Membran Biyokimyası. Yüksek Lisans Dersi Dr. Akın Yeşilkaya

Transkript

1 Membran Biyokimyası Yüksek Lisans Dersi Dr. Akın Yeşilkaya

2 Plazma Membran Tarihçesi 1665: Robert Hooke 1895: harles verton lipidlerden oluştuğu s: fosfolipid içermesi 1925: E. Gorter and G. Grendel - fosfolipid çift tabakası 1935: J.R. Danielli ve H. Davson proteinlerin bulunması gerektiği, Sandwich Model

3 Sandwich Model (Danielli + Davson) 2 layers of globular proteins with phospholipid inside to make a layer and then join 2 layers together to make a channel for molecules to pass

4 Plazma Membran Tarihçesi 1665: Robert Hooke 1895: harles verton lipidlerden oluştuğu s: fosfolipid içermesi 1925: E. Gorter and G. Grendel - fosfolipid çift tabakası 1935: J.R. Danielli ve H. Davson proteinlerin bulunması gerektiği, Sandwich Model 1950 ler: J.D. Robertson Birim (Unit) Membran Model

5 Unit Membrane Model (Robertson) uter layer of protein with phospholipid bilayer inside, believed all cells same composition, does not explain how some molecules pass through or the use of proteins with nonpolar parts, used transmission electron microscopy

6 Plazma Membran Tarihçesi 1665: Robert Hooke 1895: harles verton lipidlerden oluştuğu s: fosfolipid içermesi 1925: E. Gorter and G. Grendel - fosfolipid çift tabakası 1935: J.R. Danielli ve H. Davson proteinlerin bulunması gerektiği, Sandwich Model 1950 ler: J.D. Robertson Birim (Unit) Membran Model 1972: S.J. Singer ve G.L. Nicolson Sıvı Mosaik Model

7 Fluid Mosaic Model (Singer + Nicolson) Phospholipid bilayer with proteins partially or fully imbedded, electron micrographs of freeze-fractured membrane

8

9 Yaşamın Kimyasal Elemanları Biyomoleküller: canlılığın molekülleri. anlı organizmalarda bulunan ve bilinen kurallara ek olarak moleküller bir mantık çerçevesinde hareket eden moleküllere Biyomolekül denir. Bir insan organizmasının atomlarının %95 ini oluştururlar. Karbon () % 50 ksijen () % 20 Hidrojen (H) % 10 Azot (N) % 8.5 Kalsiyum (a) % 4 Fosfor (P) % 2.5

10 Yaşamın kimyasal elemanları Diğer inorganik elementler Potasyum (K) % 1 Kükürt (S) % 0.8 Sodyum (Na) % 0.4 Klor (l) % 0.4 Magnezyum (Mg) % 0.1 Demir (Fe) % 0.01 Mangan (Mn) % İyot (I) %

11 Yaşamın kimyasal elemanları Karbohidratlar Glukoz Proteinler Aminoasitler Lipidler Yağ asitleri Nükleik asitler DNA, RNA Vitaminler -

12

13 Besinsel kökenli ATP Enerji Enerji ADP + P i Kimyasal reaksiyon veya sentez

14

15 Biyolojik Membranların Genel Özellikleri Kalınlık İçerikler Membranın Yapıları Membran Proteinleri Membrandaki Bağlar Membran Asimetrisi Membran Akışkanlığı

16 Su

17 Su

18 Sulu Çözeltiler

19 Sulu Çözeltiler

20

21 Bağlar Kovalent bağlar Hidrojen bağları İyonik bağlar (Elektrostatik etkileşmeler) Nonkovalent etkileşmeler Hidrofobik bağlar Van der Waals bağları

22 Hidrojen Bağları H H N H N H N H N H N N H S

23 Hidrojen Bağları R R P H kuvvetli hidrojen bağı P H daha zayıf hidrojen bağı

24

25 BİYMLEKÜLLER anlıları oluştururlar, H, ve N tan zengin organik yapılardır. Monosakkaridler, amino asitler, yağ asitleri ve nükleotidler temel biyomoleküllerdir. Bunların polimerizasyonu ile makromoleküller meydana gelir

26 Lipidler Membran Bileşenleri

27 Lipidler Lipidler Basit Lipidler Bileşik Lipidler Yağ Asitleri Mumlar Gliserolipidler Sfingolipidler Steroidler Fosfogliserolipidler Plazmalogenler Sfingomiyelinler Serebrozidler Gangliyozidler

28 Lipidler: Yağ Asitleri R H H 3 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 -

29 Yağ Asitleri 4 Bütirik asit 6 Kaproik asit 8 Kaprilik asit 10 Kaprik asit 12 Laurik asit 14 Miristik asit 16 Palmitik asit 18 Steraik asit 20 Araşidik asit 24 Lignoserik asit

30 Yağ Asitleri 16 Palmitik asit 18 Steraik asit 20 Araşidik asit 24 Lignoserik asit erime noktası düşer 18 9 leik asit 18 9,12 Linoleik asit 18 9,12,15 Linolenik asit 20 5,8,11,14 Araşidonik asit erime noktası düşer

31 Lipidler cis formu leik asit H H trans formu Elaidik asit H H - -

32 Açilasyon Reaksiyonu + R1 H 2 H H 2 R2 R1 H 2 H 2 R2 Yağ asidi Hidrokarbonik alkol Örn: Gliserol

33 Lipid Peroksidasyonu

34 Mumlar Yağ asidinin karboksil grubu ile uzun zincirli hidrokarbonik alkollerle yaptığı bileşiklerdir. H 2 + H H 2 R2 H 2 H 2 R2 R1 R1 Yağ asidi Hidrokarbonik alkol

35 Lipidler: Gliserolipidler H 2 H H 2 H H H Gliserol 15 H 31 1 R R 1 R 2 17 H H 35 1,3-Distearopalmitin

36 H 3 H N + H2 H2 H 3 H NH 2 H2 H2 Kolin H 3 + H NH H2 H 3 Etanolamin H H H H H H Serin İnozitol

37 Lipidler: Fosfogliserolipidler R R 1 Gliserofosfolipdler 3 Triaçilgliserol P - - R 2 1 H 2 H 2 3 H2 P - Fosfatidil kolin R 1 H2 H2 N + H 3 H 3 H 3 R 2 1 H 2 H 2 3 H2 P - R 1 Fosfatidil etanolamin H2 H2 NH 2

38 Lipidler: Fosfogliserolipidler Gliserofosfolipdler 1 H 2 R 1 R 2 1 H 2 H 2 H 2 3 P R 1 Fosfatidil serin H2 H NH 3 + R 2 H 2 H H 3 H2 P H Fosfatidil inozitol H H

39 Lipidler Fosfolipaz A 1 Fosfolipaz A 2 1 R R 1 R 2 PLA 1 PLA 2 PL PLD Fosfolipaz Fosfolipaz D

40 Lipidler: Plazmalojen! R'' 1 H 2 H 2 3 H 2 H P - H R' H 2 H 2 NH 2

41 Lipidler: Sfingomiyelin Yağ asidi bağlanma bölgesi H H 3 (H 2 ) 12 H H H NH 2 H H2 H Sfingozin Yağ asidi R 1 H 3 (H 2 ) 12 H H H NH 2 H H2 P - H 3 H 2 H 2 N + H 3 H 3 Sfingozin Fosfat Kolin

42 Lipidler: Serebrozid R 1 (H 2 ) 12 H H NH 2 Glukoz veya Galaktoz

43 Lipidler: Steroidler D A B Siklopentanoperhidrofenantren halkası H Kolesterol

44 U.V. H 2 H 7-Dehidrokolesterol H Kolekalsiferol (Vitamin D 3 ) U.V. H 2 H Ergosterol H Ergokalsiferol (Vitamin D 2 ) D Vitamini

45 Safra Asitleri H H Kolik Asit H H Litokolik Asit H H Deoksikolik Asit H H Kenodeoksikolik Asit

46

47

48 Membranlar

49 Membranlar

50 Membranlar

51 Aminoasitler ve Proteinler Membran Bileşenleri

52 Aminoasitler + H 3 N R H - H H H 2 H H D-Gliseraldehit H H H 2 H H L-Gliseraldehit + H 3 N R H + H 3 N R H 2 N R - - H H H ph 1'deki formu (katyonik) ph 7'deki formu (Zwitteriyon) ph 13'deki formu (anyonik)

53 Aminoasitler H 3 H 3 H 3 H H 3 H 3 H 3 H 3 H H 3 H H 2 H H - H - H - H - H - NH 3 + NH 3 + NH 3 + NH 3 + NH 3 + Glisin Alanin Valin Lösin İzolösin H H 3 SH H 2 S H 3 H 2 H H H 2 H 2 H - H - H - H - NH 3 + NH 3 + NH 3 + NH 3 + Serin Treonin Sistein Metiyonin - - H 2 NH 2 NH 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H - H - H - H - NH 3 + NH 3 + NH 3 + NH 3 + Aspartat Glutamat Asparagin Glutamin NH 2 NH 2 + NH 3 + NH H 2 H 2 H 2 H - H 2 H 2 H 2 H 2 H - H H H H H 2 H 2 - H2 H H NH H N N - H H H 2 Triptofan Prolin NH 3 + NH 3 + Arginin Lizin H H2 H - H H H H2 H - H H H H2 H - HN N NH 3 + H H NH 3 + H H NH 3 + H Histidin Fenilalanin Tirozin

54

55 Aminoasitler + H 3 N R 1 H N H R 2 H N H R 1 H N H R 2 H - + H 3 N R 1 N H R 2 + H 3 N R 1 H N R trans cis

56 Proteinler Primer yapı (Birincil) Sekonder yapı (İkincil) Tersiyer yapı (Üçüncül) Kuaterner (Quaterner) yapı (Dördüncül)

57

58 Primer Yapı Düz aminoasit zinciri (peptid bağı)

59 Sekonder Yapı Hidrojen bağı Disülfid bağı

60

61

62 Tersiyer Yapı Peptid bağı Hidrojen bağı Disülfid bağı İyonik etkileşimler Hidrofobik etkileşimler Van der Waals bağı

63 Tersiyer ve Kuaterner Yapı

64 Proteinlerin Fonksiyonları Yapısal Proteinler Kas proteinleri Hücre iskeleti proteinleri Fonksiyonel Proteinler Enzimler Hormonlar

65 Membran Proteinleri İntegral proteinler Periferal proteinler

66 Fosfolipid çift tabakası Karbohidrat yan zincirleri Fosfolipidler İntegral membran proteinleri Glikoprotein Plazma membranı Hidrofobik bölgeler Hidrofilik bölgeler Periferal membran proteini Nukleus Sitozol

67

68 1972 yılında Singer ve Nicolson tarafından ortaya atılmıştır. Sıvı Mozaik Modeli (Fluid-Mosaik Modeli) Membranlar Asimetrik yapılardır

69 Membran Akışkanlığı Dinamik olaylar, total molekülün rotasyonel ve lateral difüzyonu olduğu gibi tek bir karbon-karbon bağının etrafındaki rotasyonunu içermektedir. Lateral difüzyon Açil yan zincirlerin termal hareketleri Transvers (Transbiliyar) difüzyon (Flip-Flop) Yan zincirlerdeki - arasındaki dönüş hareketi

70 Lateral Difüzyon

71 Hem doğal hem de suni membranlarda, tipik bir lipid molekülü 37 o de saniyede birkaç mikrometre difüze olabilir ve saniyede yaklaşık 10 7 kez tabaka içinde komşularıyla yer değiştirebilir. Böylece bir lipid molekülü yaklaşık 20 s'de bir hayvan hücresinin ve sadece 1 s içerisinde de bakteri hücresinin 1 mm uzunluğuna yayılabilir. Lateral difüzyona bu kadar özgürlük verildiği için, bir lipid çift tabakası iki boyutlu bir solüsyon olarak kabul edilebilir.

72 Membran Akışkanlığı Veziküllerin organeller ile füzyonu, Yeni lipidlerin ve yeni proteinlerin lateral olarak difüzyonu (eşit yayılım), Enzim ve reseptörlerin lateral difüzyonu, Hücre bölünmesi, Geçirgenlik artması

73 Veziküllerin organeller ile füzyonu, Membran Akışkanlığı

74 Membran Füzyonu =Virus+Internalization&lang=1

75 Membran Akışkanlığı Yeni lipidlerin ve yeni proteinlerin lateral olarak difüzyonu (eşit yayılım) Frye ve Edidin nin deneyi 462a/NTES/LIPIDS/Membranes.html

76 Membran Akışkanlığı Enzim ve reseptörlerin lateral difüzyonu Serotonin 1A Receptor Monitored Using Fluorescence Microscopic Approaches

77 Transvers Difüzyon Katalize edilmeyen Tranfers Difüzyon: Flip-Flop hareketi, Çok yavaş, ( 12 saat) Katalize Tranfers Difüzyon:, Flippaz, Çok hızlı, ( saniyeler)

78 Fosfolipid çift tabakası sıcaklık ve komposizyona bağlı olan iki durumlu akışkanlık gösterir: Lipid çift katmanın yapısı stabilitesi, sıcaklığa ve var olan lipid türüne bağlıdır.

79

80 Dönüşüm Sıcaklığı Yapının düzenlilikten düzensizliğe dönüştüğü sıcaklığa Dönüşüm Sıcaklığı denir Tm ile gösterilir.

81 Sudaki bazı Fosfolipidlerin Faz Transizyon Sıcaklıkları Phospholipid Transition Temperature (T m ), Dipalmitoyl phosphatidic acid (Di 16:0 PA) 67 Dipalmitoyl phosphatidylethanolamine (Di 16:0 PE) 63.8 Dipalmitoyl phosphatidylcholine (Di 16:0 P) 41.4 Dipalmitoyl phosphatidylglycerol (Di 16:0 PG) 41 Dilauroyl phosphatidylcholine (Di 14:0 P) 23.6 Distearoyl phosphatidylcholine (Di 18:0 P) -58 Dioleoyl phosphatidylcholine (Di 18:1 P) Stearoyl-2-oleoyl-phosphatidylcholine (1-18:0, 2-18:1 P) Egg phosphatidycholine (Egg P)

82 Proteinlerin Membrandaki Yerleşimleri İntegral Periferal Periferal proteinler membrana nasıl tutunurlar?

83 Proteinlerin Membrandaki Yerleşimleri Hidrofobik etkileşme yoktur. Ya membrandaki integral proteinler ile etkileşme Ya da membran lipidler ile doğrudan etkileşme

84 Proteinlerin Membrandaki Yerleşimleri Glikofosfatidilinozitol (GPI) Miristat Farnezil Palmitil Geranilgeranil

85 Glikofosfatidilinozitol (GPI) H 2 R H H H H H H H H H P H H 2 R H H

86 Glikofosfatidilinozitol (GPI)

87 Glikofosfatidilinozitol (GPI)

88

89 Miristoilasyon 14 miristik asit Proteinlerin N terminalindeki glisin ile amid bağı yaparak bağlanır. Nmt: N-myristoyl-transferase

90

91 Membranlarda Taşıma zmozis Difüzyon - Pasif transport Kolaylaştırılmış transport Taşıyıcı Kanal Aktif Transport Uniport Kotransport Simport Antiport

92 zmosis Suyun membrandan geçişi

93 Suyun membrandan geçişi

94 Difüzyon

95 Kolaylaştırılmış Difüzyon Enerjiye bağımlı değildir

96 Taşıyıcı

97 Kanal

98 Yüklü partiküllerin transferi Z: Yük F: Faraday sabiti, 96.5 kj/(v mol Y =Membran potansiyeli, volt olarak

99 Aktif Transport Enerjiye bağımlıdır

100

101 GLUT1 mekanizması

102

103

104

105 Membran Fonksiyonları Endositozis Ekzositozis Pinositozis Fagositozis

106 Ekzositozis

107 Ekzotizosiz

108 Elektron mikroskopunda ekzositozis

109

110

111 ( Klatrin

112 (

113

114

115

116

117

118

119 SPL.jpg%3Fid%3D &imgrefurl= lqsj06mh5t2rf8gwpdszgwe6t0=&h=380&w=530&sz=76&hl=tr&start=141& zoom=1&tbnid=urtbwjxzsmrx6m:&tbnh=152&tbnw=183&ei=ubk5tftuk5tn4aagmkdadw&prev=/search%3fq%3dphagocytosis%26um%3d1%26hl%3dtr%26sa%3dg%26biw%3d1280%26bih%3d642%26tbm% 3Disch0%24045&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=330&vpy=289&dur=1187&hovh=190&hovw=265&tx=152&ty=85&page=9&ndsp=17&ved=1t:429,r:1,s:141&biw=1280&bih=642

120 Pinositozis

121 Membran Modeli larak Eritrosit

122 Eritrosit Membran Proteinleri Band numarası Protein Konumu (I, integral; P, periferal) Yaklaşık moleküler kütlesi (kda) 1 Spektrin (a) P Spektrin (b) P Ankyrin P P P P Anyon değiştirici protein I Tanımlanmadı P 80 5 Aktin P 43 6 Gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenaz P 35 7 Tropomiyozin P 29 8 Tanımlanmadı P 23 Glikoforin A, B ve I 31, 23 ve 28

123 Glikoforin Aminoasit dizisi tanımlanan ilk membran proteinidir. Eritrositlerin yüzeyinde bulunan karbohidratların büyük bir oranı glikoforinde yer alır. Karboksi terminali band 4.1 ile bağlı bulunur. Proteindeki polimorfizm MN kan gruplarını oluşturur. Glikoforin A da influenza virüsünün ve malaria etkeni olan Plasmodium falciparum için bağlanma yerleri vardır.

124 Band aminoasit içerir. Dimerik formdadır. Membrana gömülü 12 veya 14 transmembran a helikse sahiptir Anyon değişim kanalı (l - /H 3- )

125 Sitoskelet Yapısı Spektrin Band 4.1 Ankirin

126

127

128

129 Membran Reseptörleri

130 L L L Hücre membranı R R R b g a L Kinaz lar R Fosforilasyon Fosforilasyon L Hücresel evap DNA mrna

131 Sinyal İletimi Reseptörlerine göre: Sitoplazmik reseptörler G-Protein bağımlı reseptörler Tirozin kinaz aktivitesine sahip reseptörler

132 Hücre İçi Sinyal İletimi (Signal Transduction) Reseptörlere göre Hücre dışında olanlar Hücre içinde olanlar Doğrudan DNA ile etkileşime girenler. Membrandan sitoplazma geçen ve enzimatik aktivite gösterenler (Tirozin kinaz). Membranın iç kısmında GTP hidrolizine neden olanlar.

133 Sinyal İletimi İkinci mesajcılarına göre camp, cgmp, Diaçilgliserol (DAG), İnositol fosfat (IP), a +2, Protein tirozin kinaz (PTK).

134 Sinyal İletimi camp Adenilat siklaz ATP camp + PPi Fosfodiesteraz cgmp Guanilat siklaz GTP cgmp + PPi Fosfodiesteraz

135 Sinyal İletimi Diaçilgliserol ve İnositol Fosfat R1 R2 H P H P H P Fosfoinositol 4,5-bisfosfat (PIP2) Fosfolipaz R1 H P H R2 + P H P H 1,2-Diaçilgliserol (DAG) İnositol 1,4,5-trifosfat (IP3)

136 Diaçilgliserol ve İnositol trifosfat İnositol trifosfat Endoplasmik retikulum daki a +2 depolarını serbest bırakır. Diaçilgliserol Protein kinaz yi aktif hale getirir.

137 Serbest Kalsiyum (a +2 ) Enzim aktivasyonunda önemli rolü vardır. Kalmodulin, a +2 u büyük bir afinite ile bağlar. Birçok enzim aktivasyonu Kalmoduline ihtiyaç duyar. Kalmoduline bağımlı birçok enzim fosforilasyon - defosforilasyon reaksiyonlarından sorumludur.

138 Protein Kinaz Aktivasyona gereksinimi var. 2 R ve 2 altünitelerinden meydana gelir. Substratların fosforilasyonundan sorumludur.

139