Membran Biyokimyası Yüksek Lisans Dersi Dr. Akın Yeşilkaya
Plazma Membran Tarihçesi 1665: Robert Hooke 1895: harles verton lipidlerden oluştuğu 1900-1920 s: fosfolipid içermesi 1925: E. Gorter and G. Grendel - fosfolipid çift tabakası 1935: J.R. Danielli ve H. Davson proteinlerin bulunması gerektiği, Sandwich Model
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
Plazma Membran Tarihçesi 1665: Robert Hooke 1895: harles verton lipidlerden oluştuğu 1900-1920 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
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
Plazma Membran Tarihçesi 1665: Robert Hooke 1895: harles verton lipidlerden oluştuğu 1900-1920 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
Fluid Mosaic Model (Singer + Nicolson) Phospholipid bilayer with proteins partially or fully imbedded, electron micrographs of freeze-fractured membrane
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
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) % 0.001 İyot (I) % 0.00005
Yaşamın kimyasal elemanları Karbohidratlar Glukoz Proteinler Aminoasitler Lipidler Yağ asitleri Nükleik asitler DNA, RNA Vitaminler -
Besinsel kökenli ATP Enerji Enerji ADP + P i Kimyasal reaksiyon veya sentez
Biyolojik Membranların Genel Özellikleri Kalınlık İçerikler Membranın Yapıları Membran Proteinleri Membrandaki Bağlar Membran Asimetrisi Membran Akışkanlığı
Su
Su
Sulu Çözeltiler
Sulu Çözeltiler
Bağlar Kovalent bağlar Hidrojen bağları İyonik bağlar (Elektrostatik etkileşmeler) Nonkovalent etkileşmeler Hidrofobik bağlar Van der Waals bağları
Hidrojen Bağları H H N H N H N H N H N N H S
Hidrojen Bağları R R P H kuvvetli hidrojen bağı P H daha zayıf hidrojen bağı
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
Lipidler Membran Bileşenleri
Lipidler Lipidler Basit Lipidler Bileşik Lipidler Yağ Asitleri Mumlar Gliserolipidler Sfingolipidler Steroidler Fosfogliserolipidler Plazmalogenler Sfingomiyelinler Serebrozidler Gangliyozidler
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 -
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
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
Lipidler cis formu leik asit H H trans formu Elaidik asit H H - -
Açilasyon Reaksiyonu + R1 H 2 H H 2 R2 R1 H 2 H 2 R2 Yağ asidi Hidrokarbonik alkol Örn: Gliserol
Lipid Peroksidasyonu
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
Lipidler: Gliserolipidler H 2 H H 2 H H H Gliserol 15 H 31 1 R 2 2 3 1 2 3 R 1 R 2 17 H 35 17 H 35 1,3-Distearopalmitin
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
Lipidler: Fosfogliserolipidler R 2 1 2 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
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
Lipidler Fosfolipaz A 1 Fosfolipaz A 2 1 R 2 2 3 R 1 R 2 PLA 1 PLA 2 PL PLD Fosfolipaz Fosfolipaz D
Lipidler: Plazmalojen! R'' 1 H 2 H 2 3 H 2 H P - H R' H 2 H 2 NH 2
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
Lipidler: Serebrozid R 1 (H 2 ) 12 H H NH 2 Glukoz veya Galaktoz
Lipidler: Steroidler D A B Siklopentanoperhidrofenantren halkası H Kolesterol
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
Safra Asitleri H H Kolik Asit H H Litokolik Asit H H Deoksikolik Asit H H Kenodeoksikolik Asit
http://schools-wikipedia.org/wp/l/lipid.htm
Membranlar
Membranlar
Membranlar
Aminoasitler ve Proteinler Membran Bileşenleri
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)
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 3 + 2 + 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
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 2 - - trans cis
Proteinler Primer yapı (Birincil) Sekonder yapı (İkincil) Tersiyer yapı (Üçüncül) Kuaterner (Quaterner) yapı (Dördüncül)
Primer Yapı Düz aminoasit zinciri (peptid bağı)
Sekonder Yapı Hidrojen bağı Disülfid bağı
Tersiyer Yapı Peptid bağı Hidrojen bağı Disülfid bağı İyonik etkileşimler Hidrofobik etkileşimler Van der Waals bağı
Tersiyer ve Kuaterner Yapı
Proteinlerin Fonksiyonları Yapısal Proteinler Kas proteinleri Hücre iskeleti proteinleri Fonksiyonel Proteinler Enzimler Hormonlar
Membran Proteinleri İntegral proteinler Periferal proteinler
Fosfolipid çift tabakası Karbohidrat yan zincirleri Fosfolipidler İntegral membran proteinleri Glikoprotein Plazma membranı Hidrofobik bölgeler Hidrofilik bölgeler Periferal membran proteini Nukleus Sitozol
1972 yılında Singer ve Nicolson tarafından ortaya atılmıştır. Sıvı Mozaik Modeli (Fluid-Mosaik Modeli) Membranlar Asimetrik yapılardır
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
Lateral Difüzyon http://members.tripod.com/kato_2/membran2.htm
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.
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
Veziküllerin organeller ile füzyonu, Membran Akışkanlığı
Membran Füzyonu http://www.cnsforum.com/imagebank/item/vesicle_fusion/default.aspx http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term =Virus+Internalization&lang=1
Membran Akışkanlığı Yeni lipidlerin ve yeni proteinlerin lateral olarak difüzyonu (eşit yayılım) Frye ve Edidin nin deneyi http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/ 462a/NTES/LIPIDS/Membranes.html http://course1.winona.edu/sberg/animtns/frey.htm
Membran Akışkanlığı Enzim ve reseptörlerin lateral difüzyonu Serotonin 1A Receptor Monitored Using Fluorescence Microscopic Approaches http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/nbk5211/
Transvers Difüzyon Katalize edilmeyen Tranfers Difüzyon: Flip-Flop hareketi, Çok yavaş, ( 12 saat) http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/ntes/lipids/membranes.html Katalize Tranfers Difüzyon:, Flippaz, Çok hızlı, ( saniyeler) http://web.virginia.edu/heidi/chapter9/chp9frameset.htm
Fosfolipid çift tabakası sıcaklık ve komposizyona bağlı olan iki durumlu akışkanlık gösterir: Lipid çift katmanın yapısı stabilitesi, sıcaklığa ve var olan lipid türüne bağlıdır.
http://members.tripod.com/kato_2/membran2.htm http://web.virginia.edu/heidi/chapter9/chp9frameset.htm
Dönüşüm Sıcaklığı Yapının düzenlilikten düzensizliğe dönüştüğü sıcaklığa Dönüşüm Sıcaklığı denir Tm ile gösterilir.
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) -22 1-Stearoyl-2-oleoyl-phosphatidylcholine (1-18:0, 2-18:1 P) Egg phosphatidycholine (Egg P) -15 3 http://web.virginia.edu/heidi/chapter9/chp9frameset.htm
Proteinlerin Membrandaki Yerleşimleri İntegral Periferal Periferal proteinler membrana nasıl tutunurlar?
Proteinlerin Membrandaki Yerleşimleri Hidrofobik etkileşme yoktur. Ya membrandaki integral proteinler ile etkileşme Ya da membran lipidler ile doğrudan etkileşme
Proteinlerin Membrandaki Yerleşimleri Glikofosfatidilinozitol (GPI) Miristat Farnezil Palmitil Geranilgeranil
Glikofosfatidilinozitol (GPI) H 2 R H H H H H H H H H P H H 2 R H H
Glikofosfatidilinozitol (GPI)
Glikofosfatidilinozitol (GPI)
Miristoilasyon 14 miristik asit Proteinlerin N terminalindeki glisin ile amid bağı yaparak bağlanır. Nmt: N-myristoyl-transferase
Membranlarda Taşıma zmozis Difüzyon - Pasif transport Kolaylaştırılmış transport Taşıyıcı Kanal Aktif Transport Uniport Kotransport Simport Antiport
zmosis Suyun membrandan geçişi http://www.goldiesroom.org/note%20packets/06%20transport/00%20transport--whle.htm
Suyun membrandan geçişi http://www.goldiesroom.org/note%20packets/06%20transport/00%20transport--whle.htm
Difüzyon
Kolaylaştırılmış Difüzyon Enerjiye bağımlı değildir
Taşıyıcı
Kanal
Yüklü partiküllerin transferi Z: Yük F: Faraday sabiti, 96.5 kj/(v mol Y =Membran potansiyeli, volt olarak
Aktif Transport Enerjiye bağımlıdır
GLUT1 mekanizması
Membran Fonksiyonları Endositozis Ekzositozis Pinositozis Fagositozis
Ekzositozis
Ekzotizosiz http://mpronovost.ep.profweb.qc.ca/binp1/bionp1_membrane.html
Elektron mikroskopunda ekzositozis
(http://www.sp.uconn.edu/~bi107vc/images/cell/clathrin.jpg Klatrin
(http://www.ehlerslab.org/research/protein_trafficking/16.jpg)
http://www.britannica.com/ebchecked/media/698/adsorption-to-and-entry-into-a-cell-of-an-enveloped
http://www.metapathogen.com/legionella/
http://www.saficor.com/safinur_mechanism.htm
http://students.cis.uab.edu/jpolk1/activation%20of%20aspase%20in%20ell%20phagocytosis.html
http://www-scf.usc.edu/~thecc/images/ct05/killzell.html http://www.google.com.tr/imgres?imgurl=http://www.sciencephoto.com/images/showfullwatermarked.html/p266135-phagocytosis_of_a_fungus_spore,_sem- SPL.jpg%3Fid%3D802660135&imgrefurl=http://www.sciencephoto.com/images/download_lo_res.html%3Fid%3D802660135&usg= 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
Pinositozis
Membran Modeli larak Eritrosit
Eritrosit Membran Proteinleri Band numarası Protein Konumu (I, integral; P, periferal) Yaklaşık moleküler kütlesi (kda) 1 Spektrin (a) P 240 2 Spektrin (b) P 220 2.1 Ankyrin P 210 2.2 P 195 2.3 P 175 2.6 P 145 3 Anyon değiştirici protein I 100 4.1 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
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.
Band 3 929 aminoasit içerir. Dimerik formdadır. Membrana gömülü 12 veya 14 transmembran a helikse sahiptir Anyon değişim kanalı (l - /H 3- )
Sitoskelet Yapısı Spektrin Band 4.1 Ankirin
Membran Reseptörleri
L L L Hücre membranı R R R b g a L Kinaz lar R Fosforilasyon Fosforilasyon L Hücresel evap DNA mrna
Sinyal İletimi Reseptörlerine göre: Sitoplazmik reseptörler G-Protein bağımlı reseptörler Tirozin kinaz aktivitesine sahip reseptörler
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.
Sinyal İletimi İkinci mesajcılarına göre camp, cgmp, Diaçilgliserol (DAG), İnositol fosfat (IP), a +2, Protein tirozin kinaz (PTK).
Sinyal İletimi camp Adenilat siklaz ATP camp + PPi Fosfodiesteraz cgmp Guanilat siklaz GTP cgmp + PPi Fosfodiesteraz
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)
Diaçilgliserol ve İnositol trifosfat İnositol trifosfat Endoplasmik retikulum daki a +2 depolarını serbest bırakır. Diaçilgliserol Protein kinaz yi aktif hale getirir.
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.
Protein Kinaz Aktivasyona gereksinimi var. 2 R ve 2 altünitelerinden meydana gelir. Substratların fosforilasyonundan sorumludur.
http://wn.com/fluid_mosaic_model