Mitokondri, ana işlevi hücrenin yaşamı için enerji kaynağı olan ATP’nin sentezi olan ökaryotik bir hücrenin iki zarlı bir organelidir.
Hücrelerdeki mitokondri sayısı sabit değildir. Ortalama olarak birkaç birimden birkaç bine kadar olabilmektedir. Sentez süreçlerinin yoğun olduğu yerlerde, bunlardan daha fazlası vardır. Mitokondrinin boyutu ve şekli de değişmektedir (yuvarlak, uzun, spiral, fincan şeklinde vb.). Daha sık olarak, 1 mikrometre çapa ve 10 mikrona kadar uzunluğa kadar yuvarlak uzun bir şekle sahiptirler. Sitoplazmanın akımı ile hücre içinde hareket edebilmektedir. Ya da bir pozisyonda kalabilmektelerdir. Enerji üretimine en çok ihtiyaç duyulan yerlere taşınırlar.
Simbiyogenez hipotezine göre mitokondri, başka bir prokaryotik hücreyi istila eden aerobik bakterilerden kaynaklanmıştır. Bu bakteriler, hücreye ek miktarda ATP molekülü sağlamaya ve ondan besin almaya başlamıştır. Evrim sürecinde özerkliklerini kaybederek genlerinin bir kısmını çekirdeğe aktararak hücresel bir organel haline gelirler.
Hücrelerde, yeni mitokondri esas olarak daha önce var olanları bölerek ortaya çıkarmaktadır. Yani yeniden sentezlenmezler, bu üreme sürecine benzer ve simbiyogenez lehine konuşmaktalardır.
Mitokondrinin yapısı ve işlevleri
Mitokondri şunlardan oluşmaktadır;
- iki zar – dış ve iç,
- zarlar arası boşluk,
- iç içerik – matris,
- iç zarın matrisindeki büyümeler olan cristae,
- kendi protein sentezleme sistemi: DNA, ribozomlar, RNA,
- çok sayıda enzim ve koenzim dahil olmak üzere proteinler ve bunların kompleksleri,
- matristeki çeşitli maddelerin diğer molekülleri ve granülleri.
Dış ve iç zarlar farklı işlevler yerine getirmektedir. Bu nedenle kimyasal bileşimleri farklıdır. Membranlar arasındaki mesafe 10 nm’ye kadardır. Mitokondrinin dış zarı, yapı olarak hücreyi çevreleyen plazmalemmaya benzer ve esas olarak organoid içeriğini sitoplazmadan ayıran bir bariyer işlevi görmektedir. Küçük moleküller içinden nüfuz etmektedir. Büyüklerin taşınması ise, seçicidir. Bazı yerlerde dış zar, kanalları mitokondriye açılan ER’ye bağlamaktadır.
İç zarda, esas olarak büyümeleri – cristae ile enzimler bulunmaktadır. Ayrıca multienzimatik sistemler de oluşturmaktadır. Bu nedenle, kimyasal bileşime lipidler değil proteinler hakimdir. Krista sayısı işlemlerin yoğunluğuna bağlı olarak değişmektedir. Yani kasların mitokondrilerinde birçoğu vardır.
Bazı yerlerde dış ve iç zarlar birbirine bağlıdır.
Mitokondri, kloroplastlar gibi kendi protein sentezleme sistemine sahiptir. DNA, RNA ve ribozomlar. Genetik aparat bir halka molekülüdür. Bakterilerde olduğu gibi bir nükleoidtir. Bitkilerin mitokondriyal ribozomları bakterilerinkine benzemektedir. Hayvanlarda mitokondriyal ribozomlar sadece sitoplazmikte değil, bakterilerde de daha küçüktür. Gerekli proteinlerin bir kısmı mitokondrilerin kendisi tarafından sentezlenirken, diğer kısmı bu proteinler nükleer genler tarafından kodlandığından sitoplazmadan elde edilmektedir.
Mitokondrinin ana işlevi, hücreye çok sayıda enzimatik reaksiyon yoluyla organik bileşiklerden ekstrakte edilen ve ATP’de depolanan enerjiyi sağlamaktır. Reaksiyonların bazıları oksijen içerirken, diğerleri karbondioksit salmaktadır. Reaksiyonlar hem matriste (Krebs döngüsü) hem de cristae’de (oksidatif fosforilasyon) meydana gelmektedir.
ATP’nin hücrelerde sadece mitokondride değil, aynı zamanda glikoliz sırasında sitoplazmada da sentezlendiği unutulmamalıdır. Ancak bu reaksiyonların etkinliği düşüktür. Mitokondri fonksiyonunun bir özelliği, içlerinde sadece oksijensiz oksidasyon reaksiyonlarının değil, aynı zamanda enerji metabolizmasının oksijen aşamasının da meydana gelmesidir.
Başka bir deyişle, mitokondrinin işlevi, organik maddelerin oksidasyonunun birçok reaksiyonunu, ATP’de biriken enerjinin salınmasıyla giden hidrojen protonlarının ve elektronların transferini içeren hücresel solunuma aktif bir katılımdır.
Mitokondriyal enzimler
Mitokondri iç zarının translokaz enzimleri, ADP ve ATP’nin aktif taşınmasını gerçekleştirmektedir.
Cristae yapısında bir kafa, bir bacak ve bir tabandan oluşan temel parçacıklar ayırt edilmektedir. ATPase enziminden oluşan kafalarda ATP sentezi gerçekleşmektedir. ATPaz, solunum zincirinin reaksiyonları ile ADP fosforilasyonunun konjugasyonunu sağlanmaktadır.
Solunum zincirinin bileşenleri, zarın kalınlığındaki temel parçacıkların tabanında bulunur. Matris, Krebs döngüsü ve yağ asidi oksidasyonunun enzimlerinin çoğunu içermektedir.
Elektrotransport solunum zincirinin aktivitesinin bir sonucu olarak, hidrojen iyonları matristen girmekte ve iç zarın dış tarafında salınmaktadır. Bu durum, belirli membran enzimleri tarafından gerçekleştirilmektedir. Membranın farklı taraflarındaki hidrojen iyonlarının konsantrasyonundaki fark, bir pH gradyanının ortaya çıkmasına neden olmaktadır.
Gradyanı korumak için gereken enerji, elektronların solunum zinciri yoluyla transferi ile sağlanmaktadır. Aksi takdirde, hidrojen iyonları geri difüze olur.
pH gradyanının enerjisi, ADP’den ATP’yi sentezlemek için kullanılmaktadır;
ADP + F \u003d ATP + H2O (reaksiyon geri dönüşümlüdür)
Elde edilen su enzimatik olarak uzaklaştırılır. Bu durum diğer faktörlerle birlikte, reaksiyonun soldan sağa akmasını kolaylaştırmaktadır.
