Loading

MİTOKONDRİ’NİN GENOMU ve GÖREVLERİ

 Rabia YALÇIN  - Moleküler Biyoloji ve Genetik,  Haliç Üniversitesi



Mitokondri, tüm ökaryot hücrelerde yer alan ve hücrede meydana gelen kimyasal reaksiyonlar için gerekli enerjiyi sağlayan, sitoplazmada bulunan bir organeldir. Mitokondriler oval görünümlü, yaklaşık 1 µM uzunluğa ve 0,5 µM ene sahiptirler. Enerjiyi, hücrenin sitoplazmasındaki besin maddelerinden ve oksijenden sağlamaktadırlar. Oksidatif fosforilasyonun merkezidir. Mitokondri’nin yapısını incelediğimizde çift katlı iç ve dış membranı, zarlar arası boşluk, DNA, matrixler, ribozomlardan ve kristalardan oluşmaktadır.



Bir hücre içerisinde yüzlerce, binlerce mitokondri bulunabilir ve şekil, büyüklük olarak farklılık göstermektedir. Birkaç yüz mikron çapında küresel yapıda ya da birkaç mikron çapında ipliksi görünümde olabilmektedirler. Bütün mitokondri’lerin içerisinde 2-10 arasında değişen mitokondriyal DNA bulunmaktadır. Fakat bu değişkenlik türden türe, kişiye, dokuya göre değişmektedir. İnsanlarda 16 kb, bitkilerde ise 500 kb kadar genom büyüklüğüne sahiptirler. Genellikle mitokondriyal genom 12-20 arasında protein kodlayan gen içermektedir. Sadece Plasmodium Falciparum’un mitokonriyal genomu 2 protein kodlayan gen içerir. Bir başka olarak Reclinomas Americana 67 gen içermektedir. Bunlar genellikle sitokrom oksidazlar ve ribozomal protein genleridir. Aerobik solunum ve translasyonun temel bileşenleridir. Bir başka örnek daha Saccharomyces Cerevisiae’nin mitokondriyal genomudur ve 2 rRNA, 24 tRna, 30 protein kodlamaktadır. Maya mitokondriyal genomu ise endonükleazlar, ters transkriptazlar, mRNA maturazları için 10 kadar gen kodlamaktadırlar.



İnsan mitokondriyal DNA’sı 16569 baz çifti uzunluğuna sahip, biri hafif biri ağır zincir olarak çift zincirli, sirküler formdadır. Replikasyon ve transkripsiyon mitokondri içerisinde gerçekleşmektedir. Ağır zincir pürin, hafif zincirde ise pirimidin bol miktardadır. 16S ve 12S olmak üzere 2 tane rRNA, 22 tane tRNA ve 13 tane mRNA bulunmaktadır. Ağır zincirde 16S ve 12S rRNA’lar, 12 polipeptid ve 14 tane tRNA sentezlenmektedir. Hafif zincirde ise bir polipeptid ve 8 tRNA sentezlenmektedir. İki zincirinde birbirinden ayrı replikasyon orjini vardır ve ağır zincirin replikasyon orjini D-loop kontrol bölgesinde yer almaktadır. Bu bölge gen içermez, bu bölge dışındaki mitokondriyal DNA’daki genler çok sıkı paketlenmiş durumdadır ve genler arası bölge yoktur. Genler içinde intron bölgeleri de yoktur. Mitokondriyal DNA’nın transkripsiyonu nüklear DNA transkripsiyonundan farklıdır. Nüklear transkripsiyonda her genin ayrı bir ilerleticisi vardır ancak mitokondriyal DNA’nın transkripsiyonunda ağır zincir için 2, hafif zincir için 1 toplamda 3 ilerletici bulunmaktadır. Ağır ve hafif zincirin transkripsiyonu zıt yönde ilerlemekte olup polisistronik transkripsiyon gerçekleşir. Mitokondri DNA’sı nüklear DNA’dan bağımsız replikasyon özelliğine sahip olsa bile bunları gerçekleştirmek için gerekli enzimlerin hepsi nüklear DNA’dan kodlanmaktadır. Mitokondriyal DNA’nın translasyonunda tRNA, rRNA, mRNA yer alır. Mitokondri’nin spesifik genetik kodlarını kullanarak 22 tRNA geni ile protein sentezi gerçekleşir. Protein sentezinde mitokondriyal DNA ile nüklear DNA’nın genetik kodu benzerdir ama bazı farklılıklar vardır. Bunlardan biri; mitokondri de metiyozin kodlarken, üniversal kodonda izolozin kodlamaktadır. Üniversal kodonda UGA stop kodonu iken, mitokondri de triptofanı kodlamaktadır. Mitokondri de AUA, AUU, AUG başlama kodonu iken, üniversal kodonda AUG, GUG başlama kodonudur.

Mitokondriyal DNA kalıtımı sitoplazmik bir kalıtımdır ve anne yoluyla yavrulara aktarılmaktadır. Mitokondriyal DNA bağımsız replike olma özelliğine sahip ve bu nedenle hücre bölünmesi sırasında heteroplazmik bir dağılım gösterir. Burada gerçekleşen mutasyonlar hücre içinde mutant ve normal olanlarla beraber yavru hücrelere rastgele dağılır. Mitokondriyal DNA’da meydana gelen patolojiler 5 grupta incelenir. 

Bunlar;

  • Mitokondriyal DNA’daki delesyon,

  • Mitokondriyal proteinleri değiştiren tek nükleotid mutasyonları,

  • Mitokondriyal tRNA genini değiştiren tek nükleotid mutasyonları,

  • Mitokonriyal mRNA genini değiştiren tek nükleotid mutasyonları,

  • Mitokondriyal rRNA genini değiştiren tek nükleotid mutasyonları,

  • Mitokondriyal DNA’daki akkiz defektler ve yaşlılık.

Mitokondri’nin Görevleri

Mitokondri’nin birçok önemli görevi vardır. En önemlisi enerji üretmek diğerleri ise genetik hastalıklar ve apoptozis’tir.

  1. Enerji Üretmek: Mitokondri hücre içerisinde ETS (Elektron Transport Zinciri) ve OXPHOS (oksidatif fosforilasyon) ile enerji sağlamaktadır. Aerobik hücrelerde bulunan farklı substratlardan aldığı elektronların yükseltgenme ve indirgenme olayları ile oksijene taşınan yola ETS denmektedir. Taşınma sırasında oluşan enerjiye ADP denmektedir. İnorganik fosfor ile birleşip ATP oluşturması olayına OXPHOS denmektedir. Mitokondri ile ilişkili hastalıklar bu enerji yollarının yolakları kullanılarak anlaşılabilmektedir.

  2. Genetik Hastalıklar: Mitokondriyal DNA kalıtımı sitoplazmik bir kalıtımdır ve anne yoluyla yavrulara aktarılmaktadır. Mitokondriyal DNA bağımsız replike olma özelliğine sahip bu nedenle hücre bölünmesi sırasında heteroplazmik bir dağılım gösterir. Burada gerçekleşen mutasyonlar hücre içinde mutant ve normal olanlara beraber rastgele yavru hücrelere dağılır. Sperm, ovumu döllemek için yumurtanın hücre zarına tutunur ve enzimler aracılığıyla zarı eritir. Yumurta hücresinin içerisine kendi DNA’sını bırakır. Bu şekilde spermin organelleri dişi üreme hücresinin içerisine girmez. Girmediği için sperm ya zigota mitokondri vermez ya da replikasyon aşamasında verilen mitokondri seçilir. Sonuç olarak tüm mitokondri anneden yavrulara geçer.

  3. Apoptozis: Mitokondri’nin membranı arasındaki boşluklarında holocitokrom c, endonükleaz G, belirli prokaspazlar, apoptozis-uyarıcı faktör ve HtrA2/Omi, Smac/Diablo bulunmaktadır. Dış membranın geçirgenliği, bu moleküllerin sitoplazmaya geçmesiyle gerçekleşir. Özellikle sitokrom c’nin salınması apoptozisin mitokondriyal metabolik yolunda önemli aşamalarından birisidir. Sitokrum c’nin salınması apoptozom oluşumunu desteklemektedir. Apoptozomun komponentleri sitokrom c, A paf-1 ve prokaspaz 9’dur. ATP ve dATP ile sitokrom c A paf-1’e bağlanır ve prokaspaz 9’un aktivasyonu gerçekleşir. Aktif kaspaz-9 apoptozisi gerçekleştiren cellat kaspazları aktive eder. Ardından endonüklez G ve apoptozis-uyarıcı faktör mitokondriden çekirdeğe yerleşerek kaspazlardan bağımsız DNA fragmentasyonuna sebep olur. Smac/Diablo ve HtrA2/Omi kaspazlara bağlanır ve apoptozis protein inhibitörlerini inhibe eder. Böylece apoptozisin düzenlenmesinde rol alır.

KAYNAKÇA

  1. Öztaş S., Yakan B., Mitokondriyal DNA ve Hastalıkları., 21 (1);63-71,1999.

  2. Koç F., Sarıca Y., Mitokondri; Biyokimyası (2003); 12 (Ek Sayı):1.

  3. Andersson G., Karlberg O., Canback B.,& Kurland, C.G(2003). On The Origin of Mitochondria: a Genomics Perspective. Philosophical Transactions of Royal Society B: Biological Sciences, 358(1429), 165-179.

  4. Atagün G., Eren Z., Gürkanlı İ., Apoptoziste Mitokondrinin Rolü., Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi 4(2):49-53, 2011.

Şekiller; 


Yorumlar

Yorum Gönder

Bu blogdaki popüler yayınlar

JAK-STAT Sinyal Yolağı

Resim
 JAK-STAT sinyal yolu, bir hücredeki proteinler arasındaki bir etkileşimler zinciridir ve bağışıklık, hücre bölünmesi, hücre ölümü ve tümör oluşumu gibi süreçlerde yer alır. Yol, bir hücrenin dışındaki kimyasal sinyallerden hücre çekirdeğine bilgi iletir, bu da transkripsiyon adı verilen bir süreç yoluyla genlerin aktivasyonu ile sonuçlanır. JAK-STAT sinyallemesinin üç anahtar parçası vardır: Janus kinazlar (JAK'ler), sinyal dönüştürücü ve transkripsiyon proteinlerinin (STAT'ler) aktivatörü ve reseptörler (kimyasal sinyalleri bağlayan). Bozulmuş JAK-STAT sinyali, cilt rahatsızlıkları, kanserler ve bağışıklık sistemini etkileyen bozukluklar gibi çeşitli hastalıklara yol açabilir. JAK'ların ve STAT'lerin Yapısı Dört JAK proteini vardır: JAK1, JAK2, JAK3 ve TYK2.[1] JAK'lar bir FERM alanı (yaklaşık 400 kalıntı), SH2 ile ilgili bir alan (yaklaşık 100 kalıntı), bir kinaz alanı (yaklaşık 250 kalıntı) ve bir psödokinaz alanı (yaklaşık 300 kalıntı) içerir. Kinaz alanı, JAK&
Devamı

Soy Ağaçları

Resim
  Doğa Bahçeci - Moleküler Biyoloji ve Genetik,  Doğu Akdeniz Üniversitesi, Kıbrıs Tanımı               Soy ağaçları biyolojide belirli semboller ile aile geçmişini anlatan diyagramlardır. Bir soyağacı, aile üyeleri arasındaki ilişkileri gösterir ve bir aile içinde hangi bireylerin belirli genetik patojenik varyantlara, özelliklere ve hastalıklara sahip olduğunu ve ayrıca yaşamsal durumu gösterir. Bir aile içindeki hastalık kalıtım kalıplarını belirlemek için bir soyağacı kullanılabilir [1].               Bir özelliğin kalıtsal olup olmadığını belirlemek için genellikle en az üç nesil soy ağacına dahil edilir. Bu bilgiyi kullanarak, belirli bir bireyin bu özelliğe sahip olma veya çocuklarına aktarma şansını söyleyebiliriz. Bir soyağacına bakıp anlayabilmemiz için soyağacı çizmenin standart yolları vardır [2].   Soy Ağacı İsimlendirmesi Şekil 1: Soy Ağacı Sembolleri [1].   Soy ağaçlarında erkekleri temsil etmek için kareler ve kadınları temsil etmek için daireler
Devamı