Mitokondrilerimiz
Yaşam enerjimizi sağlarken bizi gelecekte de tanıtan organelimiz Mitokondri
Dr. Ayşe Ergüven, Ph. D., Biol.
Bireyin vücudunun enerji kullanması canlı olmak demek. Canlı olma enerjisi ise bünyedeki kendine has bir organel olan mitokondri tarafından üretiliyor. İlginç bir organeldir bu mitokondri. Bu yazıyı kendisini hem hatırlamak hem de sizlere tanıtmak için yazdım. Bazen bazı bilgileri anlamak için onların detayını da bilmek gerekebilir çünkü. Enerji veren besinler önemlidir denilince bunların nasıl kullanıldığı hakkında da bir ipucu olması gerekir diye düşünüyorum. Bu konuyu anlamak için hücre içinde dolaşacağız bir süre.
Hücrede enerji üretimi
Vücudumuz organlardan oluşur, organlar ise hücrelerden oluşan dokulardan oluşur. Bu hücreler, tavaya yeni kırılmış bir yumurtaya benzetilebilir. Sarısı hücrenin çekirdeğidir, yumurtanın beyazı ise pek çok aktivitenin gerçekleştiği yapılardan oluşmaktadır. Beyazın içindeki bu yapılar, insan (ve tabii ki diğer canlı) hücrelerinde “sitoplazma” olarak adlandırılır. Bu bölgede mitokondriler de vardır. Bunlar 1857 yılında İsviçreli bilim adamı Albert von Kölliker tarafından keşfedilmiş ve 1898 yılında Alman mikrobiyolog Carl Benda tarafından isimlendirilmiştir.
Canlının yaşam enerjisini sağlayan bu alandaki aktivitelerdir, buradan enerji üretilir. Bu enerji, yediğimiz gıdalarda bulunur. Bu gıdalar vücudumuzun metabolizması tarafından parçalanıp dönüştürüldükçe, yaşamın gerçek yakıtı olan adenozin trifosfat veya ATP adlı enerji molekülü elde edilir.
ATP'nin anahtarı “trifosfat” kelimesidir. Adenozin molekülü üç fosfat grubuna bağlıdır, her fosfat, dört oksijen atomuna bağlı bir fosfor atomudur. Bu fosfat gruplarının bir molekülden diğerine hareket etmesiyle enerji aktarılır. ATP, üzerindeki bir fosfat grubunu başka bir moleküle aktarır. Bu aktarım, o molekülü aktive eder. Bu şekilde önemli bir dizi olay başlar. Bu fosfat grupları, bir molekülden diğerine aktarılan para gibidir. ATP, en çok hücrenin para basma makinesi gibi düşünebileceğimiz mitokondri tarafından üretilir.
Bu küçük enerji merkezlerinin hücrelerin içinde nasıl evrimleştiğini hâlâ tam olarak bilmiyoruz. En yaygın kabul gören hipotez, bunların yaklaşık iki milyar yıl önce atalarımızın hücreleri tarafından yutulan bakteri benzeri organizmalar olduğudur. Bu küçük canlılar, daha büyük hücreler için enerji üretiyordu. Bakteri hücresi ve canlıların hücreleri birbirleriyle ortak yaşam ilişkisi (simbiyotik) kuruyordu. Bugün bildiğimiz ise mitokondrinin, hücrelerimizin ihtiyaç duyduğu ATP'nin çoğunu ürettiği ve aynı zamanda hücrelerin yaşam ve ölümünün diğer yönlerinde de rol oynadığı, yani mitokondri enerji üretimini durdurunca hücrenin öldüğü. Sonuç ise, bir süre sonra canlının bazı fonksiyonlarını yerine getirememesi.
Mitokondri yapısı ve fonksiyonu
Mitokondri ilginç bir yapıdır. Kendi çeperi vardır, kendi DNA'sına sahiptir ve davranışları, yaşam hakkında bilinen her şeyi sorgulatır. Hücrenin biyokimyasal reaksiyonlarına güç sağlamak için gereken kimyasal enerjinin çoğunu üretir.
Yeni bir bulguya göre, mitokondri iki farklı türde olabilir. Mitokondrinin iki farklı forma bölünebilme yeteneğinin yeni keşfedilmesi, kaynaklar sınırlı olsa bile mitokondrinin hücrelere aynı anda enerji ve temel yapı taşları sağlayabilmesine dair uzun süredir devam eden bir gizemi çözmektedir. Bu konuyu yazının ilerleyen bölümünde tekrar ele alacağım.
Mitokondri fonksiyonlarının bozulması ise (mitokondriyal disfonksiyon) fizyolojik düzeyde, bazı ilaçlar, mesleki kimyasallar ve sigara dumanı gibi belirli çevresel faktörler veya hem mitokondriyal hem de nükleer DNA'da genetik anormallikler sonucu oluşur.
Mitokondriyal fonksiyonları desteklemek ise toprağın bize hediyesi olan, sebzelerin, bazı meyvelerin ve özellikle kuruyemişlerin tüketilmesi ile sağlanabilir. Bu ürünlerden ihtiyacımız olan C vitamini, E vitamini, B vitaminleri, çinko, demir, selenyum ve antioksidanları alabiliriz. Ayrıca, egzersiz, uyku düzenini korumak, zararlı olan kirletici maddelere maruz kalmanın azaltılması, stres yönetimi gibi çeşitli yaşam tarzı unsurlarını düzenlemekte mitokondriyal sağlığı olumlu yönde etkiler. Genel olarak, bazı bitkiler özellikle de yeşil yapraklı olanlar mitokondriyal fonksiyonu ve mitokondri sayısının arttığı süreci yani biyogenezi destekler. Araştırmalar, bitkiler, sağlıklı yağlar ve tahıllara öncelik veren Akdeniz tarzı diyetlerin mitokondriyal hasarı azalttığını, mitokondriyal fonksiyonu iyileştirdiğini ve genel olarak antienflamatuvar etki gösterdiğini ortaya koymaktadır.
Mitokondriyi korumaya ve fonksiyonlarını desteklemeye yardımcı olan bazı enzim ve vitaminler ise olifenoller (yani çeşitli bitkilerde bulunan mikro besinler), koenzim Q10 (CoQ10), Omega-3 yağ asitleri, C vitamini ve çinko gibi antioksidanlar, B vitamini ailesinin üyeleri, L-karnitin, Alfa-lipoik asittir (ALA). Bunlar, balık, tahıllar, meyveler ve sebzeler gibi çeşitli hayvansal ve bitkisel gıdalarda farklı düzeylerde bulunur. Sağlıklı gıdaların geniş bir yelpazesini içeren bir diyet ile beslenmek, mitokondriyal fonksiyona yardımcı olabilecek mümkün olduğunca çok sayıda farklı besini tükettiğinizden emin olmanın bir yoludur.
Mitokondri hücre içinde annemizden aldığımız DNA’yı da içeren ilginç bir yapıdır
Biyolojinin temel ilkelerinden biri DNA'mızı annemizden ve babamızdan aldığımızdır.
Ancak, dikkat çekici bir istisna, insanlar da dâhil olmak üzere çoğu hayvanın, mitokondri içindeki DNA'yı yalnızca annelerinden miras aldıklarıdır. Babalarının mitokondriyal genomunun tüm izleri ise sperm yumurtaya ulaştığı anda yok olur.
Annemizden miras aldığımız bu DNA halkası oldukça dayanıklıdır. Adlî tıp veya antik DNA çalışmalarında genetik tanımlama yapmada çok kullanışlıdır. Nem ve ultraviyole ışığın, ölü bedenlerin nükleer DNA'sına büyük zarar vermesi nedeni ile bu DNA ölümden sonra kolayca yok olur. Ancak mitokondriyal DNA dayanıklıdır. Dairesel şekli ile parçalayıcı enzimlerin çalışmasına izin vermez. Ek olarak her hücrede yüzlerce mitokondri bulunması, her mitokondrinin 2 ila 10 kopya DNA içermesi de mitokondriyal DNA'nın hayatta kalmasını sağlayacak bolluk demektir. Bu nedenle, doğa şartlarına maruz kalan çok eski cesetlerin kemiklerinden kimlik tespiti nükleer DNA ile imkânsızdır ancak mitokondriyal DNA bu tanımlamayı yapmak için yeterli miktar DNA sağlar. İnsanlarda, mitokondriyal genom 37 gen ve parmak izi oluşturacak kadar yeterli varyasyona sahip hiper değişken bölge (hyper variable region) adı verilen bir bölüm içerir. Anne tarafındaki bir akrabanın mitokondriyal DNA’sı bu örnekle karşılaştırılırsa, cesedin kimliği belirlenebilir. Ayrıca antik DNA çalışmalarında elde edilen mitokondriyal DNA gen kütüphanesinde saklanabilir, elde edilen diğer örnekler ile karşılaştırıldığında, geçmişte yaşamış bu canlıların olası kimliği hakkında paha biçilmez bilgiler sağlar.
Bu noktada, bu DNA’nın anneden geçtiğini kanıtlayabilmek için yapılan bir araştırmadan bahsetmek isterim. Yapılan deneyde sağlıklı bir kadından alınan sağlıklı bir yumurtanın mitokondriyal genomu dizilendi. Sonra bu yumurtanın hücre çekirdeğini Leigh sendromu taşıyıcısı olan kadının yumurtasının çekirdeği ile değiştirdiler. Bu yeni yumurta, babanın spermi ile döllendi ve annenin rahmine yerleştirildi. Bebek Nisan 2016'da doğdu. Döllenme anne ve babanın çocuğun anne babasından gelen nükleer DNA’yı yarı yarıya paylaştığını gösterirken bebeğin Leigh sendromundan mustarip olmaması mitokondriyal DNA’nın büyük çoğunluğunun sağlam olan üçüncü bireyden, yani sağlam yumurtası kullanılan kadından, geldiği görüldü. Ancak “büyük çoğunluğu” diyorum çünkü, bir şekilde, anneden gelen mutasyon taşıyan mitokondriyal DNA'nın bir kısmının da yumurtaya geçtiği ortaya çıktı.
Bu genetik macera, bu tür biyolojik manipülasyonların uzun vadeli riskleri ve ebeveynlerin bu riskler hakkında doğru bir şekilde bilgilendirilip bilgilendirilmediği gibi önemli etik soruları sorduruyor tabii ki. Bu konuda bilgimizin ve deneyimimizin artması şart yani.
Yeni tip mitokondri
Mitokondri hücrenin enerji santralidir ancak bu çubuk şeklindeki organel, bir kimya fabrikası olarak da hizmet eder. Proteinleri ve diğer hücresel bileşenleri oluşturmak için gerekli olan önemli molekülleri de üretir. Burada çok önemli bir bulgu Nature dergisinde yayınlandı. Bu yayında, tek bir hücre içindeki mitokondrilerin her birinin bir görev için uzmanlaşabildiği, bazılarının enerji üretimine odaklanırken diğerlerinin moleküler üretime adandığının keşfedildiği belirtiliyor. Bu iş bölümü, hücrelerin vücutta meydana gelen hasarı daha verimli bir şekilde iyileştirmesine yardımcı oluyor. Ancak kanser hücrelerinin de bunu kendi büyümelerini hızlandırmak için kullandıkları da ayrı bir gerçek.
Kaliforniya Berkeley Üniversitesi’nden, bu konuda araştırma yapan biyolog Samantha Lewis, “Bu gerçekten çok güzel bir bilgi ve gelecek için birçok yol açıyor” diyor.
Hücreler bol miktarda besine sahip olduğunda, yaşam için gerekli olan amino asitleri sentezleyen diğer organeller ve enerji üreten mitokondriler her iki işi de ödün vermeden yapabilirler. Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi'nden hücre biyoloğu Craig Thompson ve meslektaşları, hücrelerin besin kıtlığıyla karşılaştıklarında ne olduğunu öğrenmek merak etmişler. Örneğin bir yaralanma nedeniyle kan damarları hasar gördüğünde ve vücudun bir kısmına kan dolaşımı azalırsa nasıl bir tedbir alıyordu bünye? Hücreler mitokondriyal enerji üretimini artırsa da organeller yine de amino asitleri sentezliyorlardı. Thompson, “Çok şaşırdık, bir süreç diğerinin kaynaklarını çalmalıydı.” diye düşünmüştük diyor.
Bunun üzerine yoğunlaşan bilim adamları, p5cs olarak bilinen, iplikçiklere toplanan ve organellerin amino asit üretimindeki bir adımı katalize eden önemli mitokondriyal enzime odaklandılar. Besin eksikliği çeken fare hücrelerinde p5cs moleküllerinin sadece bazı mitokondrilerde toplandığını keşfettiler. Hücreleri genetik olarak değiştirdiklerinde ise mitokondri artık amino asit üretemedi. Buna ek olarak, bu protein kümelerinin kan akışını keserek dokuların beslenmesine engel olan insan pankreas kanseri hücrelerinin bazı mitokondrilerinde de gizlendiğini keşfettiler. p5cs barındıran mitokondri kümeleri, iki farklılık daha göstermiş. Birincisi grup, ATP üreten enzimden öteki de ATP üretiminin verimliliğini artıran buruşuk iç zardan yoksunmuş. Yani, yeterli besin bulamayan fakir hücreler, enerji üretmeye veya molekül oluşturmaya odaklanan iki mitokondri alt türü üretmiş. Organellerin bu farklılaşma kapasitesinin, mitokondriler arasında sıkça görülen birbirine yapışma ve ayrılma yeteneklerine de bağlı olduğunu keşfetti Thompson ve ekibi. Özetlersek, mitokondri, besin yokluğu stresi altında bile temel hücre bileşenlerini ve enerjiyi üretmelerini sağlayan iki farklı alt popülasyon oluşturuyor, görevine devam etmeye çalışıyor. Kaynaklar sınırlı olsa bile mitokondrinin hücrelere aynı anda enerji ve temel yapı taşları sağlayabilmesine dair uzun süredir devam eden bir gizemi de çözmüş bu çalışma.
Besin yetersizliğinde bile yaşamımızı sürdürmemize destek olmaya çalışan mitokondriyi düşünerek çevremizdeki kirlenmeye engel olmaya çalışalım. Ölümlerinden sonra demans teşhisi konmuş 12 kişinin beyinlerinde, sağlıklı beyinlere kıyasla üç ilâ beş kat daha fazla mikro plastik katmanlar bulunduğunu gösteren bir araştırma var örneğin. Demans, kan beyin bariyeri ve temizleme mekanizmalarının bozulduğu bir hastalık. Gözle görülemeyecek kadar küçük olan bu mikro plastik parçacıklar, beyin damarlarının duvarlarında ve beynin bağışıklık hücrelerinde görülmüş. Demanslı beyin dokusunda bu plastikler nedeni ile oluşan iltihaplı hücreler beynin küçülmesi yani atrofiye neden olarak “plastiklerin biriktirildiği bir tür çukur” oluşturmuş. Beynin ölümü yani.
Hücre tüm gücüyle yaşama sarılırken plastik ile onu öldürmek! Çok yazık, kıymet bilmemek! Üstelik hücrenin içindeki mitokondri bizim gelecekte de tanınmamızı sağlarken!