Alper Demirezen
Giriş
İnsan hücrelerindeki mitokondri organelinde cereyan eden Hücresel Solunum Reaksiyonu’nda oksijen molekülleri kullanılmaktadır ve bu bir ihtiyaçtır. Elektron Taşıma Zinciri (ETS) olarak da bilinen bir dizi reaksiyondan oluşan hücresel proseste elektronlar, hücrelere iletilir ve hücrelerin hayati fonksiyonlarını yerine getirmeleri için enerji veren ATP moleküllerinin sentezini gerçekleştirmiş olmaktadırlar. ETS reaksiyonunda terminal elektron alıcısı olan oksijene aktarım gerçekleştikten sonra iki elektron kalmaktadır. Bu reaksiyonun son basamağıdır ve reaksiyonun daha fazla elektron ile gerçekleşmesini sağlamaktadır.
Bilim insanlarının geçmişte yaptıkları çalışmada, hücrelerin oksijen yokluğunda ETS reaksiyonun bazı işlemlerinin gerçekleştiğini gözlemlemişlerdir. Whitehead Enstitüsü Doktora Sonrası Araştırmacısı Jessica Spinelli, bu konu ile alakalı olarak ETS’nin son basamağında oksijen molekülünün elektron alıcısı olmasa bile mitokondrinin kısmi fonksiyonlara sahip olabileceğini bildirmiştir.
2 Aralık günü Science Bilim Dergisi’nde, Spinelli liderliğindeki Whitehead Enstitüsü bilim insanlarının ve meslektaşlarının yürüttükleri çalışmanın makalesinde bu durumu anlamaya yönelik gözlemler olduğu bildirilmiştir. Araştırmalarında gözlemledikleri bir olay ise hücrelerin oksijen yokluğu esnasında fumarat isimli molekülün devreye girip mitokondriyal fonksiyonu sağlayabilmek için terminal elektron alıcısı görevini yürüttüğü görülmüştür.
Eski Whitehead Üyesi David Sabatini’nin laboratuvarında yürütülen ve tamamlanmış çalışma, hücresel metabolizma sahasında bilinmeyen bir gerçeği gün yüzüne çıkarmakla birlikte İskemi, Diyabet ve Kanser gibi düşük oksijen seviyesi ile ortaya çıkan hastalıklara da alternatif bir açıklama sağlamaktadır.
Hücresel Rölede Yeni Bir Koşucu
Bilim insanları, hem normal seviyedeki hem de düşük seviyedeki oksijen miktarlarına sahip hücrelerin “metabolit” moleküllerini ölçmek için Kütle Spektrometresi’ni kullanarak oksijensiz hücrelerin mitokondriyal fonksiyonlarını nasıl koruduklarını araştırmaya da başlamışlardır. Araştırmacılar, hücreler oksijenden mahrum kaldıklarında süksinat olarak bilinen bir molekülün yüksek seviyelerde olduğunu gözlemlemişlerdir.
Elektron Taşıma Zinciri’nin sonunda oksijene elektron eklenince, iki proton almakta ve suya dönüşmektedir. Fumarata elektron eklenince de, süksinat meydana gelmektedir. Araştırmanın lideri olan Spinelli, oluşan bu süksinat birikiminde esasen bir elektron alıcısı olarak kullanılmakta olan fumarattan kaynaklanıyor olabileceğini hipokside mitokondriyal fonksiyonların korunduğunu düşündüklerini ifade etmiştir.
Genel olarak, fumarat-süksinat reaksiyonu hücrelerde farklı olarak ilerlemektedir. SDH isimli protein, bazlı kompleks elektronları süksinattan alır ve fumarattan bırakmaktadır. Bu durumun tam tersinin gerçekleşmesi için, SDH Kompleksi’nin de tam tersi işlev görmesi gerekmektedir. Spinelli, SDH Kompleksi’nin bir miktar fumarata indirgemesini katalize ettiği bilinmesine rağmen bu kompleksin net bir tersine çevrilmesinin termodinamik olarak imkansız olduğunu düşündüklerini beyan etmiştir. Fumarat molekülü, alt ökaryotik organizmalarda elektron alıcısı olarak kullanılmaktadır ancak tamamen farklı enzimler ve elektron taşıyıcıları olarak kullanılmaktadır. Memelilerin bunların herhangi birisine sahip olup olmadıkları net bir şekilde bilinmemektedir.
Buna ilave olarak, araştırmacı bilim insanları yürüttükleri bir dizi deney sayesinde büyük bir ihtimal ile düşük oksijen koşullarında ubikinol isimli bir maddenin birikmesinden dolayı kültüre edilmiş hücrelerde gerçekten ters yönde çalıştığını gözlemlemişlerdir.
Spinelli ve meslektaşları bu çalışmaları, kültüre edilmiş hücrelerde test ettiler ardından da fumaratın gerçekten de terminal elektron taşıyıcısı olup olmadığını gözlemlemek için fare modellerinde uygulamayı tercih etmişlerdir.
Araştırma ekibi, fare modellerinde dokuların tümünde olmasa bile bazılarında SDH Protein Bazlı Kompleksi tersine çevirebildiler ve fumaratın terminal elektron alıcısı olarak kullanıp mitokondriyal fonksiyonları yerine getirebilmişlerdir.
Doku Örnekleri Üzerine Yapılan Gözlemler
Beyinden, karaciğerden ve böbrekten alınan doku örnekleri ile yapılan çalışmalar da, SDH Kompleksini fizyolojik oksijen seviyelerinde bile geriye doğru çalıştığı gözlemlenmiştir. Bu dokular, normal işleyişlerini sürdürmek için hem fumaratı hem de oksijeni tüketiyorlardı ve oksijenin yokluğunda fumarat gerçekten de bir terminal elektron alıcısı olarak işlev görmekteydi. Buna karşılık kalp ve iskelet kası gibi dokular, SDH Kompleksi’ni tersine çevirmeden minimal fumarat indirgemesi oluşturabilmektedir.
Spinelli ve arkadaşlarının yürüttükleri çalışmaya ait süreçte, farklı dokuların bu işleyişi nasıl sürdürdüklerini ve SDH Protein Bazlı Kompleksin ters yönde çalışıp çalışmadığını analiz etmek ve bunu da hastalık ortamında gözlemleyebilmek adına yapılacak olan çalışmaların heyecan verici olacağını bildirmişlerdir. Spinelli özellikle, kanser hücrelerinde SDH Kompleksi’nin davranışını incelemektedir.
Kaynak: https://phys.org/news/2021-12-tissues-oxygen.html
Görsel Kaynak: https://phys.org/news/2021-12-tissues-oxygen.html
Editör: Doğa DEMİRBAŞ