Yasin GENÇ

HÜCRE BİYOLOJİSİ

                                                                      29/02/2008

Lizozom: Hücrede 0,5 mikron çapında sayıca mitokondrilerden az olan ve etrafı tek katlı bir zarla çevrilmiş olan lipoprotein yapıda bir organeldir. Ve içerisinde litik enzimler barındıran hidrolazlar, lipazlar, proteazlar, fosfotazlar içeren ve hücrelerde önemli fonksiyonları yerine getirmek üzere özelleşmiş organeldir.

 

Ø       İlk defa 1955 yılında fare karaciğerinde gözlenmiştir.

Ø       Lizozom özellikle gastrointestinal sistem (GİS) oluşturan doku ve organların hücrelerinde çok fazla bulunmaktadır.

 

Ø       Bitki hücrelerinde, maya ve mantarlarda lizozoma benzeyen bazı yapılar bulunmasına rağmen bakterilerde lizozom bulunmadığı yapılan araştırmalar sonrasında saptanmıştır.

 

Ø Lizozomlar hücrelerdeki bileşikleri özellikle protein polisaskkarit ve çekirdek asitlerini hidroliz ederek parçalayabilen bu litik enzimlerin etrafı bir zarla çevrilmiştir. Oysaki tahrip olan lizozomdan dışarı çıkan enzimler kısa sürede hücre içeriğini lyze (lize, parçalar) eder ve ölüme sürükler. Bu olaya otoliz denilmektedir. Ölümden kısa bir süre sonra kokuşmanın başlamasının nedeni lizozomal enzimlerin zarın parçalanmasıyla yada otolizi ile çevreye yayılmasıdır.

 

Ø Hücre içerisine giren küçük moleküller doğrudan doğruya enerji elde eden sistemler (glikoliz, TCA ) vasıtasıyla parçalanabilir. Yada sentez sistemine herhangi bir değişikliğe uğramadan enzim doğrudan katılabilir. Oysaki endositoz ve fagositozda veya birhücreliler besin kofullarıyla hücreye alınan büyük moleküller hatta bakteriler lizozomlar tarafından küçük moleküllere parçalanır ve hücre zarıyla çevrilmiş olarak hücre içine giren bu besin kofulu (fagozom) lizozomlarla temas ettiği yerlerde lizozom zarını eriterek tek bir noktada birleşir. Yani füzyona uğrayabilir. Böylece geçici veziküllerden oluşan primer lizozomlar geç endozom denilen sekonder lizozomların oluşmasını sağlar. 

 

 

LİZOZOM

ð Düzgün bir membranda sınırlı olan veziküler yapıdadır.

ð Hücre içinde bulunan tüm yapıları sindirebilecek yapıda enzimlere sahiptir.

ð Enzimleri GER de sentezlenir. ********

ð Asit ortamda reaksiyon gösterir. Yaklaşık 60 farklı hidroliktik enzim taşırlar.

ð Enzimler asit karakterlerini ER lümenleri içinde glikozilleşerek kazanırlar*

 

 

Lizozomal Enzimler

ð Cis sisterna içerisinde fosforilleşerek mannoz 6-fosfat artığı ile işaretlenirler.

ð Enzimler aynı zamanda Golgi kompleksinde mannoz 6-fosfat artığı ile diğer organellerden ayrılırlar.

ð Bu artık aynı zamanda enzimlerin farklı bir örtülü vezikül yapısı içinde golgiden ayrılmasına da olanak sağlar.

 

Mannoz 6-fosfat klaktrine(reseptör) bağlanır. (golgi sisterneda)

 

Golgi sisternalarında  2 farklı mannoz 6-fosfat reseptör bulunmaktadır.

1)        MRP 300 ð %100 lizozomal proteinlere bağlanır.

2)       MRP 46 ð Daha az etkinlikle enzimlere bağlanarak trans golgide veziküler yapı halinde ayrılmalarına izin verir.

 

Lizozomal enzimler hangi tip veziküler enzimler halinde golgiyi terk eder.????

— Primer lizozom

 

PRİMER SEKONDER LİZOZOM NEDİR

ð Golgiyi terk eden veziküler yapılar Primer lizozom olarak isimlendirilir.

ð Mannoz 6-fosfat artıkları defosforilesyon ile enzimden ayrılır.

ð Primer lizozom içeriğini endozom olarak isimlendirilen bir vezikül içine akıtır.

ð Primer lizozom ve endozom füzyonu ile meydana gelen yapı artık sekonder lizozom (geç endozom) olarak isimlendirilir.

 

 

Sekonder lizozomlar sindirecekleri materyalin niteliğine göre 2 farklı şekilde adlandırılır.

 

SEKONDER LİZOZOM

 

 

 

          Heterofagozom                                              Otofagozom

(Heterofajik vakuol, Fagozom)             (Otofajik vakuol, sitolizozom, sitozom)

……………..

……………..

……………..

                                                                                              07/03/2008

ü        Lizozomların en çok bulunduğu organlar: Karaciğer, dalak, ……

 

ü        Lizozomda bir hasar olduğunda peroksizom devreye girer.

 

ü        Lizozomların hücrede 3 önemli fonksiyonu vardır.     

1)        Büyük besin partiküllerin sindirimi (Bakterilerde çok görülür.)

2)       Endositoz ile hücreye alınan moleküler materyalin modifikasyonu ve depolanması

3)       Yaşlana yada hasarlı organellerin yıkımı

 

Lizozomal enzimler aktivitelerini pH=5 ortamda gösterebilirler.

 

ððLizozomla membranda bulunan ATPaz

ATP yi parçalar ve açığa çıkan enerji ile H⁺ ni lizozomun içerisine pompalar.

 

ððLizozomal membranlar yüksek derecede  glikozilleşme ile enzim sindiriminden kendilerini koruyabilirler.

 

ððLizozom içindeki mokromoleküllerin sindirimi sonucu açığa çıkan küçük moleküller ve membrandaki proteinler aracılığı ile sitozole gönderilir.

ü        Sindirilmeyen materyaller ise artık cisimler olarak hücre içinde kalabilirler. (Artık cisimler inklüzyon cisimleri oluşturuyor).    

 

ü        Kalp kası ve nöronlarda artık cisimler lipfuskin/yaşlılık pigmenti nden sorumlu oluyorlar.

 

ü        Endositoz sonucu ilk uğrak yer lizozomdur.  Lizozomlar glikozilleşerek kendi enzimlerinden korunuyorlar.

 

ü        Lizozomlardaki proteazlar(proteinler), glikozidazlar(K.hidrat), fosfotazlar(fosfat grubu), nükleazlar(nükleik asitlerin sindiriminden sorumlu) liazlar vb. enzimler asidik pH=(5) ta etkinlik göster. 

 

ü        Lizozomda Enzimler ve Fonksiyonu  

Nükleik asit degradasyonu Asit RNAase ve DNAase	RNA ve DNA
Karbonhidrat degradasyonu β-Galoktosidaz……………………………………… a-Glukosidaz ………………………………………… Lizozim……………………………………………………	Galaktositler Glukojen Bakteri hücre duvarı
Mukopolisakkarit degradasyonu β-Glukorinidaz ……………………………………… hiyalürinidaz…………………………………………	Mukopolisakkaritler Hiyalüranat ve kondriatin sülfat
Protein degradasyonu Katepsin………………………………………………… Kollojenaz ………………………………………………	Proteinler kollojen
Fosfat Asit fosfataz……………………………………… Asit fosfodiesteraz……………………………..	Fosfomonoesterler oligonükleotidler
Sülfat Aril sülfetaz   ………………………………………	Organik sülfatlar.

 

 

Lizozomal E3nzimlerin En Önemli Görevi

ðððLizozomal enzimlerin görevi organizmayı hastalıklara karşı korumaktır.

 

·       Eritrositlerde Lizozomal yapılar bulunmazken özellikle bazı hücrelerin çok sayıda bu organele sahip oldukları görülmektedir.

·          Patolojik şartlarda membran geçirgenliğinin artması ile enzimler dışarı çıkarak hastalıklara neden olabilirler.

·          Lökosit Lizozomların da var olan baz yapılı proteinler mast hücreleri aracılığıyla kılcal dama r endotelindeki geçirgenliği etkiler.

·          Kan plazma ve hücreleri dokuya geçerek ödem ve iltihaplanmaya neden olur.(Lökosit sayısının artması ile iltihaplanma neden oluyor)

 

KRONİK ROMATİD ARTRİT

ü        Lökositler eklem sıvısından toplanan antijen –antikor komplekslerini fagosite eder.

ü        Lizozomla membranların geçirgenliği bu fagositasyona bağlı olarak artar. Enzimler açığa çıkarak eklem aralığında toplanır.

SONUÇ: Eklem kıkırdaklarının yapısı bozulur.

TEDAVİ: Membran geçirgenliğini normale döndüren bileşikler (kortizon-hidrokortizon) tedavi amaçlı

 

ü        Lizozomal enzim eksiklikleri bazı metabolik hastalıklara neden olur.

ü        Lizozomla enzimlerin eksikliğinde ortaya çıkan fonksiyonel hastalıklar neler? = hoca böyle bir soru sorabilirim dedi: DİKKAT…!!!

 

Tay Sachs Hastası (TSD)

-Sinir hücrelerinde(nöronlar) gangliozidlerin (glikolipit) parçalanmasından sorumludur.

- Hekzominidaz A enzimi eksikliği ile oluşan hastalık.(TSD)

 

TSD hastalığı resesif kalıtım özelliği gösteren bir hastalıktır.

            Rr♀       x               Rr ♂ (Anne Baba)

RR          Rr             Rr          rr    (Çocuklar)

 ↓              ↓              ↓            ↓

Hasta         Taşıyıcı     taşıyıcı        Hasta

Değil

Hastalık resesif durumda etki gösteriyor.        

 

TSD –Nörolojik semptomlara göre sınıflandılırlar.

1)       İnfantil TSD: İk altı aya kadar normal olarak TSD’ li bebeklerde görülmeye başlar.

2)       Juvenil TSD : Çok ender olarak 2-10 yaş çocuklarda görülür. 5-15 yaşlarda ölüm ile sonuçlanır.

3)       Adult TSD: Nadiren görülür. İlaç tedavisi ile semptomlar önlenebilir.

 

Lizozomal Enzimlerin Eksikliğine Bağlı Olan Hastalıklar

HASTALIKLAR	Eksik olan enzim	Etkilenen hücre	Etkilenen doku
Gaucher	Β-d glikozidaz	Makrofajlar glikolipit birikimi	Karaciğer ve Dalak
Metakromatik lökodistrofi	sülfataz	Dermatan sülfat birikimi	Çeşitli dokular
HURLER	L-idironidaz	Fibroblas ve osteoblastlarda dermatan sülfat birikimi	İskelet ve sinir sistemi
Tay sachs	Hekzoaminidaz	Sinir hücreleri glikolipit birikimi	Sinir sitemi
Sanfilippo sendromu	Heparin sülfat sülfamidaz	Fibroblastlarda heparan sülfat birikimi	İskelet sistemi

 

 

 

 

 

Gaucher Hastalığı TİP 1

 

▪        İlk başta hasta ciddi KC ve dalak tutulumu vardır. Splenoktami sonrası hasta KC abdominal boşluğu dolduruyor.

▪        Uzun kemik tutulumundan dolayı bacaklar çanak görüntüsü almış.

▪        Hızlı progresif hastalık belirtileri yaygın olarak çocuklarda görülür.

▪        Lizozomal enzim bozukluğuna bağlı olan bu hastalıklar : depo hastalıkları olarak isimlendirilir.

▪        Nedeni: Lizozomal enzim genlerindeki mutasyonlar (Lizozomal depo hastalıkları)

▪        Mannoz 6-fosfat tanıma sinyalini oluşturan gen mutasyonu (Lizozomal depo hastalıkları)

Ya reseptörde bir mutasyon yada enzimi kodlayanda bir mutasyon varsa bunlar depo hastalıkları.

 

Ø       Lizozomal enzimlerin (asidik karakterler) lizozom da bulunmaması ve eksikliği durumunda bazı hastalıklar gözlenmektedir. Asit hidroloazlardaki bir mutasyon her ne kadar hastalık nedeni olsa bile enzimler arasında ilişkiyi sağlayan aktivatör proteinlerin olmaması uygun enzim substrat  kopleksini oluşmaması endositoz (alınım-salınım) eksositoz (atılım) olaylarında biyomoleküllerin yapısal ve yapısal olmayan elamanların lizozoma geçişini sağlayan transport (taşıyıcı) proteinlerin eksikliği

Örneğin mikolipidozis (mukolipidoz) hastalığında olduğu gibi bazı hücrelerde özellikle fibroblastlar da (bağ doku hücresi)  asit hidrolazların eksikliği Lizozomal hastalıkların oluşmasına neden olmaktadırlar.

 

PEROKSİZOMLAR

Peroksizom 40 farklı enzim taşıyan membranla sınırlı organeldir.

Ø       Bölünerek çoğalabilen organel tüm ökaryotik hücrelerde bulunmakla beraber özellikle omurgalılarda ;

Karaciğer ve böbrek hücrelerinde bol miktarda bulunurlar.

 

Ø       Önemli enzimleri

-          Urat Oksidaz (Ürenin salınımın da  görev alan enzim)

-          D-aminoasit oksidaz

-          Katalaz dır. (karaciğerde yıkım olaylarında parçalanmada görev alır. )

 

Lizozom ve Peroksizomlar tek katlı membranla çevrili olması ve enzim içermeleri ile birbirleri ile aynı karakterde

 

Peroksizom enzimlerinin hepsi asidik karakterde değil…!

 

 

Peroksizomların lizozomlar dan farkı

Ö     Peroksizomlar bölünerek sayılarını artırabilirler çoğunlukla beyinde karaciğerde böbreklerde çoktur.

Ö     Lizozomlar bölünerek sayılarını artıramazlar.

Ö     Peroksizomlar kendilerini korurlar.(bölünerek)

Ö     Peroksizomlar kalıtsal hastalıklara sebebiyet vermezler.(bölüne bildikleri için)

Ö     Lizozomlar kalıtsal hastalıklara sebebiyet verebilir.

 

 

Peroksizom ne lizozom aynı fonksiyonları yapmak üzere özelleşmiş birbirlerine çok yakın olarak bulunur(sitozolde).

 

Peroksizomal enzimler nerede sentezlenir.

Peroksizomal enzimler Lizozomal enzimlerin aksine sitozolde sentezlenir.

Organele ait membran proteinleri sitozolde sentezlenmektedir.

 

Peroksizomal proteinlerin korboksil terminal uçlarında 3 aminoasitlik bir dizi sinyal özelliği göstermektedir. Peroksizoma yönlendirici bu sinyal enzimleri organele taşınmasında önemlidir.

 

Enzimler: organel membranın da yer alan membran proteinleri tarafından taşınan transport sinyal aracılığı ile organel içine alınır.

 

Proteinin CO₃ ve NH₂ ucu var

Bu 3 a.a. peroksizom için reseptör olarak görev yapar. Bunların göreve enzimlerin organele taşınmasın görev alıyorlar.

 

Peoksizom bölünerek çoğalabilir. (bölünerek çoğalabilen tek organel sitozolde bu)

 

Oksidatif Reaksiyon

 

RH₂ O₂ à R+ H₂O₂

Bu tip reaksiyonlar kana geçen toksik maddelerin detoksifikasyonunu sağla.

 

— O2 kullanarak oksidatif reaksiyonları yapabilirler.

— Organik moleküllerden H⁺ uzaklaştırabilmek için moleküller oksijeni kullanabilir.

 

Peroksidatif Reaksiyon

H₂O₂+ RH₂ à R + H₂O

 

Katalaz  enzimi oksidatif reaksiyon sonucu açığa çıkan H₂O₂

 

+Fenoller +formik asit +Formaldehit +Alkolü içeren çeşitli maddelerin detoksifikasyonunda kullanılır.

 

Peroksizomal Hastalıklar

İnsanda çeşitli Peroksizomal hastalıklar bilinmektedir. Tümü otozomal resesif kalıtsal özellik göstermektedir.

 

- Zellweger sendromu

- Adrenolokodistrofi

- İnfantil refsum hastalığı

 

Zellweğer Sendromu

Ø       Kalıtsal bir hastalıktır.

Ø       Sebep: peroxisame assembly factor-1 olarak isimlenen Peroksizomal integral membran proteinini kodlayan gen üzerindeki mutasyondur.

Ø       Sonuç:

-içi boş Peroksizomların varlığı Peroksizomal yetersizlikler

-Beyin karaciğer ve böbrekte ciddi anomaliler

- hastaların doğum sonrası kaybı

 

Peroksizomların en önemli özelliği mitokondriler gibi oksijeni en çok kullanan organel olmasıdır. Oksidatif reaksiyonlardan dolayı çok oksijen kullanılır.

 

                                             hariç

v       Peroksizomlar, mitokondri, kloroplast ve çekirdek gibikendilerine özgü DNA-Ribozom olmadığı için bir hücrede bütün proteinleri çekirdek tarafından kodlanır ve hücre sitoplazmasında sentezlenirler. Sentez sonrası ya peroksizom zarının yada Peroksizomal enzimlerinin oluşumunda görev alırlar.

 

v       Katalaz hücre sitoplazmasında HEM grubu taşımayan monomerler halinde sentezlendikten sonra peroksizom da monomer komplekslerinin bir araya gelmesiyle oluşur. 

 

MİTOKONDRİ

 

╚         Hemen hemen bütün hücrelerde ve ökaryotik mikroorganizmalarda bulunur.

╚         Eritrositlerde bakterilerde ve yeşil alglerde mitokondri yoktur. 

╚         Şekilleri (küremsi veya uzun silindirik) ve Büyüklükleri(çap: 02-1µm) uzunlukları (2-6µm) farklılıklar gösterir.

╚         Sayıları değişkendir.

╚         Mitokondri çift membranla çevrili bir organeldir.

╚         Çift membran iki mitokondriyal kompartman oluşturur.

 

╚         Membranlar arası alan Matriks

Membranlar arası alan

-40-80 A^o genişliğindedir.

-Bazı enzimler bulunur

 -Sitozolle eşdeğer içeriktedir.

 

MATRİKS

╚         İç membranın çevrelediği alandır.

╚         Bol miktarda protein molekülü, çeşitli reaksiyon enzimleri mtDNA, ribozomlar ve tRNA bulunur.

╚         Matrikste granül sayısı azdır.hücre içindeki kalsiyum ve magnezyum gibi katyonların fazlası mitokondriye geçerek granüllere bağlanırlar. Depolanan bu katyonlar gerektiğinde tekrar sitozole geri döner.

 

Dış Membran

İç membrana (50-60A^o) göre daha kalın(70 A^o ) olup plazma membranın yapısına benzer.

╚         Porin adı verilen kanal proteinleri büyüklüğü 5000 dalton ve daha küçük molekülleri (su, iyonlar) içeri alır.

╚         Ayrıca dış membranda mitokondriyal lipit sentezi ile ilişkili enzimler ve lipit substratları matrikste metabolize olabilecek formlara dönüştüren enzimler bulunur.

 

İç Membran

»         İç membran yarı geçirgen özelliktedir. Bazı moleküller matrikse aktif transport ile geçer.

»         İç membran dış membrana paralel seyreder. Ancak matrikse doğru krista denen kıvrımlar yapar. Kristaların yapısı farklılık gösterir.

 

KRİSTALAR: İç membran yüzeyini artırmaya yönelik yapılardır.

Örneğin: Karaciğer hücresinin mitokondriyal iç membran alanı hücrenin total membran alanını 1/3 ünü oluşturur.

 

»         Enerji üretimi fazla olan hücrelerde krista sayısı artar. Örneğin kalp kas hücrelerinde krista sayısı karaciğer hücresini krista sayısından 3 kat fazladır. 

»         Yoğun fonksiyonel özelliğinde dolayı iç membranın protein oranı diğer membranlara göre daha yüksektir.

»         %70 protein %30 lipit ve çok az kolesterol bulundurur.

 

»         İç membranın lipit içeriğinde bol miktarda bulunan kardiolipin membranın geçirgenliğini kısıtlar.

 

»         İç membranda 3 tip protein bulunur.  

a)       Elektron transport zincirinin oksidasyon reaksiyonunu gerçekleştiren proteinler. (Enzimler  sitokromlar)

b)       Matrikste ATP tıkımını gerçekleştiren ATP sentetaz

c)       Metabolitlerin matrikse giriş çıkışını düzenleyen permeaz adı verilen transport proteinleri.

 

»         Hücre içindeki yerleşimleri farklılık gösterir.

»         Kalp kasında kasılıp gevşemeyi sağlamak içim miyofibriller arasında bulunur.

»         Mitokondriler hücrenin enerji üretim merkezleridir.

 

»         Matriks içinde pirüvat, a.a. ve yağ asitlerinin metobolizasyonu sonucu oluşan Asetil koenzim Asitrik asit siklüsüne girerek okside olur.

»         CO₂ FADH₂ ve NADH oluşur.

»         Bu reaksiyon sırasında oluşan yüksek enerjili elektronları taşıyan FADH₂ ve NADH ın elektronları mitokondri iç membranındaki taşıyıcı proteinler vasıtasıyla moleküler oksijene taşınır ve H₂O oluşur.

»         Elektronların transferi iç membranda bulunan 4 protein kompleksi tarafından gerçekleştirilebilir.

-NAD Dehidrogenaz                    -sitokrom e redüktaz

-Süksinat Dehidrogenaz               -sittokrom c oksidaz

 

»         Elektron transfer işlemlerinde sağlanan enerji kullanılarak matriksteki protonlar membran arası boşluğa yollanır. Burada bir proton gradiyenti oluşturulur.

»         Membran arası boşlukta toplanan protonlar beşinci protein kompleksi olan ATP sentetaz tarafından matrikse giderek ADP den ATP sentezlenir.

 

»         ATP sentetaz iki sübinitten oluşur. F₀ ve F₁

Fo iç membrana gömülüdür ve matriksteki F₁ ile etkileşir.

-Fo sübünitinden proton akışı sırasında F₁ de meydan gelen rotasyon hareketi ADP ve yüksek enerjili fosfat (Pi) gruplarının transferlerini katalizleyerek ATP sentezini sağlar. (Oksidatif Fosforilasyon)

 

»         Matrikse yollanan 4 proton başına 1 mol ATP sentezlenir.

»         Membranlar arası boşlukta hem pH hem de voltaj gradiyenti oluşur. (Elektrokimyasal gradiyent)

»         Bu gradiyent ATP sentezinin dışında moleküllerin transferi içinde kullanılır.

 

»         Voltaj gradiyenti (ADP/ATP antiportu): matrikste toplanan ATP (-4), ADP(-3) ye göre daha negatif olduğundan membranlar arası boşluğa dolayısıyla sitoplazmaya geçer.

 

»         Mitokondrinin bol olduğu kahverengi yağ dokusunda mitokondriyal iç membranda Termogenin adlı bir protein kanalı vardır. Bu kanal proteinin proton gradiyentinin oluşumuna olanak vermez ve oksidadif reaksiyonlardan sağlanan enerjiden ATP üretimi yerine ısı oluşumu gerçekleşir.

Termogenin miktarı çevre koşullarına bağlıdır. Soğukta yaşayan hayvanlarda termogenin miktarı fazladır.

 

»         Yeni doğanda vücut ısısının korunmasında kahverengi yağ dokusu önemlidir.

»         Bu süreçte nükleer genom major rol oynarç(%95)

 

»         Mitokondriler bakteriler gibi enine ve boyuna bölünerek çoğalırlar.

 

»         Replike olan DNA boğumlanma suretiyle ikiye bölünen mitokondrilere rasgele dağılır.

 

»         Mitokondriler hücrenin enerji ihtiyacına göre hücre bölünmesinden bağımsız çoğalırlar.

»         Mitokondriler hücre bölünmesi sırasında iki hücreye rasgele dağılırlar.

»         Mitokondrinin büyümesi membrana protein ve lipitlerin girmesi ile olur. Bu olay interfon sırasında devamlı olarak gerçekleşir. Mitokondriyal lipitlerin çoğu sitozolden alınır.

 

»         Fosfolipitler sitozolden fosfolipit transfer proteinler ile Matrikse transfer edilir.

(karışık olan yerlerin üzerinde fazla durmayınızJ )

MİTOKONDRİ BİOGENEZİ

Ø       Mitokondriyal proteinlerin çoğu sitoplazmik ribozomlarda sentezlendikten sonra özel sinyal dizileri (presequens: bazik a.a. dizisi) sayesinde mitokondrilere yönlendirilirler.

 

Ø       Mitokondriyal membranların temas terlerinde özel transport proteinlerce mitokondriyal membran ve kompartmanlara girerler.

 -Dış (Tom Kompleks)

 -İç (Tim Kompleks)

Diğer proteinler ise mitokondriyal ribozomlar tarafından sentezlenir.

 

MİTOKONDRİYAL GENOM

Ø       Mitokondri hücre genomundan ayrı bir genetik sisteme sahiptir.

 

Ø       Baktereial ve mitokondriyal genomu nükleer genomdan ayıran faktörler.

1)        Her iki genomda sirkülerdir.

2)       Her iki genomda intron yapısı yoktur.

3)       Mitokondriyal mRNA nın başına (CAP) ve sonuna (Polia A) eklentiler yapılmaz.

4)       Bazı mitokondriyal genom kodları nükleer genom kodlarından farklı anlam taşır.

 

Ø       Mitokondriyal DNA (mtDNA) nın organelde bir çok kopyası (2-12) vardır. Ortalama olarak bir hücrede bulunan mtDNA sayısı 1000-10.000 arasında değişir.

Ø       İnsan ve çoğu hayvan hücresinde mtDNA boyu yaklaşık 16,5 daltondur.

 

Ø       Mitokondriyal genom sirküler çift zincirli DNA da oluşur

-Ağır  (H) zincir

-Hafif (L) zincir.

Ø mtDNA nın ufak bir bölümü 3 zincirli DNA yapısındadır. Bu ücüncü zincir H zincirinin kısa bir segmentinin tekrarlayan sentezinden kaynaklanır.

 

Ø D lop bölgesi kodlanmayan bölgedir. Bu bölge içindeki H (P_H) ve (P_L) zincirlerinin protomor bölgeleri ve H (O_H) zincirinin replikasyon orjini vardır.

 

Ø H zinciri için (P_H) protomoru saat yönünde transkripsiyon gerçekleştirirken L zinciri için (P_L) protomoru saat yönünün tersine transkripsiyon gerçekleştirir.

 

Ø Mitokondriyal genomun ufak boyutu onun replikasyon oranını artırır.

 

Ø H ve L zincirlerinin replikasyonu farklı orjin noktalarından başlar ve tek yönde (üni directional) gerçekleşir. H zincirinin replikasyonu (O_H) önce başlar. (saat yönünün tersine)

 

Ø mtDNA nın %93 ü kodlanana dizilerden oluşmaktadır. Genler intron içermez ve zayıf oranda paketlenmiştir.

 

MİTOKONDRİYAL GENOM

Ø Mitokondriyal genomun ışık boyutu onun replikasyon oranını artırır.

Ø Mitokondriyal Genom 37 gen içerir.

-2rRNA geni

-22 tRNA geni

-13 elektron transportu ile oksidatif fosforilasyonla ilgili proteinlerin sübinitelerini kodlayan gen

 

Bu genlerden 28’i H zincirinde, 9’u L zincirinde yer alır.  Diğer proteinler nükleer genom tarafından kodlanıp mitokondriye transfer edilir.

 

Ø       Mitokondriningenetik kodu prokaryotik ve ökaryotik üniversal kodtan farklıdır. Hatta farklı organizmalar arasında bile farklılıklar gösterir. Bitki mitokondrisi üniversal kodu kullanır.

 

Ø       Üniversal kod ile farklılıkları

a)       UGA kodları mitokondride triptofan kodlarken, nükleer genomda “stop” kodonudur.

b)       AUA/AUU kodonları mitokondride metionin kodlarken nükleer genomda izolösin kodonudur.

c)       AGA/AGG kodonları mitokondride “stop” kodonu (diğer ikisi nükleer kodonda stop kodonu olan UAA ve uAG) iken nükleer genomda arginin kodonudur. 

Ø       Üniversal kodon sisteminde

-64 kodondan 61’ i 20 farklı a.a. kodlar.

-Aminoasit kodlayan bu 61 kodon minimum 32 tRNA tarafından tanınmaktadır.

 

-Mitokondriyal genomda ise

60 kodon a.a. kodlar (4 tane stop kodonu vardır.)

Bu 60 kodon sadece 22tRNA tarafından tanınır.

 

Ø       tRNA nın sayısına göre çok fazla miktarda kodon tanınması Wobble hipotezine göre olur.

Ø       Wobble hipotezi; tRNA antikodonunun 5’ ucundaki baz ile mRNA kodonunun 3’ ucundaki baz eşleşmesi normal baz eşleşmesinden daha esnektir.

Ø       Böylece 60 kodon 22 tRNA tarafından tanınır esnekliğe ulaşır.

Ø       tRNA nın tümü bazı istisnalar hariç mtDNA tarafından kodlanır.

Ø       Mitokondriyal ribozomların rRNA ları mtDNA tarafından kodlanırken ribozomal proteinler sitozolden transfer edilir.

 

Ø       Mitokondriyal ribozomlar sitoplazmik ribozomlardan ziyade bazı özellikleri ile bakteriyal ribozomlara benzer.

 

Ø       Mitokondri DNA nın tamir mekanizması zayıftır ve bu yüzden mutasyon oranı nükleer genomdan yaklaşık 10 kat yüksektir.

 

Ø       Mutant ve normal mitokondriyal DNA kopyalarının bir arada bulunması durumuna heteroplazmi denir. Heteroplazmi doku spesifik olabilir.

 

Ø       Kearns-Sayne sendromunda oksidatif fosforilasyon genlerinde delesyon tipi mutasyonlar heteroplazmik  olmaya meyilli iken,

-Laber sendromu aynı genlerde görülen mesense mutasyonlar sıklıkla homoplazmiktir.

 

Ø       mtDNA materenal olarak katılır, çünkü zigottaki mtDNA nın sadece 1/10.00’ i sperm kaynaklıdır.

 

Mitokondriyal Hastalıklar

-Bazı dokular (kalp, iskelet kası, merkezi sinir sistemi, böbrek) mitokondriyal enerji üretimine yüksek oranda bağlı olduğundan mtDNA mutasyonlarından (Nokta mutasyonları, delesyonlar, dublikasyonlar) daha fazla etkilenirler.

Bundan dolayı hastalıklar metabolizma ile ilişkilidir.

 

·         Yaşlanma süreci içersinde mtDNA mutasyonlarının birikmesine bağlı olarak oksidatif fosforilasyon sisteminin verimliliği düşer.

·         Geç başlangıçlı nörodejeneratif hastalıklar olan  Parkinson, Alzheimer ve Huntington’da mitokondriyal solunum zincir disfonksiyonu patogenezlerden biri olarak kabul edilir.

·         Bu hastalıklarda, yaşlanma ile birlikte dokuda mitokondriyal mutasyonlar gösterilmiştir.

Mitokondriyal Hastalıklar 

• Mitokondriyal hastalıkların nedeni mtDNA’nın primer mutasyonlarından kaynaklanmayabilir.
• Örneğin antikanser ilacı olan doxorubicin serbest radikaller üzerinden mtDNA’yı hasarlayabilir.
• Ayrıca  mitokondriyal fonksiyonların çoğu nükleer genom tarafından sağlandığından nükleer mutasyonlar da mitokondriyal fenotipi değiştirebilir.
• Örneğin mtDNA replikasyon enzimleri ile ilgili nükleer mutasyonlar mtDNA miktarının  azalmasına yol açmaktadır.

 

Çeşitli hastalıklarda görülen mtDNA mutasyonları 4 gruba ayrılabilir;

1) Missense mutasyonları 

 (Örn; LHON, Leigh sendromu)

 2. Protein sentezi (tRNA mutasyonları) mutasyonları  (Örn; MELAS, MERRF)

3. İnsersiyon/Delesyon mutasyonları

 (Örn; Pearson, Kearns-Sayre)

 4. Kopya sayısı mutasyonları

,

•    KLOROPLAST

•    5 - 10 μm uzunluğunda mitokondriye benzer şekilde 2 zarla çevrelenmiş bir organeldir.

•          İç ve dış zara ek olarak tilakoid zar adı verilen 3. bir zar sistemine sahiptir.

•          Tlakoid zar tlakoid olarak adlandırılan yassı keselerin oluşturduğu bir ağ sistemini meydana getirir.

•          Bu yassı keseler grana adı verilen bir yığın şeklini oluşturmak üzere düzenlenirler.

•          Bu 3. zar sistemlerinden dolayı kloroplastların iç düzeni mitokondrilerden daha karmaşıktır.

•           

•          Kloroplastların 3. zarı kloroplast içini 3 bölmeye ayırır.

•          (1) Kloroplast kılıfının iki zarının arasındaki zar arası alan

•          (2) tlakoid zarın dışında kılıfın içinde yer alan stroma,

•          (3) tlakoid lümen

•          Dış zar: Daha karmaşık yapıya sahip olmasına rağmen kloroplast dış zarı mitokondri dış zarı ile benzer göreve sahiptir. (Kemiozmotik ATO üretimi). Mitokondri dış zarı gibi küçük moleküllerin geçişine izin veren porinleri içerir.

•          İç zar : Mitokondriden farklı olarak iyon ve metabolitler kloroplasta sadece özel membran taşıyıcıları tarafından geçebilir. Her iki organelde de sitosol ve organelin içi arasında moleküllerin geçişi sınırlıdır.

•          Stroma: Mitokondri matriksine benzer. Kloroplast genetik sistemini ve fotosentez sırasında CO2’in karbonhidrata dönüşümünden sorumlu çeşitli metabolik enzimleri içerir.

•    Kloroplast ve mitokondri arasındaki yapı ve işlev bakımından en temel farklılık tlakoid zardır.

•    Bu zar mitokondri iç zarının üslendiği görevi - ATP’nin kemiozmotik üretimi ve elektron transportunu – yapar. Kloroplastın iç zarı fotosentezde işlevsel değildir. Bunun yerine kloroplast elektron transport sistemi tlakoid zarda yerleşmiştir ve protonlar bu zarı geçerek stromadan tlakoid lümene pompalanır. Oluşan elektrokimyasal gardient daha sonra protonlar stromaya geri dönerken ATP sentezini yönlendirir. Böylce metabolik enerji üretimi kloroplastlerin tlakoid zarı ile mit. İç zarı için özdeştir.

Kloroplastlar da fotosentetik bakterilerden evrimleştiklerinin bir göstergesi olarak kendi genetik sistemlerine sahip organellerdir.

Her organelde kopya sayıları farklı olan halkasal bir DNA molekülüne sahiptirler.

Kloroplast genomu mitokondri genomuna göre çok daha büyük ve karmaşık bir yapıya sahiptir.

120-160 kb uzunluğunda yaklaşık 120 gen içermektedir.

DİĞER PLASTİDLER

Bütün plastitler kloroplastlar gibi aynı genoma sahiptir.

Kloroplastlar fotosentez için özelleşmişlerdir ve sahip oldukları 3. zar sitemi, tlakoid zar sistemi, sadece kloroplastlara özgüdür.

Diğer plastitler bitki hücre metabolizmasında farklı işlevler için özelleşmiştir.