ELEKTRON TRANSPORT ZİNCİRİVE OKSİDATİF FOSFORİLASYON

Doç.Dr.REMİSA GELİŞGEN

OKSİDATİF FOSFORİLASYON

Metabolik yakıt maddelerinin (glukoz, yağ asidleri, amino asidler gibi elektron vericileri) enzim katalizli oksidasyonu ile elde edilen elektronlar koenzimnükleotidleri olan NAD+, FMN , FAD gibi elektron taşıyıcılarına aktarılır.

Oluşan indirgenmiş nükleotidler ( NADH + H+, FADH2) elektronları mitokondride bulunan elektron transport zinciri (solunum zinciri) adı verilen bir grup özelleşmiş elektron taşıyıcılarına aktarırlar. Solunum zincirinde bir dizi kompleks üzerinden elektronlar moleküler oksijene taşınmakta ve moleküler oksijen suya indirgenmektedir.

Elektronlar, elektron transport zincirinde ilerledikçe serbest enerjilerinin büyük bölümlerini kaybederler.Elektron transportu, protonların (H+) matriksten membranlar arasıboşluğa taşınması ile birlikte gerçekleşir ve elektron transfer enerjisinin çoğu matriks dışına proton pompalamak için kullanılır. Bu membran boyunca bir proton gradientinin oluşmasına neden olur. Böylece elektron transfer enerjisi membran boyunca proton gradientişeklinde korunur, depolanır.Elektronların NADH ve FADH2’den moleküler oksijene aktarılmasısırasında elde edilen ve proton gradienti şeklinde depolanan enerji yani proton motive kuvvet, ATP sentezi için gerekli olan enerjiyi sağlar. Bu olay oksidatif fosforilasyon olarak tanımlanır.

Mitokondri

Membranlar arası boşluk ile ayrılmış iki membrandan oluşmaktadır. Mitokondri içmembranının çevrelediği bölge matriks adını alır.

Dış membran: Küçük moleküller ve iyonlar serbestçe geçerler. Porin adı verilen proteinler tarafından oluşturulan transmembrankanallardan serbestçe girer ve çıkarlar.

İç membran : İç membran kıvrımları; krista adı verilen yapılar yüzey alanını artırır.Seçici geçirgenlik gösterir.ATP, ADP, piruvat gibi küçük moleküllerin çoğuna ve H+, Na+ , K+ gibi iyonlara karşıgeçirgen değildir. İç membranı özel taşıyıcısıolanlar geçebilir. Elektron transport zinciri bileşenleri(kompleks I-IV)ADP-ATP translokazlarFoF1 ATP sentaz ( kompleks V )Piruvat ve yağ asitlerinin taşınmasında görevli proteinler Diğer taşıyıcı sistemler

Matriks : Piruvat dehidrogenaz kompleksiSitrik asid siklusunun enzimleriYağ asidi β- oksidasyon enzimleriAmino asid oksidasyon enzimleriDNA , ribozomlarDiğer birçok enzimATP, ADP , Pi, Mg +2, Ca+2, K+

NAD+, FADBirçok çözünür metabolit

Elektronlar ortak elektron alıcılarına akar

Oksidatif fosforilasyon elektronların elektron transport zincirine girişleriyle başlar. Bu elektronların çoğu dehidrogenaz aktivitesi ile açığa çıkmaktadır.Spesifik substratlarına etki eden dehidrogenazlar açığa çıkardıkları elektronları (indirgeyici eşdeğerleri) ortak elektron alıcılar olan; nikotinamid nükleotidleri (NAD+, NADP) veya flavinnükleotidlere (FMN veya FAD) aktarırlar.

NAD-bağımlı dehidrogenazlar:

α – ketoglutarat dehidrogenaz , MMalat dehidrogenaz , M ve SPiruvat dehidrogenaz , MGliseraldehid 3-fosfat dehidrogenaz , SLaktat dehidrogenaz , Sβ- Hidroksiaçil-KoA dehidrogenaz , M

NADP-bağımlı dehidrogenaz:

Glukoz-6-fosfat dehidrogenaz, S

NAD veya NADP- bağımlı dehidrogenazlar:

Glutamat dehidrogenaz , Mİzositrat dehidrogenaz , M ve S

NADH ve NADPH, dehidrogenazlardan serbestçe ve geri dönüşümlü olarak ayrılabilir. Suda çözünen elektron taşıyıcılarıdır.NAD+-bağımlı dehidrogenazlar substratlarından 2 H atomu çıkarır bunlardan biri hidrid iyonu olarak NAD aktarılır, diğeri ortama H+ olarak salınır.NADH yıkım reaksiyonlarından aldığı elektronlarıkendisinin solunum zincirine giriş noktasına kadar taşır.NADH 2e- NADH dehidrogenaz kompleksi

(Kompleks I) NADPH ise genellikle anabolik reaksiyonlara elektron sağlar.NADH ve NADPH mitokondri iç membranını geçemez, fakat elektronlar membranı mekik sistemleri ile geçerler.

Flavinli dehidrogenazlar (Flavoproteinler)

Yapısında çok sıkı bazen kovalent bağlı flavin nükleotid: FMN veya FAD içerir. Okside flavin nükleotid bir elektron alır (semikinon formu oluşur) veya iki elektron alabilir (FMNH2 veya FADH2oluşur).Flavin nükleotid, flavoproteinin aktif bölgesinin bir kısmıdır, elektron transfer reaksiyonunda yer alan bir ürün veya reaktan değildir. Flavoproteinler bir ya da iki elektron transferi yapabilir.Süksinat dehidrogenaz ( FAD , Fe-S )Açil KoA dehidrogenaz ( FAD , Fe-S ) Gliserol-3-fosfat dehidrogenaz ( FAD )

NAD ve flavoproteinler dışında elektron transport zincirinde 3 tipelektron taşıyan molekül fonksiyon yapmaktadır:

Ubikinon (hidrofobik kinon )Sitokromlar (Hemoprotein, hem demiri içerir)Demir-sülfür proteinleri (Hem dışı demir içerir)

Demir-sülfür proteinleri:

Demir hem yapısında bulunmaz.1 elektronun transfer edildiği reaksiyonlarda görev alırlar.Genellikle iyi elektron vericidirler.Kompleks I, II ve III Fe-S proteinleri içerirler.Flavoproteinlere ve sitokrom b’ye eşlenikdir.

Ubikinon (Koenzim Q veya Q)

Uzun izoprenoid yan zincire sahip, yağda eriyen bir benzokinondur.Plastokinon ( bitki kloroplastlarında ) , menakinon(bakterilerde) ubikinon benzeri yapılardır.Ubikinon mitokondrial lipidlerin bir yapıtaşıdır.Yapı olarak E ve K vitaminlerine benzer.Solunum zincirinin tek lipid yapılı komponentiUbikinon ( Q ) bir elektron alarak semikinon radikali (QH•) veya iki elektronla Ubikinol’e (QH2) dönüşebilir.

UbikinonFlavoproteinler gibi, iki elektron vericisiyle bir elektron alıcısı arasında kavşak gibi görev yapan bir taşıyıcıdır.Küçük ve hidrofobik olduğundan mitokondri içmembranının lipid çift tabakasından serbestçe geçebilir.İç membranın hareketli elektron taşıyıcısıdır.Hem elektron hem de proton taşıyabilir, bu nedenle proton hareketi ile eşleşen elektron akışında önemli bir rol oynar.Solunum zincirinde, daha sabit flavoproteinkomplekslerinden indirgeyici ekivalanları toplayıp sitokromlara taşır. ( hareketli yapısı nedeniyle )

Sitokromlar

Prostetik grup: demir içeren HemPorfirinFe2+/ Fe3+

Demir içeren Hem gruplarından dolayı görünür ışıkta karekteristikabsorbsiyon gösteren proteinlerdir.porfirin halkasının konjuge çift bağ sistemiMitokondride ışık absorbsiyon spektrumundaki fark ile ayırt edilebilen 3 tip sitokrom bulunmaktadır.a, b ve c tipi sitokromlar.İndirgenmiş sitokromlar (Fe2+) görünür bölgede 3 absorbsiyon bandı verir.Sitokrom tip a, b ve tip c‘ nin bazıları iç mitokondri membranınınintegral proteinleridir.Sitokrom c ise iç membranın dış yüzeyinde yer alır , suda çözünen tek sitokromdur , hareketlidir.

Sitokromların prostetik grupları

b tipi sitokromlarDemir protoporfirin IX(Hemoglobin, miyoglobin)

a tipi sitokromlarHem APirol halkalarından bir tanesine izoprenoid bir zincir bağlı

c tipi sitokromlarHem CPirol halkalarının iki tanesi tiyoeter bağları ile proteine (sistein ) kovalan bağlı

Elektron transport zinciri bileşenleri :

Piruvat, yağ asidleri ve amino asidlerin yıkılımıile oluşan Asetil CoA , mitokondri matriksindesitrik asid siklusuna katılmakta ve sitrik asidsiklusunda oluşan NADH ve FADH2 içmitokondrial membranda bulunan elektron transport zincirine indirgeyici ekivalanlarıaktarmaktadır.

İç mitokondrial membranda bulunan elektron transport zincirinde 4 ayrı elektron taşıyıcı kompleks yer almaktadır.

Her biri zincirin bir yerinde elektron transferini katalizler

Kompleks I : ( NADH : ubikinon oksidoredüktaz veya NADH dehidrogenaz )NADH ubikinon

Kompleks II : ( süksinat dehidrogenaz veya süksinat : ubikinonoksidoredüktaz )

Süksinat ubikinonKompleks III : ( sitokrom bc1 kompleksi veya ubikinon : sitokrom c

redüktaz)Ubikinon sitokrom cSitokrom b ve c1 ile hem yapısında olmayan Fe-S proteininden ( Rieske demir kükürt proteini ) oluşur.

Kompleks IV : (sitokrom oksidaz veya sitokrom aa3 )Sitokrom c O2

Fo F1 ATP Sentaz : Kompleks V, ATP Sentezi

Zincirin organizasyonu

Mitokondrial elektron transport zinciri, birbiri ardı sıra fonksiyon yapan elektron taşıyıcıları serisidir, çoğu prostetik grupları ile bir ya da iki elektron alabilen ve verebilen integral proteindir.Elektronlar daha düşük redüksiyon potansiyeline ( Eo’ ) sahip olan taşıyıcıdan daha yüksek redüksiyon potansiyeli olan taşıyıcıya doğru akış gösterirler.Elektronegatif 2e- daha elektro pozitifElektron transport zinciri komponentleri ( elektron taşıyıcıları ) standart redüksiyon potansiyelleri ( Eo’ ) ‘ne göre sıralanması:

NADH Q sitokrom b sitokrom c1sitokrom c sitokrom a sitokrom a3 O2

Mitokondrial elektron transport zincirinin protein komponentleri

enzim kompleksi kütle alt birim sayısı prostetik grup(lar)(kDa)

I. NADH dehidrogenaz 850 42 FMN , Fe-SII. Süksinat dehidrogenaz 140 5 FAD , Fe-SIII. Ubikinon : sitokrom c 250 11 Hemler , Fe-S

oksidoredüktazsitokrom c* 13 1 Hem IV. Sitokrom oksidaz 160 13 Hemler ; CuA, CuB

*sitokrom c bir enzim kompleksi parçası değildir. Kompleks III ve IV arasında

serbestçe hareket eden, suda çözünür bir proteindir.

Elektron transport zincirinde elektronların akışı :

Elektron transportu, oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarını kapsar.ΔGº’ = - n F ΔEº’Kompleks I ( NADH : ubikinon oksidoredüktaz, NADH dehidrogenaz )

FMN içeren flavoprotein ve en az 6 demir-sülfür merkezi bulunur.Elektron transport zincirine Kompleks I üzerinden giren NADH’ dan elektronlar, ubikinona aktarılmaktadır.NADH-ubikinon oksidoredüktaz :

1. NADH’tan bir hidrid iyonunun ubikinona ekzergonik transferi ve bir protonun matriksden transferi

NADH + H+ + Q NAD+ + QH22. Matriksden 4 protonun membranlar arası boşluğa endergonik

transferi

Kompleks I , elektron transfer enerjisi tarafından yönetilen bir proton pompası gibi çalışır.Matriks (-) , membranlar arası boşluk (+) yüklü hale gelir.

NADH + H FMN Fe-S ubikinon ( koenzim Q veya Q )Kompleks I

Ubikinol ( QH2 , tam indirgenmiş form ) mitokondri iç membranındakompleks I’ den kompleks III’e doğru diffüze olur, kendi Q’ ya oksitlenirken H+’ da dışarı çıkar.Amital ( barbitürat )Rotenon ( bitkisel insektisid )Piericidin A ( antibiyotik ) tarafından inhibe edilir.Elektronların Fe-S merkezlerden ubikinona akışınıengellemektedirler.

Kompleks II ( süksinat dehidrogenaz veya süksinat: Ubikinon oksidoredüktaz )

Sitrik asid siklusundaki membrana bağlı tek enzimdir.Kompleks I’den daha küçük ve basittir.2 tip prostetik grup içerir; FAD ve 4 demir atomlu bir Fe- S merkezi En az 4 farklı protein bulunur.Sitrik asid siklusu ara metaboliti olan süksinattanelektronları FAD’ ye sonra Fe-S merkezler üzerinden ubikinon’a aktarır.Oksaloasetat ve malonat suksinattan , kompleks II’ ye elektron akışını engeller.Karboksin ve thenoilfluoroaseton ( TTFA ) kompleks II’ den , Q’ ya elektron akışını engeller.

Mitokondrideki dehidrogenazların diğer substratları, elektronlarısolunum zincirine kompleks II üzerinden değil, ubikinon basamağından aktarırlar:Açil KoA dehidrogenaz: substratından elektronları FAD’aelektron transfer eden flavoprotein solunum zinciri ubikinonuGliserol-3-fosfat dehidrogenaz : substratları gliserol ve gliserol-3-fosfat Mitokondri iç membranının dış yüzünde bulunan bir flavoproteinElektronları solunum zincirinde ubikinona aktarır.

Bu elektron taşıyan enzimlerin her birinin etkisiyle redükte ubikinon(QH2 ) havuzu dolar.QH2, elektron transport zincirinde, sonrasında yer alan kompleks III ile tekrar oksitlenir.

Kompleks III ( sitokrom bc1 kompleksi veya ubikinon : sitokrom c oksidoredüktaz )

Kompleks III , hem proteinleri olan sitokrom b ( 2 Hem : bH ve bL) ve sitokrom c1 ile hem yapısında olmayan Fe-S proteininden ( Rieske demir kükürt proteini ; 2 Fe –2S) oluşur.Kompleks I , kompleks II ve diğer mitokondriyaldehidrogenazlar aracılığı ile gelen elektronları alan ubikinon ubikinole indirgenir.Kompleks III ubikinolden elektronları sitokrom c’yeaktarırken , matriksten membranlar arası boşluğa protonların transferini de sağlar ( proton pompası ) ve bir proton gradienti oluşturur.Q siklusuKompleks III , BAL ( dimerkaprol ) ve Antimisin A tarafından inhibe edilir.

Sitokrom c

Mitokondri iç membranının dış kısmında membranlar arası boşlukta bulunan suda çözünür bir hem proteinidir.Enzim kompleksi parçası değildir.Kompleks III ve IV arasında serbestçe hareket eder.Tek hemi ile , kompleks III’den bir elektron

aldıktan sonra kompleks IV’e gider ve enzimdeki bakır merkeze elektronu verir.

Kompleks IV ( sitokrom oksidaz veya sitokrom aa3 )

Solunum zincirinin son basamağında elektronlarısitokrom c’den moleküler oksijene taşırken , oksijeni de suya indirger.13 alt birimSitokrom oksidaz 2 Hem grubu ( hema ve hema3) ve üç Cu+2 içeren 13 alt birimli kompleks bir enzimdir. Cu+2 iyonları , CuA/ CuA ve CuBşeklinde iki merkez halinde bulunurlar.Hema3 ve CuBBu kompleks üzerinden her dört elektronun geçişi için enzim matriksden dört H+ alarak , O2 ‘ yi 2 H2O‘ya çevirir.Bu redoks reaksiyonunun enerjisini de geçirdiği her bir elektron için membranlar arası boşluğa bir proton pompalamak için kullanır.Kompleks I’den III’e redoks aracılıklı proton transportu ile üretilen elektrokimyasal potansiyele katkı sağlar.

O2’ nin bu 4 e-’ lu indirgenmesi ;bir elektronun taşındığı durumlarda görülen H2O2veya OH• serbest radikali gibi ara ürünler salınmadan oluşmalıdır.Bu ara ürünler , hücresel bileşenlerde hasar yapar.Ara geçiş ürünleri , suya tam dönüşüm oluncaya kadar komplekse sıkıca bağlı tutulur.Sitokrom oksidazın moleküler oksijene affinitesiçok yüksektir.Zincirdeki tek geri dönüşümsüz reaksiyonKompleks IV , CO , CN , H2S ve azid tarafından inhibe edilir.

Elektronların kompleks I , III ve IV üzerinden aktarılması sırasında protonlar matrikstenmembranlar arası boşluğa pompalanmakta ve içmembranda bir proton gradienti oluşmaktadır.Matriks negatif , membranlar arası boşluk pozitif olduğu için voltaj farkı oluşur.elektrik potansiyeli ve pH gradientielektrokimyasal potansiyel farkı

Elektron transportu , membrandan protonların transferiyle birlikte olur.Elektron transfer enerjisinin çoğu matriks dışına proton pompalamak için kullanılır.Kompleks I , III , IV : proton pompasıOksijene her elektron çifti aktarımında , Kompleks I , 4 H+

Kompleks III , 4 H+

Kompleks IV , 2 H+ pompalanır.İç membran boyunca elektrokimyasal proton gradientiBöylece elektron transfer enerjisi membran boyunca proton gradientişeklinde korunur.

Oksidatif FosforilasyonElektron transport zincirinde elektronların oksijene taşınmasıdoğrudan ATP sentezi ile sonuçlanmaz.

Kemiosmotik Hipotez , Peter MitchellElektronların elektron transport zincirinde taşınması ile oluşan serbest enerji , ADP + Pi’tan ATP oluşumunda nasıl kullanılır?Proton akışı ile fosforilasyon eşleşme mekanizması?NADH ve diğer oksitlenebilen substratlardan gelen elektronların elektron transport zinciri boyunca akışı sırasında oluşan enerjinin çoğu protonların matriksten membranlar arası boşluğa pompalanmasına yol açar.Matrikse göre membranlar arası boşluğun proton ( H+)konsantrasyonundaki artış ile mitokondri iç membranı boyunca bir elektrokimyasal proton gradienti oluşur.

Elektrokimyasal Gradient :pH gradienti (proton konsantrasyonundaki fark ,kimyasal gradient )Elektrik gradienti ( membran potansiyelindeki fark ; matriks (-) membranlar arası boşluk (+) )İç membran protonlara geçirgen değildir.Protonlar protona spesifik kanallardan ( ATP sentaz kompleksinin Fo birimi ) matriksegradientleri yönünde tekrar geri döner.Elektrokimyasal gradientte mevcut, depolanan enerji , yani proton-motive kuvvet protonları matrikse doğru bir proton kanalından geçirirken , serbestleşen enerji ile Fo’ya bağlı F1ATP sentaz da ATP sentezini gerçekleştirir.Protonların matrikse hareketinin oluşturduğu güç ( proton motive kuvvet ) Fo-F1 ATP sentaz tarafından katalizlenen ATP sentezi için enerji sağlar.FoF1 ATP sentaz enzim kompleksinin aktivitesi proton gradientinebağlıdır.

FoF1 ATP sentaz ve ATP sentezi

Mitokondri iç membranında yer alan ATP sentaz ( kompleks V ) enzim kompleksi , ADP + Pi’ dan ATP sentezini katalizlemektedir.F- tipi bir ATPazFo ve F1 birimlerinden oluşur.Fo kompleksi :İç mitokondri membranı kaplayan integral bir proteindir.Proton kanalını oluşturur.a, b ,c olarak adlandırılan üç farklı alt birim ( toplam 10-14 alt birim ) protonların membranlar arası boşluktan matrikse dönüşüFo ve F1 birbirlerine bağlıdır.

F1 kompleksi:ATP sentazın , ADP + Pi’dan ATP sentezini katalizleyen birimi Fo’ya bağlı periferal bir membran proteini olup , matrikse doğru uzanan küre şeklinde bir yapıF1 aynı zamanda ATPaz aktivitesine de sahiptir.F1 birimi , ∝3 β 3γδε şeklinde beş farklı alt birim ( toplam dokuz alt birim ) içeren bir kompleksβ alt birimleri katalitik aktivite gösterir.3 β alt biriminin her biri ATP sentezi için bir katalitik bölgedir.Aktivitesi için proton gradienti gereklidir.protonların matrikse hareketinin oluşturduğu güç , Fo’a bağlı F1kompleksi tarafından katalizlenen ATP sentezi için enerji sağlar.

1 mol ATP sentezi için 4 H+ gerekir.1 mol NADH ‘ın oksidasyonu ile matriks dışına pompalanan 10 H+ , 2,5 mol ATP sentezini gerçekleştirir.Solunum zincirine Q üzerinden giren 1 mol FADH2’ ninoksidasyonu ile matriks dışına pompalanan 6 H+ ,1,5 mol ATP sentezini gerçekleştirebilir.ADP + Pi ATP ΔGº : 7,3 kcal / mol3 mol ATP sentezi : 2,5 x 7,3 : 18,5 kcal / mol1 mol NADH’ın tamamen oksidasyonu ile 52 kcal / molATP sentezi için kullanılan enerjinin ( 18,5 kcal / mol ) geri kalanı metabolitlerin mitokondri membranındantaşınması gibi hücresel olaylarda kullanılır.

Oksidatif Fosforilasyonu Etkileyen Bazı Maddeler

Elektron transferininin inhibisyonu

Siyanür (CN) , azid ( N3-)Hidrojen sülfür (H2S) sitokrom oksidaz ( kompleks IV ) Karbonmonoksit (CO)

Antimisin A sitokrom b’ den sitokrom c1’e elektron transferi(kompleks III )

RotenonAmital Fe-S’den ubikinona elektron transferi ( kompleks I )Pierisidin A

ATP sentazın inhibisyonu

Oligomisin Fo ve CFo ünitelerinin inhibisyonuVenturisidin

Disiklohekzilkarbodiimid Fo ve CFo’dan proton akışının(DCDD) engellenmesi

Elektron transferi ile fosforilasyon arasındakikenetlenmenin bozulması

Dinitrofenol*FCCP hidrofobik H+ taşıyıcıları

Valinomisin K+ ionoforu

Termogenin kahverengi yağ dokusunda mitokondri içmembranında H+ geçiren ‘por’lar oluşturur.

*FCCP : siyanid-p-triflorometoksifenilhidrazon

ATP-4- ATP-3 değişiminin engellenmesi

Atraktilozid Adenin nükleotid translokazBongkrekik asid

Mekik sistemler:

Mitokondri iç membranı NADH’a geçirgen değildir.İç membranda NADH için özel bir taşıyıcı yoktur.Sitozolde glikolizden gelen NADH’ın , solunum zinciriyle tekrar NAD+’a oksitlenmesi nasıl gerçekleşir?Sitozolik NADH’ ın mitokonrideki oksidasyonu için mekik sistemleri gereklidir.İndirgeyici ekivalanlar mitokondri iç membranındangeçemez.Özel mekik sistemleri dolaylı olarak indirgeyici eşdeğerleri sitozolik NADH’tan mitokondriye taşır.

Malat-aspartat mekiği ( karaciğer , böbrek , kalp mitokondrilerinde aktif )

sitozolik malat dehidrogenaz ( NAD+-bağımlı )

Mitokondrial malat dehidrogenaz ( FAD-bağımlı ) Bu mekik sistemi ile NADH’dan , solunum zinciri ve en son oksijene aktarılan elektron çifti ile 2,5 ATP elde edilir.

Gliserol 3- fosfat mekiği ( iskelet kası , beyin )Sitozolik gliserol 3-fosfat dehidrogenaz ( NAD+-bağımlı )Mitokondri iç membranının dış yüzeyine bağlı gliserol 3-fosfat dehidrogenaz ( FAD-bağımlı ) Bu mekik NADH’tan indirgeyici eşdeğerleri ubikinon aracılığı ile kompleks III’e aktarır.Kompleks I’i atlar.NADH’tan 1 elektron çifti başına 1,5 ATP sentezlenir.

Mitokondri ile ilgili genetik bozukluklar

Mitokondri , nükleer ve mitokondrial DNA( dairesel çift sarmal) tarafından kodlanan proteinleri içerir.Mitokondrial genom ( mt DNA ) anneden kalıtımla geçer.İnsan mitokondri kromozomu 37 gen içerir, bunların 13 tanesi solunum zinciri proteinlerinin alt birimlerini kodlar.Geriye kalanı , mitokondrinin protein sentezlemesi için gereken rRNAve tRNA moleküllerini kodlar.Nükleer DNA’ ya oranla 10 kat daha fazla mutasyon görülen mtDNA ‘ daki değişiklikler oksidatif fosforilasyondaki defektler ile ilişkiliSinir sistemi , karaciğer , böbrek ve kalp oksidatif fosforilasyonaönemli derecede bağımlı vemitokondrial gen mutasyonlarına en yatkın organlar

MELAS ( Mitokondrial miyopati , ensefalopati , laktik asidoz , inme )

Elektron transport zincirinde yer alan Kompleks I ( NADH : ubikinonoksidoredüktaz ) veya sitokrom oksidazın kalıtsal eksikliği mitokondrial ensefalomiyopatiLeber ‘ in herediter optik nöropatisi ( LHON sendromu )Santral sinir sistemini etkiler.LHON , NADH : ubikinon oksidoredüktazı kodlayan gendeki tek baz mutasyonudur.NADH’tan ubikinona kısmen bozuk elektron transferiYeterince ATP oluşamaz ve optik sinirde meydana gelen hasar erken yaşlarda görme kaybına neden olur.Nöroretinal dejenerasyonİki taraflı görme kaybı

Sitokrom b ‘yi kodlayan mitokondrial gendeki tek bir baz mutasyonu da LHON’ye yol açar.

MERRF ( Miyoklonik epilepsi ve bozuk-kırmızı lif hastalığı)

Lösin için spesifik tRNA’yı ( lösil-tRNA) kodlayan mitokondri geninde bir mutasyon Kas titremesi ile karakterizedir.MERRF’li bireylerde iskelet kası lifleri anormal yapılı mitokondrileri içerir.

Leigh SendromuKompleks I,II,IV de oluşan bozukluklar

Kearn-Sayre sendromuMitokondrial DNA’da delesyon

Mitokondri iç membranındaki transport sistemleri

Adenozin nukleotid translokazATP sentazFosfat translokaz

Oksidatif fosforilasyonun kontrolü

NADH , O2, ADP, Pi yeterli olmalıOksidatif fosforilasyonun hızını belirleyen en önemli faktör ADP düzeyleridir.Oksidatif fosforilasyon hızının ADP konsantrasyonu ile düzenlenmesi : solunumun kontrolü