Hücrenin güç merkezleri: Moleküler makineler verimli enerji üretimini mümkün kılıyor

Özet: Mitokondriler hücrelerimizdeki güç merkezleridir ve tüm yaşamsal süreçler için enerji üretirler. Araştırmacılar kriyo-elektron tomografisi kullanarak mitokondrinin mimarisi hakkında daha önce görülmemiş bir çözünürlükte bilgi sahibi oldular. Enerji üretiminden sorumlu proteinlerin, hücrenin enerjisini sağlamada çok önemli bir rol oynayan büyük 'süper kompleksler' halinde bir araya geldiğini keşfettiler.

Ayrıntılı Açıklama

Mitokondriler hücrelerimizdeki güç merkezleridir ve tüm yaşamsal süreçler için enerji üretirler. İsviçre'nin Basel Üniversitesi'ndeki araştırmacılar kriyo-elektron tomografisi kullanarak mitokondrinin mimarisi hakkında daha önce görülmemiş bir çözünürlükte bilgi sahibi oldular. Enerji üretiminden sorumlu proteinlerin, hücrenin enerjisini sağlamada çok önemli bir rol oynayan büyük "süper kompleksler" halinde bir araya geldiğini keşfettiler.

Gezegenimizdeki çoğu canlı organizma -bitki, hayvan ya da insan- hücrelerinde mitokondri bulundurur. Mitokondrilerin ana işlevi neredeyse tüm hücresel süreçler için enerji sağlamaktır. Bunu başarmak için mitokondriler, hücrelerin evrensel enerji para birimi olan ATP'yi yeniden üretmek için soluduğumuz oksijeni ve gıdalardan alınan karbonhidratları kullanır. Bu işlev, enerji üretme sürecinde birlikte çalışan solunum kompleksleri olarak bilinen proteinler tarafından gerçekleştirilir.


Bu solunum kompleksleri 70 yıl önce keşfedilmiş olmasına rağmen, mitokondri içindeki tam organizasyonları şimdiye kadar anlaşılamamıştı. Basel Üniversitesi Biozentrum'da Dr. Florent Waltz ve Prof. Ben Engel liderliğindeki araştırmacılar, son teknoloji kriyo-elektron tomografisini kullanarak, solunum zincirinin doğrudan hücrelerin içinde daha önce hiç ulaşılmamış bir çözünürlükte yüksek çözünürlüklü görüntülerini oluşturmayı başardılar. Çalışmanın sonuçları "Science" dergisinde yayınlandı.


Hücrenin güç merkezlerine dair yeni bilgiler


SNSF Ambizione Üyesi ve çalışmanın ilk yazarı Florent Waltz, "Verilerimiz, solunum proteinlerinin mitokondrinin belirli zar bölgelerinde organize olduğunu, birbirine yapıştığını ve bir ana süper kompleks türü oluşturduğunu gösteriyor" diyor ve ekliyor: "Elektron mikroskobunu kullanarak, bireysel süper kompleksler açıkça görülebiliyordu - yapılarını ve nasıl çalıştıklarını doğrudan görebiliyorduk. Solunum süper kompleksleri mitokondriyal zar boyunca proton pompalar. Bir su değirmenine benzer şekilde hareket eden ATP üretim kompleksleri, ATP üretimini yönlendirmek için bu proton akışını kullanır."


Verimli enerji üretimi için mitokondriyal mimari


Araştırmacılar Chlamydomonas reinhardtii alginin canlı hücrelerindeki mitokondrileri inceledi. Waltz, "Tüm proteinlerin aslında bu tür süper kompleksler halinde organize olması bizi çok şaşırttı" diyor ve ekliyor: "Bu mimari ATP üretimini daha verimli hale getirebilir, elektron akışını optimize edebilir ve enerji kaybını en aza indirebilir."


Süper komplekslere ek olarak, araştırmacılar mitokondrinin zar mimarisini de daha yakından inceleyebildiler. Engel, "Bir şekilde akciğer dokusunu andırıyor: iç mitokondriyal zarlar, mümkün olduğunca çok sayıda solunum kompleksine uyacak şekilde yüzey alanını artıran birçok kıvrıma sahip" diyor.


Evrim ve sağlık üzerine perspektifler


Araştırmacılar gelecekte, solunum komplekslerinin neden birbirine bağlı olduğunu ve bu sinerjinin hücresel solunum ve enerji üretiminin verimliliğini nasıl artırdığını ortaya çıkarmayı hedefliyor. Çalışma ayrıca biyoteknoloji ve sağlık için yeni bilgiler sunabilir. Waltz, "Bu komplekslerin mimarisini diğer organizmalarda inceleyerek, temel organizasyonları hakkında daha geniş bir anlayış kazanabiliriz" diyor. "Bu sadece evrimsel adaptasyonları ortaya çıkarmakla kalmaz, aynı zamanda bu komplekslerdeki bozulmaların neden insan hastalıklarına katkıda bulunduğunu anlamamıza da yardımcı olabilir."

Kaynak: University of Basel