Mitokondriler

Açılış

Ders 02-05'te bir tahmin yapmıştık. Beş soruluk çerçeveyi enerji üreten organel üzerinde işletmiş ve dört sonuç çıkarmıştık:

• İç zarı katlanmış olmalı.
• Enerjinin harcandığı yere yakın durmalı.
• Çok enerji harcayan hücrelerde bol olmalı.
• Zarla çevrili bir bölme olmalı.

Bu ders o tahminleri sınıyor. Ve dördü de doğru çıkıyor.

Bu, kursun ana iddiasının kanıtı: organeller ezberlenecek yapılar değil. Hangi sorunu çözdüklerini bilirsen, neye benzeyeceklerini önceden söyleyebilirsin.

Ama mitokondrinin bir özelliği daha var ve o tahmin edilemezdi — dersin sonunda göreceğiz.

Bu derste ne olacak

Önce yapıyı görüp tahminleri sınayacağız. Sonra çift zarın neden gerekli olduğunu ele alacağız. Ardından iç zarın katlanmalarının hesabını yapacağız. Sonra konum ve sayı örüntülerine bakacağız. Son olarak tahmin edilemeyen özelliğe geçeceğiz: mitokondrinin kendi genetik malzemesi.

Sıfır noktası

Yapısı:

Ve dış ile iç zar arasında bir aralık bulunur — yani mitokondride iki ayrı bölme var: zarlar arası aralık ve matriks.

İki bölme olması bir tesadüf değil ve bir sonraki başlığın konusu.

Mekanizma

Neden çift zar

Ders 02-05'teki tahminimiz "zarla çevrili bir bölme" demişti. Ama gerçekte iki zar var. Neden?

Cevap, enerji üretiminin nasıl çalıştığında.

Enerji üretiminin son aşaması bir derişim farkı kuruyor: belirli parçacıklar bir bölmeden diğerine pompalanıyor ve iki taraf arasında bir fark oluşuyor. Sonra bu fark, enerji üretmek için kullanılıyor.

Ve fark kurmak için bir zarın iki yanında iki ayrı bölme gerekiyor: pompalanan tarafın ve alınan tarafın ayrı olması şart. Mitokondride bu fark iç zarın iki yanında — matriks ile zarlar arası aralık arasında — kuruluyor.

Yani mekanizmanın zorunlu koşulu sızdırmaz bir iç zar. Dış zar görece geçirgen; farkı o korumuyor. Tek zarlı bakteriler de aynı farkı kendi hücre zarlarının iki yanında kuruyor. Çift zarın varlığı işlevden çok, dersin sonunda göreceğimiz kökenle ilgili.

Bu, Ders 02-06'da hücre zarı için kurduğumuz cümlenin bir başka uygulaması: zarın ilk işi farkı korumaktır. Orada iç ortam ile dış ortam arasındaki fark korunuyordu; burada iki iç bölme arasında bir fark kuruluyor.

Ve iki zarın özellikleri de farklı:

• Dış zar görece geçirgen — küçük moleküller kolayca geçer.
• İç zar çok seçici — fark ancak böyle korunabilir.

Bu fark, Ders 02-08'deki kuralın bir örneği: zarın işi, üzerindeki proteinlerden okunur. İç zar, fark kurmak için gereken pompaları taşıyor; dış zar taşımıyor.

Kristaların hesabı

Ders 02-05'teki ilk tahminimiz: iç zar katlanmış olmalı.

Gerekçe basitti — enerji üretiminin son adımları zar yüzeyinde gerçekleşiyorsa, çok yüzey gerekir.

Ve gerçekten öyle: iç zar, matrikse doğru derin katlanmalar yapıyor. Bu katlanmalar iç zarın yüzey alanını kat kat artırıyor.

Bu, kursta beşinci kez karşımıza çıkan çözüm:

1. Mikrovilluslar (Ders 02-09)
2. Bazal kıvrımlar (Ders 02-11)
3. Lateral girintiler (Ders 02-11)
4. GER'in yassı keseleri (Ders 02-20)
5. Mitokondri kristaları

Beş yer, tek ilke: iş yapılan her yerde yüzey artırılır.

Ve buradan doğrudan bir çıkarım kuralı doğuyor:

Krista yoğunluğu, mitokondrinin ne kadar enerji ürettiğini gösterir.

Çok enerji harcayan hücrelerin mitokondrilerinde kristalar sık ve derindir. Az harcayan hücrelerde seyrek.

Yani mitokondrilerin sayısı kadar iç yapısı da bilgi veriyor. İki ayrı gösterge:

• Sayı → hücrenin toplam enerji ihtiyacı.
• Krista yoğunluğu → her mitokondrinin üretim kapasitesi.

Bu ayrım, Ders 02-08'de zar proteinleri için kurduğumuz "ne kadar / hangisi" ayrımıyla aynı yapıda: miktar bir şey, iç düzen başka bir şey söyler.

Konum ve sayı örüntüleri

Ders 02-05'teki diğer iki tahmin: enerjinin harcandığı yere yakın durmalı ve çok enerji harcayan hücrelerde bol olmalı.

İkisi de doğru ve somut örnekleri var:

Konum:

• Kas hücrelerinde kasılma yapılarının arasına dizilirler.
• Çok taşıma yapan hücrelerde bazal kıvrımların arasına yerleşirler (Ders 02-11).
• Sinir hücrelerinde iletimin yoğun olduğu bölgelerde toplanırlar.

Üçünde de aynı mantık: kaynak, harcandığı yerin yanında bulunur. Ders 02-21'de sarkoplazmik retikulum için kurduğumuz ilkenin aynısı.

Sebebi de aynı: hız isteniyorsa mesafe kısaltılır. Enerji taşıyan molekül uzaktan gelirse gecikme olur.

Sayı:

Enerji ihtiyacı yüksek hücrelerde mitokondri sayısı yüksektir. Ve bu sayı sabit değil — ihtiyaç değişince sayı da değişebilir.

Bu, Ders 02-16 ve 02-21'de kurduğumuz gözlemin bir örneği daha: kapasite sabit değil, ayarlanabilir.

Hareketli ve değişken bir organel

Bir ayrıntı, mitokondriyi ders kitabı çizimlerinden ayırıyor.

Çizimlerde mitokondri, ayrı ayrı duran fasulye biçimli yapılar olarak gösterilir. Gerçekte durum daha akışkan:

• Hareket ederler. Hücre iskeleti üzerinde taşınırlar (Ders 02-31) ve ihtiyaç duyulan yere giderler.
• Birleşip ayrılabilirler. İki mitokondri birleşip tek olabilir; bir mitokondri bölünüp iki olabilir.
• Ağ oluşturabilirler. Bazı hücrelerde ayrı yapılar değil, birbirine bağlı bir ağ hâlindedirler.

Üçüncü madde, kitap çizimlerinden en çok sapan nokta. Ve bir uyarı içeriyor:

Ders kitabı çizimi bir idealleştirmedir — Ders 02-02'de kurduğumuz uyarının bir örneği daha: tipik olan, her zaman görülen değildir.

Birleşip ayrılabilmenin bir işlevi var: hasarlı bölümler ayrılıp temizlenebiliyor, sağlam bölümler birleşip içerik paylaşabiliyor. Yani bu hareketlilik bir bakım mekanizması.

Tahmin edilemeyen özellik

Kapanış ve dersin en sıra dışı kısmı.

Mitokondrinin kendi genetik malzemesi var. Çekirdekten ayrı, kendine ait bir bilgi taşıyor. Ve kendi ribozomları var; bazı proteinlerini kendisi üretiyor.

Bu, Ders 02-05'teki çerçeveyle tahmin edilemezdi. İşlevden yola çıkarak "enerji üreten bir organelin kendi genetik malzemesi olmalı" sonucuna varılamaz.

O hâlde neden böyle?

Açıklama işlevsel değil, tarihsel: mitokondrinin, bir zamanlar bağımsız yaşayan bir organizmadan geldiği düşünülüyor. Bu organizma başka bir hücrenin içine yerleşmiş ve zamanla organel hâline gelmiş.

Bu açıklamayı destekleyen gözlemler var: çift zar, kendi genetik malzemesi, kendi ribozomları, kendi başına bölünebilmesi.

Ve buradan dersin en önemli kavramsal sonucu çıkıyor — Ders 02-05'te sınır olarak koyduğumuz maddenin somut kanıtı:

Her yapının temiz bir işlevsel gerekçesi yoktur. Bazı özellikler tarihsel sebeplerle oradadır.

Ders 02-05'te "her özelliğe bir amaç atfetmek bir tuzaktır" demiştik. Mitokondrinin genetik malzemesi bu tuzağın en net örneği: "neden kendi genetik malzemesi var?" sorusunun cevabı "çünkü şu işe yarıyor" değil, "çünkü öyle geldi."

Ve bu, Ders 01-50'de kurduğumuz ilkeyle birleşiyor: bir yapıyı anlamak için nereden geldiğini sor. Orada gelişimsel köken, burada çok daha eski bir köken — ama aynı soru.

Bir not daha: mitokondri anneden aktarılır. Yani bu genetik malzeme, çekirdektekinden farklı bir yol izler ve bu, soy takibinde kullanılan bir özelliktir.

Kendin dene

Toparlayalım

• Ders 02-05'teki dört tahmin de doğru çıktı: zarla çevrili bölme, katlanmış iç zar, harcama yerine yakın konum, çok enerji harcayan hücrelerde bolluk.
• Mekanizmanın zorunlu koşulu SIZDIRMAZ İÇ ZAR: derişim farkı, iç zarın iki yanındaki bölmeler arasında kurulur; çift zarın kendisi kökenle ilgilidir.
• Dış zar görece geçirgen, iç zar çok seçicidir — fark ancak böyle korunur.
• Zarın işi, üzerindeki proteinlerden okunur: iç zar pompaları taşır, dış zar taşımaz.
• Kristalar iç zarın yüzeyini kat kat artırır — kursta beşinci kez aynı çözüm: iş yapılan her yerde yüzey artırılır.
• İki ayrı gösterge: SAYI hücrenin toplam enerji ihtiyacını, KRİSTA YOĞUNLUĞU her mitokondrinin kapasitesini söyler.
• Konum örüntüsü: kaynak, harcandığı yerin yanında bulunur — hız isteniyorsa mesafe kısaltılır.
• Sayı sabit değil, ihtiyaca göre değişir; kapasite ayarlanabilir.
• Ders kitabı çizimleri idealleştirmedir: gerçekte mitokondriler hareket eder, birleşip ayrılır, ağ oluşturur.
• Birleşip ayrılabilmek bir bakım mekanizmasıdır: hasarlı bölüm ayrılıp temizlenir, sağlam bölümler içerik paylaşır.
• Mitokondrinin KENDİ GENETİK MALZEMESİ ve kendi ribozomları vardır.
• Bu özellik işlevden TAHMİN EDİLEMEZ; açıklaması tarihseldir — bir zamanlar bağımsız yaşayan bir organizmadan geldiği düşünülüyor.
• Her yapının temiz bir işlevsel gerekçesi yoktur; bazı özellikler tarihsel sebeplerle oradadır.
• "Her özelliğe bir amaç atfetmek" tuzağının en net örneği budur.
• Bir yapıyı anlamak için nereden geldiğini sor — bu kez çok daha eski bir köken.

Bir sonraki derste hücrenin parçalayıcı ve temizleyici organellerine geçiyoruz: lizozomlar ve peroksizomlar.