Transcript Mitokondri Yapı ve Fonksiyonları

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
1.
2.
3.
4.
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. 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).
İÇ MİTOKONDRİYAL MEMBRANDA ÜÇ TİP
FONKSİYON İÇİN ÖZELLEŞMİŞ
PROTEİNLER BULUNUR.
1. Solunum zincirinin oksidasyon
reaksiyonlarını gerçekleştirmek
2. ATP sentezi için ATP sentaz
3. 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.
1.
2.
3.
4.
•
•
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.
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.