Vücudumuzun enerji kaynakları: Mitokondrilerimiz

Yaşam bir enerji döngüsüdür ve yaşamın sürekliliği için enerjiye ihtiyaç vardır. Yaşam için gerekli olan enerji güneşten gelmektedir. Güneş ışınlarının biyolojik enerjiye çevrilmesi bildiğiniz gibi bitkiler tarafından gerçekleştirilmektedir.

Bitkilerde bulunan kloroplastlar ve içeriğindeki bir takım özel moleküller ve reaksiyonlar sayesinde güneşten gelen enerji canlı bir organizma tarafından çeşitli moleküllerin sentezinde kullanılarak depolanmaktadır. Karasal yaşam için bu çevrimin başlıca aktörü bitkilerdir. Sudaki yaşamda ise bu çevrimi siyanobakteriler gerçekleştirmektedir.

Fotosentez ile başlayan bu enerji çevrimi bitkiler ve siyanobakteriler tarafından güneş enerjisi kullanılarak sentezlenen moleküllerin diğer canlılar arasında tüketilerek paylaşılması ve böylece çeşitli tüketim zincirlerinin oluşturulması sağlanmaktadır.

“Besin zinciri” olarak da isimlendirilen bu döngü otçulun otları, etçilin genellikle otçulları, omnivorun hem et, hem ot yiyip beslenerek kendi yaşam enerjisini bu şekilde sağlaması, canlılar arasındaki yaşam döngüsünü de oluşturmaktadır. Fakat hızlı hareket edebilen, değişen çevre koşullarına hızla adapte olabilen, verimli bir şekilde üreyebilen, yavrularının bakımını sağlayabilen, çeşitli davranışlar sergileyebilen, yaşam alanını seçebilen ve gerektiğinde de değiştirebilen, sosyal bir yaşamı olan, görebilen, düşünebilen, geleceği planlayabilen canlıların yaşamları için gerekli olan enerjinin sadece güneşten gelebilmesi mümkün değildir. Bir enerji kaynağına daha ihtiyaç vardır! Bu enerji kaynağı ise moleküler oksijendir.

Oksijen her daim atmosferde bulunabilen (güneş gibi gün içerisinde ve hava durumuna göre değişkenlik göstermeyen) ve doğal çevrimi de pratik olan bir moleküldür. Evrimsel gelişim basamaklarının yükseklerinde yer alan canlıların tamamı oksijene bağımlıdır.

Oksijen yüksek canlı yaşamının en önemli enerji kaynağıdır. Güneş ışığını kloroplastlar fotosentez yoluyla enerji içeren moleküllere (glikoz) nasıl çeviriyorlarsa, mitokondri ise yine fotosentez sonucu oluşan oksijeni yaşamsal enerji molekülü olan adenozintrifosfat (ATP)’ye çevirmektedirler.

Glikoz ve oksijen biyolojik yaşamın en temel enerji moleküllerini oluşturmaktadırlar. Güneş enerjisinin yaşam enerjisine transferi için gerekli olan aracılar kloroplastlar ve mitokondrileridir. Bu iki hücresel kompartımanın evrimsel öyküsü aslında ökaryotik yaşamın da başlangıcıdır.

Mitokondrilerin Evrimsel Kökeni: Endosimbiyoz Teorisi

Ökaryotik hücre, organelleri olan hücre anlamını taşımaktadır. Organeller ise bir zar ile çevrili, çeşitli özelleşmiş fonksiyonları yerine getirebilen, hücrenin fonksiyonel alt birimleridir.

Organeller; proteinlerin çeşitli modifikasyonlara uğratılarak fonksiyonel hale getirilmesi, enerji üretimi, kalsiyum depolanması, hasarlı hücresel yapıların yıkımlanması, hücresel kalıtım materyalinin korunması gibi çok çeşitli işlevlere sahiptirler. Endosimbiyoz teorisi aslında prokaryotik hücrelerden ökaryotik hücre oluşumunu üzerine bir değerlendirmedir. Mitokondri, oksijen kullanarak biyolojik enerji üretebilen bir hücresel organeldir.

Fakat mitokondri diğer organellerden yapısal olarak birkaç fark ile ayrılmaktadır. Mitokondrilerin kendi DNA’ları vardır. Mitokondriyal DNA (mtDNA) olarak isimlendirilen bu DNA, çekirden DNA’dan farklı özellikler taşımaktadır. Halkasal yapıdadır, mitokondri içerisinde 2 ila 10 arasında sayıda (yani çoklu olarak) bulunmaktadır. Ayrıca mitokondri çift zar ile çevrilidir. Tüm bu özellikler aslında bakterilerle yakın benzerlik içerisindedir.

Mitokondrinin sahip olduğu bu ‘tuhaf’ özellikler endosimbiyotik teorinin gelişmesine ve böylece ökaryotik hücrelerin evrimsel kökenlerinin açıklanmasına dair fikirlerin oluşmasına neden olmuştur. Gerçekten de mitokondriyal DNA, bakteri ailesinden olan Rickettsia’lara yakın benzerlikler içermektedir. Rickettsia’lar yaşamlarını endosimbiyont olarak sürdürürler yani kendi yaşamsal ihtiyaçlarını karşılamak ve çoğalmak için bir başka hücreyi konakçı olarak kullanarak sürdürürler.

Mitokondriler ayrıca bölünemeyen hücreler içerisinde bile bölünerek çoğalabilmektedir. Bu özelliklerine ek olarak mitokondriler birbirleriyle birleşebilmekte ve hücre içerisinde daha büyük mitokondrilerin oluşmasını sağlamakta, bu şekilde bir gen alışverişi de yapabilmektedirler.

Tüm bu özelliklerinden dolayı mitokondrilerin evrimsel geçmişte bir tür bakteri olduğu, oksijeni kullanarak kendisinin yaşamını sürdürdüğü, ve mitokondriden çok daha büyük bir hücrenin mitokondriyi fagositoz ile kendi içerisine alarak, mitokondrinin sağladığı avantajlardan faydalandığı, mitokondrinin ise içinde yer aldığı hücrenin hücresel bir diğer enerji molekülü olan glikoz moleküllerinden faydalanarak, bu şekilde bir alışverişle ökaryotik yaşamın temellerinin atılmış olabileceği düşünülmektedir.

Günümüzde endosimbiyoz teorisini destekleyen onlarca kanıt bulunmaktadır.

Mitokondrinin Fonksiyonları

Mitokondriler moleküler oksijeni ve glikozu kullanarak hücresel enerji molekülü olan ATP’yi üretmektedirler. ATP üretimine ek olarak mitokondriler;

• Aminoasitlerin sentezinden,
• Yağ metabolizmasından,
• Isı üretiminden,
• Steroid sentezinden,
• Heme sentezinden sorumludur.
• Hücresel kalsiyum sinyalinin düzenlenmesinden,
• Apoptozdan,
• Hücre bölünmesinin düzenlenmesinden de yer almaktadır.

Mitokondrilerimiz yaşamın devamlılığı için gerekli olan tüm hücresel fonksiyonlarda ya doğrudan, ya da dolaylı olarak yer almaktadır. Bu özel konumu ve hücresel enerjinin ana üretim merkezi olması dolayısıyla mitokondrilerimiz; akıl ve beden sağlığımızın korunmasından, yaşlanmaya, kanserden, akıl hastalıklarına, obeziteden, kas hastalıklarına kısacası enerjinin kullanıldığı her yerde, yaşamımızın temelinde ve hastalıkların etiyopatogenezinde çok önemli bir konumda yer almaktadır.

Örneğin, yaşlanmanın mitokondri temelli bir patoloji olduğu günümüzde öne sürülmektedir. Ayrıca Alzheimer gibi hastalıklara mitokondrilerin sağkalımını ve aktif olarak çalışabilmesini hedefleyen tedavisel yaklaşımlar bilimsel literatürde tartışılmaya başlamıştır. Mitokondrilerin hem sağlığın korunmasını sağlamada hem de hastalık tedavilerinin gerçekleştirilmesinde anahtar bir rol oynadığı bir gerçektir!