgili en çok araştırılan konulardan biri, mt DNA sayesinde binlerce yıl önceki insan göç haritalarının çıkarılmasıdır. 2700 yaşındaki kemiklerden elde edilen mt DNA’ lar günümüz toplumu ile karşılaştırılabilmektedir.

Mt DNA, adli antropologlar tarafından ölülerde kimlik tespiti amacıyla da kullanılır. Materyal olarak diş pulpası tercih edilir. Çünkü dişin, pulpayı kuşatan dış kısmı hem izole bir ortam oluşturur, hem de hidroksiapatit bileşenleri ile DNA’ yı stabilize eder, böylece buradaki mt DNA diğer dokulardakinden daha uzun ömürlüdür.

Mitokondriyumlarda DNA tamir mekanizması yoktur, o nedenle mutasyon hızı nüklear DNA’ dan 10-20 kat daha hızlıdır.

İnsanda mt DNA tipik olarak maternal kalıtım örneği izler, şöyle ki ; annenin mt DNA’ sı tüm çocuklarına aktarılırken babanın ki çok nadir olarak aktarılır. Çünkü ovum mitokondri açısından çok zengindir , sperm ise çok az sayıda mitokondri içerir
.

MİTOKONDRİAL HASTALIKLAR

Mitokondrial genomdaki nokta ya da uzunluk mutasyonları hastalıklara neden olabilir. Bu durumda fenotip ilişkili olduğu gen ya da genlere, mutasyon tipine, mutasyonun bir dokudaki tüm mitokondrileri tutup tutmamasına ya da sadece bir mitokondriyi tutmasına göre değişmektedir. Normal ve mutasyona uğramış mitokondrileri olan heteroplazmi durumu söz konusu olduğunda, tek bir aile içersinde bile çok geniş fenotipik varyasyon ortaya çıkmaktadır. Örneğin miyoklonik epilepsili (MERFF) ailelerin yaklaşık %50 kadarında , lizin geni mitokondrial t RNA’sındaki g344 pozisyonunda A-G nokta mutasyonu bulunmaktadır. Hasta kişiler bu mutasyon için heteroplazmiktir. Bu tür mitokondrilerden küçük bir bölümünü bulunduran kişilerin asemptomatik olabilmelerine karşın, Leigh hastalığında olduğu gibi büyük oranda bulunduran kişilerde ise hipotoni, laktik asidemi, nörolojik dejenerasyon ve bazal gangliada kistik lezyonlar ortaya çıkmaktadır.

Mitokondriler ve dolayısıyla mitokondrial kromozomlar çok büyük oranda anneden alınmaktadır ve o nedenle mitokondriyal hastalıklar karakteristik bir kalıtım kalıbı gösterirler. Bu tür kalıtımda hasta anne hastalığı tüm çocuklarına aktarabilirken, hasta babanın çocuklarında herhangi bir risk söz konusu değildir. Eğer heteroplazmanın bulunmasından dolayı fenotipik farklılık varsa, bu kalıtım kalıbı daha az belirgin olabilir.

Annenin ovum mitokondri DNA’sında olan mutasyonlar çocuklara aktarılarak mt DNA hastalıkları ortaya çıkar. Mt DNA’ daki mutasyonlara bağlı olarak oluşan hastalıklara PARKİNSON, bazı sağırlık tipleri, Pearson’un kemik iliği - pankreas sendromu (Pankreas yetmezliği, kemik iliği ve karaciğer bozukluğu), Wolfram Sendromu , Leigh hastalığı, Retinal dejenerasyon gibi hastalıklar örnek verilebilir.

Şekil 20.Mitokondrilerde yapısal farklılıklar.

MİTOKONDRİ RİBOZOMLARI

Mitoribozomlar, sitoplazmada bulunan ribozomlardan daha küçüktürler. (70S- 55S). Sitoplazmik ribozomlar 80S Ribozom sınıfına girer. İncelenen bütün organizma gruplarında kloroplast ribozomlarının aynı büyüklükte (70S) olmalarına karşın mitokondri ribozomları büyüklük bakımından heterojen yapıdadırlar, büyüklükleri bulundukları organizmaya bağlı olarak değişik olur. Maya, fungus, protist ve yüksek bitkilerin mitoribozomlarının çökme kat sayısı 50S-60S arasında değişmektedir. Memeli hücreleri mitoribozomları 55S dir. Mitoribozomlar da iki alt birimden oluşur. 55S memeli mitoribozomları 35S büyük altbirim ve 25S küçük altbirimden oluşur. Böyle olduğu halde 55S mitoribozomları 70S bakteri ribozomlarından biraz daha büyüktür. Bunun nedeni yapılarındaki proteinlerin sayıca dqha fazla olmasıdır.

MİTOKONDRİDE PROTEİN SENTEZİ

Mitokondrilerde ribozomlar protein sentezlerler. Fakat davranışları sitoplazmadaki ribozomlarınkinden farklıdır. Bazı kimyasal maddeler, örnek olarak kloramfenikol mitokondri ribozomlarının protein sentezlemesini engeller.
Memeli mitokondrileri %5-10 kadar protein sentezini kendileri yaparlar. Diğerleri sitoplazmadan sağlanır ve sitoplazmada çekirdek DNA’ sının kontrolü altında sentezlenir. Matriksin erimiş proteinleri olarak bulunan enzimler ile sitokromlar, sitokrom oksidaz, ATPaz, ATP sentetaz, Krebs Devri enzimleri dışarda sentezlenerek mitokondrilere girerler.

Mitokondri ribozomal RNA larının mitokondri DNA sı tarafından sentezlendiği kabul edilmektedir. Oysa mitokondri ribozomlarının yapısal proteinlerinin pek çoğu nukleus tarafından kodlanıp sitoplazmada sentezlenmektedir. Bunlar organel içinde sentezlenen ribozomalar RNA larla birleşmek ve ribozomu oluşturmak üzere mitokondriye geçerler.

Çeşitli mitokondri enzimlerinin sentezi sitoplazma ile mitokondri tarafından ortaklaşa yapılmaktadır. Örneğin, sitokrom oksidaz yedi peptidinden üçü mitokondri ribozomları üzerinde, diğer dördü sitoplazmadaki serbest polizomlarda sentezlenmektedir. Mitokondri ve kloroplast gibi organellerinin ribozomlarının görevleri hakkında daha araştırılacak çok şey vardır, bununla birlikte her iki organelin de proteinlerinin büyük bir çoğunluğu nukleus tarafından kodlanmaktadır. Bu proteinler nukleus-stoplazma protein sentezleme merkezlerinin ürünüdür, ancak çok küçük bir miktar proteinlerle bazı enzimlerin alt birimleri mitokondri içinde sentezlenebilmektedir.

Her ne kadar organelde nukleustan ayrı olarak DNA, RNA ve ribozomlar varsa da yukarıda anlatılan nedenlerle ve özellikle son birkaç yıl içinde yapılan çalışmalarda mitokondri DNAsının zannedildiği kadar fazla bir iş yapmadığı da gösterildiğinden, bu bilgiler doğrultusunda önceleri olduğu gibi mitokondrileri semiotonom (yarıözerk) hücre organelleri olarak kabul etmek oldukça güç olacaktır. Ancak hemen eklemek yerinde olacaktır ki BRACHET (1985) ve ROBERTIS (1980) gibi otoriteler buna rağmen mitokondri ve kloroplastı semiotonom organeller olarak kabul etmektedirler.

İNTERNETTEN

Konu Bilgileri
	Konu Başlığı Mitokondri	Konudaki Cevap Sayısı 2
	Şuan Bu Konuyu Görüntüleyenler	Görüntülenme Sayısı 1581

03.03.08, 15:06	#2 (permalink)
Kullanıcı Profili SERDEM S.Moderators Kullanıcı Bilgileri Üyelik tarihi: Mar 2008 Mesajlar: 7.687 Konular: 6910 Puan Grafiği Rep Puanı:11076 Rep Gücü:20 RD: Teşekkür Ettiği Teşekkür: 47 464 Mesajına 935 Kere Teşekkür Edlidi :	ŞİŞME OLAYI Oksidatif fosforilasyon önlendiğinde hacimlerinin 3- 5 katına kadar şişen mitokondriler solunumun normale döndürülmesi ya da ATP katılması durumunda eski hacimlerine dönerler. Tiroksin hormonu, fosfat ve Ca+2 gibi çeşitli etkenlerle oluşan mitokondrideki şişme olayında zar permeabilitesi artar. Şişme olayı üzerindeki araştırmalar , mitokondri hücre içi sıvısının gerektiğinde mitokondri içine alınıp gerektiğinde geri verilmesi gibi önemli bir diğer fonksiyonunun olduğunu da göstermiştir. Çift zara sahip mitokondride şişme 2 türlü gerçekleşir.Birinci tür şişmede su, K+ ve Na+ her iki zardan da kolayca mitokondriye geçebildiğinden şişme matrikste olur, matriksin yoğunluğu azalırken hacmi değişir. İkinci tip şişmede ise örneğin sakkaroz dış zardan iç zara kıyasla daha çabuk geçtiğinden matriksi sulandırmadan , dış zarla iç zar arasını ya da kristaların içini genişletecektir. Bu bize canlı hücrelerde mitokondrilerin oksidatif fosforilasyon merkezleri oluşları yanında aktif olarak su ve iyonları ilettiklerini de gösterir. Organelin diğer bir fonksiyonu içinde katyon birikiminin olmasıdır. Şekil 4. Mitokondride görülen şişme tipleri. İNCE YAPISI ve KRİSTALAR Mitokondrilerin ince yapısını elektron mikroskobuyla görmek mümkündür. Işık mikroskobunda incelenmeleri için ozmik asit, potasyum bikromat kullanılır. Fuksin asiti ve demir hematoksilin de genellikle kullanılan boyalardır. Organel, dış taraftan her biri 60-80 Aº kalınlığında ve 60-80 Aº aralıkla birbirine paralel iki zarla çevrilidir. Her iki zar da plazma zarı gibi " birim zar" özelliği gösterir, protein, lipid ,protein katlarından yapılıdır. Bununla birlikte plazma zarı ile mitokondri dış ve iç zarları arasında yapı ve fonksiyon bakımından farklar vardır. PALADE ve SJÖSTRAND'ın elektron mikroskobu çalışmalarıyla organelin ince yapısı incelenmiştir. İçteki zarın mitokondrinin iç boşluğuna uzanan ve genellikle yassı keseler şeklinde olan kompleks katlanmalarına krista adı verilmiştir. Memeli hayvan hücresinde yaprak benzeri veya tüpe benzeyen kristalar varken,bitkilerde cep şeklinde sacculi denen yapılar vardır. Şekil 5. Bir mitokondri kristasının görünümü. 1. Mitokondrinin dış zarı. 2. Mitokondrinin iç zarı. 3. Krista. 4. Küremsi başlıklı partiküller. 5. Başlıkları iç zara bağlayan silindirik boyun kısmı. Şekil 6. Mitokondrilerde dış zar, iç zar, krista ve matriks İç membran sadece belirli bazı moleküller için geçirgendir. (Mol ağırlığı<0.1 kg/mol). Daha çok transport proteini içerir ve proteince zengindir. (%75 protein, %25 lipid). Dış membran gibi kolesterol içermez. İç membranda ve cristada entegre olarak elektron transportu için enzim kompleksleri bulunur. Son yapılan araştırmalarda, mantarlarda (BRACKER ve GROVE, 1971, eukaryotik hücrelerde, mitokondrilerin dış zarıyla ER zarlarının bağlantı gösterdiği gözlenmiştir. Bazen mitokondrilere bağlı sistemlerin az miktarda ribozom da içerdiği gözlenmiştirBu sistemlerin özel tipte proteinlerinin ER'den mitokondrilere iletimde rol oynadığı düşünülmüştür. Şekil 7. Karaciğer, böbrek, sinir hücrelerinde krista yapıları. Dış zarla iç zar ve aynı zamanda kristalar içinde devam eden dış bölmenin zarlar arasındaki kısmına periferal bölge (zarlararası bölge), kristalar içindeki kısmına intrakristal bölge denir. İkinci bölme mitokondri iç zarının çevrelediği kristaların arasında kalan iç bölmedir. Bu kısma mitokondri matriksi denir. Matriks genelde homojen görünse de bazen çok ince filamentlerden oluşur ve yoğun granüller içerir. Bu granüllerin Ca² ve Mg² iyonlarını bağlayan yerler olduğu düşünülmektedir. Büyük granüller ribozomlardan 2-3 defa büyük olan yuvarlak yapılardır. Granüllerin bir tipi depo kalsiyum iyonlarıdır. Jele benzer sıvı yapıda olan matrikste tuzlar, su, Krebs çemberi (trikarboksilik asit çemberi)nin, sitrat siklüsünün ve yağ asidi oksidasyonun enzimleri bulunur. İç kısımlarda örneğin piruvat, karboksilleşir veya solunumda dekarboksilleşir; burada mitokondrial sentezlerin çoğu olaylanır. Ayrıca matrikste DNA, RNA ve mitokondri ribozomları olan mitoribozomlar bulunur. Mitokondri ribozomları total olarak 55 S olmak üzere 35 S ve 25 S alt birimlerinden yapılmışlardır. Fibrillerin 30-40 AO çapında olduğu ve çeşitli tekniklerle bunun halkasal bir DNA ipliği olduğu gösterilmiştir. Bazen büyük protein kristalleri, vitellüs granülleri, glikojen taneleri görülmüş olup bunların da depolanabileceği düşünülmüştür. Mitokondrinin dış zarı ile iç zarı arasında kalan zarlar arası bölgede adenilat kinaz ve nükleosid difosfokinaz enzimleri bulunmuştur. Bu aralıkla mitokondri iç zarının dış zarla yer yer birleştiği bölgelere temas bölgeleri (kontak bölgeleri) adı verilir. İlk defa FERNANDEZ-MORAN (1962) tarafından geliştirilen negatif boyama yöntemiyle organelin ince yapısında daha ayrıntılı bir yapının varlığı ortaya çıkarılmıştır.Eğer mitokondriler hipotonik bir ortamda şişmeye bırakılır ve sonra fosfotungstata batırılırsa mitokondri iç zarının matrikse bakan yüzünün 8.5 nm çapında ve birer sapla iç zara bağlı partiküllerle kaplı olduğu matrikse bakan yüzünde 10 nm aralıkla düzenli sıralanırlar. Bu yapılara "F1 partikülü, Elementer partikül veya Racker faktörü" adı verilir. Organelde 104-105 kadar elemanter partikül bulunabilir. Bu partiküllerin baş kısımlarının oksidasyon ve fosforilasyonda rolü olan bir ATPaz olduğu bulunmuştur. Mitokondri fonksiyonu ile ilgili olarak krista sayısı çok değişik olur. Kalp kası, böbrek tübülleri, çizgili kaslarda ve hayvanların uçma kaslarında, oksidatif fosforilasyon olaylarının arttığı durumlarda çok sık dizilmiş kristalara rastlanır.En fazla krista sayısı böceklerin uçma kaslarında bulunur. Mitokondriler labil yapılı organellerdir. Farklı etmenlerin etkisinde değişikliğe uğrarlar. Zarar gören hücrelerde parçalanarak küçük taneler haline geçerler. İçlerinde yoğun maddeler birikerek daha şişkin hale gelebilirler. Değişiklikler bir sınırı aşınca mitokondriler dejenerasyona uğrarlar. Bundan sonra meydana gelen değişiklikler artık reversibl değildir. Reversibl olmayan değişiklikler üç şekilde gelişir: 1)Ya küçük tanecikler halinde parçalanarak dispersiyon oluştururlar 2)Veya şişerek geniş vakuoller haline gelirler 3)Ya da mitokondrilerin hiyalin granülleri haline dönüşmesiyle şişmiş, geniş, kitlesel birikintiler meydana getirirler. Böylelikle çoğunlukla hücre ölür. Normal hücrelerde bir tür lisosom (sitolisosom) oluşumuyla mitokondriler dejenerasyona uğrayarak otolize olurlar. Mitokondrilerin bir başka hali de bir araya gelip birleşerek kondriosfer denen daha büyük cisimleri meydana getirmeleridir. Hacim ve şekil değiştirmeleri, kimyasal maddeler ve osmatik basınç değişiklikleriyle sağlanabilir. MİTOKONDRİAL MEMBRANLAR Mitokondriyi oluşturan iç ve dış membranlar yapısal ve fonksiyonel açıdan farklıdır. Membranlarda farklı fiksatiflerin ilerleyişleri farklı olduğundan zar kalınlığının tam olarak ölçülmesi mümkün değildir. Elektron mikroskobuyla yapılan ölçümlerde dış membranın 60A°, iç membranın 60-80 A° kalınlıkta olduğu tespit edilmiştir. Matrikse doğru yaptığı katlanmalardan dolayı yüzey alanı dış membrana göre daha fazladır. İç membranın matrikse doğru yaptığı girintiler olan kristalar organelin bir ucundan diğer ucuna paralel olarak ortasından uzanırken bazı hücrelerde ise ağ örgüsü gibi dallanırlar. Kristalar, yüksek hayvan hücrelerinde ise istisnai olarak köprülere benzerler. Protozoa ve bazı bitki hücrelerinde tüm matriks alanını kaplayan düzenli tüpler şeklndedir. Aerobik aktivitenin derecesine göre sayılarında artma ya da azalma gözlenir. ATP ihtiyacı fazla olan dokularda mitokondride krista sayısı da fazladır. (Şekil 8-9 da farklı şekillerde kristalar.) Son yıllarda iç ve dış membranların protein ve lipid organizasyonları ile ilgili olarak geniş çalışmalar yapılmıştır. Kimyasal olarak iki membran birbirlerinden ve diğer intraselüler membranlardan farklılık gösterirler. Protein içeriği iç membranda daha yüksektir. İç membrandaki proteinler membrana gömülüdür. Dış membran içtekine göre üç ya da dört kat daha fazla fosfolipid içermektedir. Çok sayıda kolesterol bulunmaktadır. Şekil 10. Mitokondri iç ve dış zarlarının üç boyutlu görünümü. (Dr. L. Packer ‘den, copyright © New York Academy of Science, Ann .N. Y. Acad. Sci. 227, 167(1974).) Membranlar dondurulup kırıldıklarında her iki membranında P ve E olmak üzere iki farklı yüzeyden meydana geldiği görülmektedir. Dış membranın ayrılan P yüzeyinin (PF), dış membranın E yüzeyinden (EF) üç kat daha fazla partikül içermektedir. Bundan farklı olarak iç membranın EF yüzeyi, dış membranın PF yüzeyine yakın miktarda partikül içermektedir. (Şekil 10) Bununla beraber iç membranın PF yüzeyi EF yüzeyinden iki kat daha fazla partikül içermektedir. Buna şaşırmamak lazımdır. Çünkü, değişik enzimatik aktiviteler iç membranın matrical yüzeyinde meydana gelmektedir. İç membranın protein lipid düzenlenmesi (Şekil 11)’de görülmektedir. Şekil 11. Sjöstrand ve Barajas’ın mitokondrial zar yapı modeli. Bu modelde enzimler ve membranın diğer proteinleri küresel şekilde, yağ tabakasındaki yağ molekülleri de T şeklinde görülmektedir. Membrandaki protein lipid düzenlenmesi incelenmiştir.(Dr. F. Sjöstrand’ dan, copyright © Academic Press. J. Ultr. Research 32, 298 (1970).) Şekil 12. Mitokondrinin iç zarının elektronmikrografı. ( Dr. B. Chance’den) İç membranın matrikse bakan kısmında membrana bağlı bulunan, çapları 8.0-9.0 nm arasında olan F1 partikülleri (Şekil 12)de görülmektedir. Şekil 13. Kristaların enine kesiti . (Dr. F. Sjöstrand’dan, J. Ultr. Research 69, 378 (1979).) F1 partikülleri, membran boyunca belirli aralıklarla düzenli biçimde dizilmişlerdir. Oksidatif fosforilasyonda rol oynadıklarına inanılmaktadır. Her bir krista içinden dışarıya doğru çıkıntı yapmış iki iç mitokondrial membran yaprağında şekillenmişlerdir. İnce yapılarının F. SJÖSTRAND tarafından dondurma kırma tekniğinin kullanılmasıyla incelenmiş ve iki yaprak arasında çok dar bir alanın bulunduğu ya da hiç boşluğun bulunmadığı görülmüştür. (Şekil 13). Bunların ayrı ayrı yapıları incelendiğinde matrikse bakan yüzeylerinde yaklaşık 15 nm çapında büyük globüler proteinleri ve küçük lipid moleküllerini içerdikleri görülmektedir. SJÖSTRAND içeriden çıkıntı yapan krista membran yapraklarının iç membrana bir ya da daha fazla sayıda sap benzeri yapılarla bağlandığını açıklamıştır. Şekil 14. Mitokondri iç yapısının üç boyutlu görünümü İç ve dış membranın kimyasal ve yapısal farklılıklarına ilave olarak geçirgenlikleri de farklıdır. Dış membranın geçirgenliği çeşitli maddelere karşı oldukça geniştir. Molekül ağırlığı 5000 olan maddeler dış membrandan geçebilir. İntermembranel alana ulaştıklarında bu maddeler suda çözünürlüklerine ve molekül ağırlıklarına göre izole edilirler. Dış membrana ters olarak iç membranın seçiciliği daha fazladır ve moleküler ağırlığı 100-150 arasında olan maddeler iç membrandan geçebilirler. Membranların arasındaki geçirgenlik farkına bağlı olarak iki membranın birbirinden ayrılması sağlanır. Mitokondri membranlarının izolasyonunda kullanılan temel metod; hücrenin parçalanmasıyla yoğunluk farkından yararlanılarak farklı santrifügasyonlarla izole edilmesidir. Daha sonra organelin hipotonik solusyonlarla şişmesi sağlanır. Bu amaçla genelde sulandırılmış fosfat tamponları kullanılır. Mitokondrinin şişmesiyle dış membran kırılır ve parçalara ayrılır, iç membran şişmeye devam eder, kristaların yapılarında bozulmalar meydana gelirken iç membran kırılmaz. Daha sonra mitokondri hipertonik bir solusyon içine transfer edilir. Hipertonik sıvıyla matriks küçülür, iç membran, dış membrandan tamamen tamamen ayrılır. Solusyonda sukroz, Mg+2 ve ATP bulunmaktadır. İç ve dış membranın birkaç noktadan birbirlerine bağlı oldukları bilinmektedir. EDTA gibi ajanlar kullanılarak membranların ayrılması sağlanır. (Şekil 15) de izolasyon ve santrifugasyon sonucunda elde edilmiş membranlara ait fragmentler görülmektedir. (a) (b) (c) Şekil 15. Sıçan karaciğer dokusundan izole edilmiş mitokondriler. Taze izole edilmiş tüm mitokondri Digitonin muamelesinden sonra ayrılan matriks ve iç zar. Digitonin muamelesinden sonra ayrılan dış zar. (Dr. C. A. Schnaitman’dan, copyright © The Rockefeller Presss, J. Cell. Biol. 38. 170 (1968).) --------------Tualimforum İmzam-------------- Aksini Belirtmediğim Takdirde Yazdığım Konular ALINTIDIR Liseler - Anadolu Liseleri - Fen Liseleri Anaokulu - İlköğretim Sınav Soruları ve Ders Notları

03.03.08, 15:07	#3 (permalink)
Kullanıcı Profili SERDEM S.Moderators Kullanıcı Bilgileri Üyelik tarihi: Mar 2008 Mesajlar: 7.687 Konular: 6910 Puan Grafiği Rep Puanı:11076 Rep Gücü:20 RD: Teşekkür Ettiği Teşekkür: 47 464 Mesajına 935 Kere Teşekkür Edlidi :	MİTOKONDRİ ZARLARININ İZOLASYONU 1948 yılında iskelet kası, kalp kası, karaciğer gibi dokulardan elde edilen homojen doku fraksiyonlarından mitokondrilerin % 60-70 protein, % 25-30 kadar lipid içerdikleri, lipidlerin % 80-90 kadarının fosfolipid (lesitin ve sefalin), geri kalanının kolesterol ve diğer lipidler olduğu bildirilmiştir. Lipoprotein bileşiminde olan mitokondrinin yağ boyalarıyla reaksiyon vermemesi lipidlerle proteinlerin birbirlerine sıkıca bağlı olmalarındandır. Bu tür lipidlere örtülü lipid veya maskeli lipid denir. Dış mitokondri zarı dijitonin veya lubrol gibi deterjanlarla veya veya osmotik etki ile ayrıldığında iç zar ve matriks hiç bozulmadan kalabilir. Mitoplast denilen bu yapıda psödopoda benzer parmak gibi çıkıntılar görülür ve oksidatif fosforilasyon yapabilir. Dış zar iç zardan daha hafif olup daha fazla lipid içerir. Mitokondri lipid içeriğinin %40 kadarı dış zarda, %20 kadarı iç zardadır. Dış zar iç zardan farklı olarak F1 partikülü içermez. Dış zarda flavoprotein sitokrom b5 ten oluşan NADH-sitokrom-c-redüktaz sistemi ve dış zar için çok özel bir enzim olan monoamin oksidaz ve ayrıca fosfolipid metabolizması ile ilgili enzimler vb. de bulunur. İç zarda solunum zinciri ve oksidatif fosforilasyon sistemi için gerekli bütün enzimler bulunur. Permeabilite bakımından ; dış zar elektrolitlere, suya,şekerlere ve bazı polisakkaritlere karşı tam geçirgenken, iç zarda normalde Na+ ,K+, Cl- Br- gibi iyonlara ve sakkaroza karşı geçirgen değildir. Mitokondrinin dış zarla iç zar arasındaki dış bölmesi içinde, adenilat kinaz ve diğer çözünen enzimler bulunur. Matrikste DNA, RNA,Krebs Çemberi’ne ve yağ asitleri oksidasyonuna ait bütün çözünen enzimler, mitokondri ribozomları ve protein sentezine katılan diğer RNAlarla enzimler de bulunmaktadır. HÜCRE SOLUNUMUNUN MİTOKONDRİDEKİ YAPISAL YERİ Elektron taşıma sistemi organizmaların mitokondri ve kloroplast zarlarında yer alır. Glikoliz olayında üç ve iki karbonlu bileşiklerin sitoplazmada teşekkülü reaksiyonlarının tam nerede meydana geldiği bilinmemekle beraber son yıllarda sitoplazma içinde çok zor görülen mikrotrabekülanın protein olduğu ve glikoliz enzimlerinin bağlandığı bir temel yapı teşkil ettiği ileri sürülmektedir. Yakıt moleküllerinin enzimlerle burada karşılaşmalarıyla interaksiyonların meydana geldiği kabul edilmektedir. TCA devri için gerekli enzimlerden olan süksinat dehidrogenaz iç zarlarda yer alır. TCA’ nın diğer enzimleri ise mitokondri matriksinde erimiş olarak bulunurlar. Oksidasyonda yağ asidinin kullanılması için yağ damlaları mitokondrilere çok yakın bulunurlar ve gerekli yağ asitlerini sağlarlar. Glükoz ve amino asitleri sitoplazmada yer alır. Solunum zinciri enzimleri solunum toplulukları denilen çok organize molekül toplulukları halinde kristaların integral yapısına girerler. Kristaların yüzeyinde görülen elementer partiküller ATP az dan yapılmıştır. Elektron taşıma zinciri ve oksidatif fosforilasyon enzimleri krista zarına yerleşmiştir. Şekil 16. Solunum zinciri enzimlerinin krista zarındaki yerleri. HÜCRE SOLUNUMU Hücre büyümesi ve çoğalması için gerekli olan yapı blokları ve enerji, yakıt moleküllerinden türevlenirler. Bu moleküller ne olursa olsun, yakıt parçalanmasının ortak son ürünü, iki karbonlu asetatın aktifleşmiş şekli olan Asetil CoA dır. Yakıt parçalanmasının son iki safhasında aerobik solunum olayları ökaryositlerde mitokondriumlarda meydana gelir. Şekil 17. Glikoliz Metabolik Yolu. Aerobik solunumun safhaları: Üç safhada incelenir :Birinci safha sitoplazmada yakıtların parçalandığı safhadır. İkinci safha Krebs Çemberi safhasıdır. Üçüncü safha elektron taşınması ve oksidatif fosforilasyonun gerçekleştiği safhadır. Aerobik Solunumun Birinci Safhası : Bu safhada erimeyen yağlar ve proteinler, sırasıyla yağ asitlerine ve amino asitlere parçalanarak sonunda asetil CoA oluşur. Polisakkaritler ise Glikoliz diye bilinen reaksiyonlarda üç karbonlu piruvata parçalanır. (Şekil 17 ). Bu daha sonra mitokondriuma girerek solunumun ikinci safhasına katılır. Glikoliz safhasında 1 mol glikozdan 8 mol ATP oluşur. Bir mol ATP ise yaklaşık 7 k.kal. lik enerji verir. İkinci Safha Krebs Çemberi : Başlangıç ürününe göre sitrik asit çemberi, reaksiyon durumundaki ara durumdaki asitlere göre trikarboksilik asit çemberi de denir. Glikozun piruvata oksitlenme olayı olan glikolizis, sitosolde meydana gelir. Oksijen bulunduğu zaman piruvat, sitosolde laktat veya etanole doğru ilerlemenin devam edeceği yerde, sitosolden mitokondriumlara girer. Piruvat mitokondriuma girince Asetil CoA’ ya değiştirilir ve bu enerjilenmiş şekliyle molekül Krebs Çemberi’ nin reaksiyonlarıyla CO2 e doğru tamamen oksitlenir. Coenzim A bir enerji taşıyıcısıdır. NAD elektron taşıyıcısıdır, ATP fosforil grup taşınmasında iş görür. Piruvat ökaryosit hücrelerde mitokondriyumların içine girmeye yönlendirildiğinden Krebs Çemberi aerobik şartlarda güçlü şekilde ilerler. Krebs Çemberinin en önemli görevi, asetatı, iki CO2 ‘e oksitlemek ve onun elektronlarının dört çiftini NAD ve FAD taşıyıcılara geçirmektir. (Üç çifti NAD tarafından, bir çifti de FAD tarafından yakalanır.) Çemberin her bir dönüşünde, çembere bir molekül asetat (asetil CoA olarak) oksalo-asetatın bir molekülüyle birleşip sitrat şekillendirerek girer. Sitrat sonunda dört karbonlu bileşik olan süksinata oksitlenir ve sitrattaki altı karbonun ikisi CO2 olarak açığa çıkarılır. Süksinat oksitlenmiş şekli oksaloasetata değişir ve oksaloasetat yenilendiğinden, bir molekül oksaloasetat sınırsız sayıda asetat moleküllerinin oksitlenmesini sağlar. Krebs Çemberi reaksiyonlarının dördü oksitlenme reaksiyonudur. Bu reaksiyonlardan ikisi daha özel olarak oksidatif dekarboksilasyon olarak isimlendirilir. (Şekil 18) Hücre Solunumu. Özet olarak Krebs Çemberi, mitokondriumda geçer. Son ürün olarak CO2 ve su oluşur. Bir piruvattan birisi asetat şekillenirken, diğer ikisi çember sırasında olmak üzere üç CO2 şekillenir. Çemberin beş reaksiyonunda (H) atomları koenzimlerde (NAD veya FAD ) yakalanır ve redüklenmiş olurlar. Redüklenmiş koenzimler (H) leri dört çift elektron arkadan gelen, aerobik solunumun üçüncü safhasına, elektron taşıma zincirleriyle O2 ne taşırlar. Bu safhada doğrudan ATP oluşturulmaz. Dolaylı olarak, çemberde oluşturulan GTP den ATP oluşturulur. Elektron Taşınması ve Oksidatif Fosforilasyon Elektronlar, bir dizi elektron taşıyıcısıyla taşınırlar. Elektron taşıyıcılarının çoğu mitokondrium iç zarında yer alan zar içi proteinlerdir. Elektronların bir taşıyıcıdan diğerine taşınması , oksidasyon - redüksiyon reaksiyonlarıyla meydana gelir. Bu nedenle taşıyıcılar redoks çiftler oluştururlar. Bunlar elektron verme ve alma durumlarına göre oksitlenmiş veya redüklenmiş durumda bulunurlar. Elektron taşınmasında bu redoks çiftlerinin asıl elemanları flavin mononükleotid (FMN), Coenzim Q (CoQ) ve heme dir. Krebs Çemberi’nde redüklenmiş NADH, NADH dehidrogenazla oksitlenir. Bu bir flavoprotein enzimdir ki FMN nin prostetik grubuna sıkıca bağlıdır. Elektronlar dehidrogenaz elemanı FMNH2 den sıvıda eriyen bir quinone türevi olan CoQ ye taşınır. CoQ tarafından yakalanan elektronlar, elektron taşıyıcı zincirin diğer elemanlarına geçirilirler. FADH2 den alınan elektronlar, elektron taşıyıcı zincire doğrudan CoQ ile yakalanarak katılırlar. Bundan sonra elektronlar demir içeren, sitokromlar denilen proteinlerle taşınırlar. Aerobik solunumun elektron taşıyıcı zincirinde beş özel sitokrom olduğu bilinir, bunlar ; sitokrom b, c1, c, a ve a3 dür. Elektron taşınmasının sırası bu listedeki düzende olur. Sitokrom a + a3 sitokom oksidaz enzimini yaparlar. Sitokrom oksidaz enzimi elektron taşıyıcı zincirin son elemanıdır. Sadece sitokrom oksidaz moleküler oksijenle reaksiyona girebilir ve elektronların O2 ne taşınmasıyla yeniden oksitlenir. Özellikle enzimin sitokrom a3 elemanı elektronları doğrudan moleküler oksijene taşır. Sitokromların elektron taşınmasında yapılarında bulunan demirin oksitlenmiş ve redüklenmiş şekle değişimi rol oynar. Saflaştırılmış iç mitokondrium zar preparasyonlarından dört önemli solunum enzim bileşeni ayırt edilmiştir. NAD ve FAD den moleküler oksijene dört solunum enzim bileşeninin aktivitesiyle elektron taşınması sırasıyla şöyledir: NADH dan elektronlar, NADH dehidrogenez kompleksiyle yakalanırlar. Bu kompleks elektronlarını CoQ ‘ya verir. CoQ ise elektronları FADH2 den, süksinat dehidrogenaz kompleksinde süksinat dehidrogenazın redüklenmiş koenziminden alır. Elektronlar redüklenmiş CoQ den sitokrom b- c1 kompleksine ordan da sitokrom c ye geçirilir. Sit c elektronlarını sitokrom oksidaz kompleksine ordan da elektronlar moleküler oksijene geçirilir. Redüklenmiş oksijen protonlarla birleştiği zaman su şekillenir. Her bir solunum enzim kompleksi, önemli dehidrogenaz veya sitokrom proteinlerine ek olarak elektron taşıyıcılarını içerir. Özetle solunumda ham madde olarak oksijen, fosfat ve ADP gerekir. Bunlardan biyolojik oksidasyonun son basamağı olan ve mitokondride yer alan ATP, CO2 ve su oluşur. Solunum sitoplazmada glikolizle başlar. Hücrenin besin deposu olan yağ, protein ve karbonhidratların sitoplazmada basamak basamak yıkılarak piruvata dönüşmesiyle sonlanır. Piruvat mitokondride iki karbonlu bileşik olan asetata parçalanır. Bu kimyasal bileşik koenzim A’ ya bağlanarak asetil Co A yı yapar. Asetil Co A mitokondride Krebs Çemberi ‘ne katılır. Asetat grupları oksaloasetik asitle reaksiyona girer ve altı karbonlu sitrik asit oluşur. Sitrik asit okside olurken CO2 halinde iki karbon kaybeder ve dört karbonlu süksinik asite dönüşür. Daha sonraki basamakta süksinik asit oksaloasetik asite oksitlenir ve böylece yeni bir siklus başlar. Bu kimyasal reaksiyonlar zincirinde çemberin her dönümünde çembere bir molekül aseta asetat girer, birbirini izleyen zincirleme kimyasal reaksiyonlar ve çeşitli enzimlerin de işe karışmasıyla iki yerde CO2 açığa çıkar ve aynı zamanda devrenin çeşitli basamaklarında dört elektron çifti (dört çift H atomu) ayrılır. Bunlar dehidrogenazlar yardımıyla solunum zincirine(elektron iletim sistemi ) iletilirler. Sonunda moleküler oksijenle birleşip su oluştururlar. Bu su su buharı olarak atılır. Olayın tümüne Hücre Solunumu denir. Elektron çiftlerinin (H+ atomlarının) ayrılışı sırasında açığa çıkan enerjiler ADP ‘den fosfat da kullanılarak ATP yapımında kullanılır. Solunum zinciri (elektron iletim sistemi) mitokondri içindeki başlıca enerji iletim sistemidir. Fosforilasyon yolu ile solunum zincirinden ATP nin oluşturulması sırasında özel bir ATP az gereklidir ki bunun mitokondri kristalarının matrikse bakan yüzünde bulunan Racker Faktörü (F1 partikülü) ile aynı şey olduğu gösterilmiştir. Spektrofotometre ile yapılan çalışmalar solunum zincirine ilişkin bütün enzimlerin mitokondri kristaları üzerine düzenli biçimde yerleştiklerini göstermektedir. Hesaplamalarla, her glukoz için oluşan 10 NADH, 30 ATP sentezini ;2 FADH2, 4 ATP sentezini sağlar. Glikolizisten elde edilen 2 ATP eklendiği zaman ve Krebs Çemberi reaksiyonlarından açığa çıkan GTP den elde edilen 2 ATP eklendiği zaman, hücrede CO2 ve H2O ya tamamen oksitlenmiş herbir glukoz için total 38 ATP elde edilir. MİTOKONDRİDE DNA Mitokondride DNA bulunduğu ilk kez doku kültürü hücrelerinde otoradyografi ve Feulgen yöntemleri kullanılarak CHEVREMONT ve arkadaşları (1956- 1957) tarafından, elektron mikroskobu ile de ilk kez NASS ve arkadaşları (1963) tarafından gösterilmiştir. Son zamanlarda bir çok bitki ve hayvan hücresinden izole edilen mitokondri DNA sı da tıpkı nükleus DNA sı gibi çift sarmal yapıdadır. Araştırılan pek çok türde DNA molekülünün uzunluğunun 5 mm olduğu görülmüştür. Mitokondri DNA replikasyonu, transkripsiyon ve protein biyosentezi yapar. Mitokondrideki DNA miktarı hücredekinin ancak % 0.2 si kadardır. Mitokondri iç membranındaki enzimlerin kısmen mitokondrial DNA tarafından şifrelendiği kabul edilir. Bira mayası hücresindeki sitokrom a, a3, b ve c1 ‘ in mitokondrial DNA tarafından belirlendiği kanıtlanabilir. Mitokondri matriksinde 5-10 DNA molekülü bulunur. (mtDNA) hayvan hücresinde küçük olup en çok 2-3 düzine proteini şifreler. Bitki hücresi mtDNAsı oldukça iridir. İnsanın mtDNA sı, r RNA molekülü, 22 farklı t RNA türü ve 13 farklı proteini şifreler. Bunlardan 5 farklı protein saptanabilmiştir. Şekil 19. Mitokondrial DNA lar Mitokondri DNA sı nukleus DNA sından pek çok bakımdan farklıdır. Mitokondri DNA sının guanin, sitozin bazları daha fazladır. Bu DNA replikasyon sırasında mitokondri kromozomu gibi davranır ve hücre siklusunda nukleus DNA sından farklı bir zamanda iki misline çıkar. Sinkronize edilmiş insan doku kültürü hücrelerinde otoradyografi yöntemiyle mitokondri DNA sının G2 fazından sitokineze kadar olan süre içinde sentez edildiği gösterilmiştir. Ayrıca mitokondrilerde nukleusdaki DNA- polimerazdan farklı bir DNA-polimeraz enzimi bulunmuştur. KALITIMDA MİTOKONDRİNİN ROLÜ Mitokondrial DNA yapısında, biri ağır (Heavy = guanince zengin) ve biri de hafif (Light =sitozince zengin) olmak üzere iki iplik bulunur. Ağır iplik (H); 12S ve 16S r RNA , 12 polipeptid ve 14 t RNA kodlar. Hafif iplik (L); bir polipeptid ve 8 t RNA kodlar. Mt DNA ’ nın nüklear DNA’dan genetik kod farklılıkları şunlardır: Mitokondrilerde UGA kodonu Triptofanı kodlar, nüklear DNA’da bu kodon sınırlandırma kodonu olarak kullanılır. Mitokondride AUA kodonu izolösin yerine methionini kodlar. Nüklear DNA’da ise methionini AUG kodlar. Bunların her ikisi de başlama kodonu olarak kullanılır., Mitokondride sonlandırma kodonları AGA ve AGG kodonları iken, nüklear DNA’da sonlandırma kodonları UAA, UAG ve UGA’ dır. Son yıllarda mt DNA ile ilgili en çok araştırılan konulardan biri, mt DNA sayesinde binlerce yıl önceki insan göç haritalarının çıkarılmasıdır. 2700 yaşındaki kemiklerden elde edilen mt DNA’ lar günümüz toplumu ile karşılaştırılabilmektedir. Mt DNA, adli antropologlar tarafından ölülerde kimlik tespiti amacıyla da kullanılır. Materyal olarak diş pulpası tercih edilir. Çünkü dişin, pulpayı kuşatan dış kısmı hem izole bir ortam oluşturur, hem de hidroksiapatit bileşenleri ile DNA’ yı stabilize eder, böylece buradaki mt DNA diğer dokulardakinden daha uzun ömürlüdür. Mitokondriyumlarda DNA tamir mekanizması yoktur, o nedenle mutasyon hızı nüklear DNA’ dan 10-20 kat daha hızlıdır. İnsanda mt DNA tipik olarak maternal kalıtım örneği izler, şöyle ki ; annenin mt DNA’ sı tüm çocuklarına aktarılırken babanın ki çok nadir olarak aktarılır. Çünkü ovum mitokondri açısından çok zengindir , sperm ise çok az sayıda mitokondri içerir . MİTOKONDRİAL HASTALIKLAR Mitokondrial genomdaki nokta ya da uzunluk mutasyonları hastalıklara neden olabilir. Bu durumda fenotip ilişkili olduğu gen ya da genlere, mutasyon tipine, mutasyonun bir dokudaki tüm mitokondrileri tutup tutmamasına ya da sadece bir mitokondriyi tutmasına göre değişmektedir. Normal ve mutasyona uğramış mitokondrileri olan heteroplazmi durumu söz konusu olduğunda, tek bir aile içersinde bile çok geniş fenotipik varyasyon ortaya çıkmaktadır. Örneğin miyoklonik epilepsili (MERFF) ailelerin yaklaşık %50 kadarında , lizin geni mitokondrial t RNA’sındaki g344 pozisyonunda A-G nokta mutasyonu bulunmaktadır. Hasta kişiler bu mutasyon için heteroplazmiktir. Bu tür mitokondrilerden küçük bir bölümünü bulunduran kişilerin asemptomatik olabilmelerine karşın, Leigh hastalığında olduğu gibi büyük oranda bulunduran kişilerde ise hipotoni, laktik asidemi, nörolojik dejenerasyon ve bazal gangliada kistik lezyonlar ortaya çıkmaktadır. Mitokondriler ve dolayısıyla mitokondrial kromozomlar çok büyük oranda anneden alınmaktadır ve o nedenle mitokondriyal hastalıklar karakteristik bir kalıtım kalıbı gösterirler. Bu tür kalıtımda hasta anne hastalığı tüm çocuklarına aktarabilirken, hasta babanın çocuklarında herhangi bir risk söz konusu değildir. Eğer heteroplazmanın bulunmasından dolayı fenotipik farklılık varsa, bu kalıtım kalıbı daha az belirgin olabilir. Annenin ovum mitokondri DNA’sında olan mutasyonlar çocuklara aktarılarak mt DNA hastalıkları ortaya çıkar. Mt DNA’ daki mutasyonlara bağlı olarak oluşan hastalıklara PARKİNSON, bazı sağırlık tipleri, Pearson’un kemik iliği - pankreas sendromu (Pankreas yetmezliği, kemik iliği ve karaciğer bozukluğu), Wolfram Sendromu , Leigh hastalığı, Retinal dejenerasyon gibi hastalıklar örnek verilebilir. Şekil 20.Mitokondrilerde yapısal farklılıklar. MİTOKONDRİ RİBOZOMLARI Mitoribozomlar, sitoplazmada bulunan ribozomlardan daha küçüktürler. (70S- 55S). Sitoplazmik ribozomlar 80S Ribozom sınıfına girer. İncelenen bütün organizma gruplarında kloroplast ribozomlarının aynı büyüklükte (70S) olmalarına karşın mitokondri ribozomları büyüklük bakımından heterojen yapıdadırlar, büyüklükleri bulundukları organizmaya bağlı olarak değişik olur. Maya, fungus, protist ve yüksek bitkilerin mitoribozomlarının çökme kat sayısı 50S-60S arasında değişmektedir. Memeli hücreleri mitoribozomları 55S dir. Mitoribozomlar da iki alt birimden oluşur. 55S memeli mitoribozomları 35S büyük altbirim ve 25S küçük altbirimden oluşur. Böyle olduğu halde 55S mitoribozomları 70S bakteri ribozomlarından biraz daha büyüktür. Bunun nedeni yapılarındaki proteinlerin sayıca dqha fazla olmasıdır. MİTOKONDRİDE PROTEİN SENTEZİ Mitokondrilerde ribozomlar protein sentezlerler. Fakat davranışları sitoplazmadaki ribozomlarınkinden farklıdır. Bazı kimyasal maddeler, örnek olarak kloramfenikol mitokondri ribozomlarının protein sentezlemesini engeller. Memeli mitokondrileri %5-10 kadar protein sentezini kendileri yaparlar. Diğerleri sitoplazmadan sağlanır ve sitoplazmada çekirdek DNA’ sının kontrolü altında sentezlenir. Matriksin erimiş proteinleri olarak bulunan enzimler ile sitokromlar, sitokrom oksidaz, ATPaz, ATP sentetaz, Krebs Devri enzimleri dışarda sentezlenerek mitokondrilere girerler. Mitokondri ribozomal RNA larının mitokondri DNA sı tarafından sentezlendiği kabul edilmektedir. Oysa mitokondri ribozomlarının yapısal proteinlerinin pek çoğu nukleus tarafından kodlanıp sitoplazmada sentezlenmektedir. Bunlar organel içinde sentezlenen ribozomalar RNA larla birleşmek ve ribozomu oluşturmak üzere mitokondriye geçerler. Çeşitli mitokondri enzimlerinin sentezi sitoplazma ile mitokondri tarafından ortaklaşa yapılmaktadır. Örneğin, sitokrom oksidaz yedi peptidinden üçü mitokondri ribozomları üzerinde, diğer dördü sitoplazmadaki serbest polizomlarda sentezlenmektedir. Mitokondri ve kloroplast gibi organellerinin ribozomlarının görevleri hakkında daha araştırılacak çok şey vardır, bununla birlikte her iki organelin de proteinlerinin büyük bir çoğunluğu nukleus tarafından kodlanmaktadır. Bu proteinler nukleus-stoplazma protein sentezleme merkezlerinin ürünüdür, ancak çok küçük bir miktar proteinlerle bazı enzimlerin alt birimleri mitokondri içinde sentezlenebilmektedir. Her ne kadar organelde nukleustan ayrı olarak DNA, RNA ve ribozomlar varsa da yukarıda anlatılan nedenlerle ve özellikle son birkaç yıl içinde yapılan çalışmalarda mitokondri DNAsının zannedildiği kadar fazla bir iş yapmadığı da gösterildiğinden, bu bilgiler doğrultusunda önceleri olduğu gibi mitokondrileri semiotonom (yarıözerk) hücre organelleri olarak kabul etmek oldukça güç olacaktır. Ancak hemen eklemek yerinde olacaktır ki BRACHET (1985) ve ROBERTIS (1980) gibi otoriteler buna rağmen mitokondri ve kloroplastı semiotonom organeller olarak kabul etmektedirler. İNTERNETTEN --------------Tualimforum İmzam-------------- Aksini Belirtmediğim Takdirde Yazdığım Konular ALINTIDIR Liseler - Anadolu Liseleri - Fen Liseleri Anaokulu - İlköğretim Sınav Soruları ve Ders Notları

Konuyu Toplam 1 Üye okuyor. (0 Kayıtlı üye ve 1 Misafir)