Hücre zarının yapısı Doç. Dr. Nurten ÖZSOY
Hücre membranı (zarı) Hücre membranı, hücreyi ve hücre organellerini sararak dış ortamlarından ayıran, hücreye yapısal ve mekanik bütünlük sağlayan seçici geçirgen bir yapıdır.
Hüce zarının başlıca görevleri YALITIM (İZOLASYON): Hücrenin dış ortamdan ayrılmasını sağlar, hücrelere fonksiyonlarına uygun yapı ve şekil kazandırır ve hücreyi bir bütün halinde tutar. TRANSPORT: Maddelerin hücre içine ve dışına taşınmasını sağlayarak hücrenin kimyasal bileşiminin değişmesini önler. HÜCRE - HÜCRE TANIMASI: doku özelliğini sağlayan antijenik makromolekülleri (benzer hücrelerin birbirini tanımasını ve bir araya gelmesini sağlayan bileşikler) içerir.
RESEPTÖR Düzenleyici molekül Hücre dışı sıvısı AC sitozol Hücre cevabı SİNYAL İLETİMİ: Plazma membranının dış yüzeyinde: peptid hormonlar, nörotransmitterler, immünoglobulinler gibi düzenleyici moleküller için özgün reseptörler vardır. Plazma membranının iç yüzeiynde: adenilat siklaz (AC), fosfolipaz gibi bazı enzimler için bağlanma yerleri bulunmaktadır. Düzenleyici molekülün özgün reseptörüne bağlanması, enzimler aracılığıyla sinyalin hücre içine iletilmesini sağlar.
MEMBRANLARIN YAPISAL ÖZELLİKLERİ BİLEŞENLERİ LIPIDLER (FOSFOLİPİTLER, GLİKOLİPİTLER, KOLESTEROL): membranın temel yapısal bütünlüğünü ve geçirgenlik seçiciliğini sağlamaktadırlar. PROTEINLER (PERIFERAL, INTEGRAL): farklı membranlarının spesifik fonksiyonlarından sorumludur. KARBOHİDRATLAR (LİPİT VE PROTEİNLERE KOVALAN OLARAK BAĞLANIRLAR): yüzey tanıma bölgeleri oluşturmaktadır. Çift katmanlı düzenlenme: Hidrofobik ve elektrostatik güçlerin etkisiyle membranın lipid molekülleri çift tabaka oluşturacak şekilde düzenlenmektedir, proteinler bu tabakada gömülü olarak bulunmaktadır, karbohidratlar ise tabakanın oluşumundan sonra enzimatik olarak ilave edilmektedir. Asimetri Membranlar, bir iç ve bir dış yüzeye sahip asimetrik çift tabaka şeklinde yapılardır (iç ve dış tabakadaki protein ve lipidlerin miktar ve bileşimi farklıdır). Membranlar dinamik ve akışkan yapılardır: Statik bir yapı değildir. Lipidler ve proteinler membran içerisinde hareket edebilir.
Hücre membranı 6-10 nm kalınlığında dinamik bir yapıdır. Hücre türüne ve fonksiyonuna göre değişiklik göstermelerine karşın hücre membranında: Proteinler 55% Lipidler.. 41% - Fosfolipidler 25 % - Kolesterol. 12 % Lipidler - Glikolipidler.. 4 % Karbohidratlar 3%
Membranın protein:lipit oranı yaklaşık 1 olmakla beraber, bu oran hücre tipine göre değişiklik gösterir.
TARİHÇE Charles Ernest Overton Hücre zarının yapısı ile ilgili ilk çalışmalar Charles Ernest Overton (1865-1933, İngiliz botanikçi) tarafından 1890 larda başlatılmıştır. Overton, yanlışlıkla polar olmayan maddelerin (lipidlerin) membrandan çok çabuk bir şekilde bitki hücrelerine geçebildiğini keşfetmiştir. Bu buluş, membranın sadece su geçirir olduğu fikrinin hatalı olduğunu göstermiştir. Irving Langmuir, yağ tabakasının moleküler özellikleri ile ilgili detaylı araştırmalar yapan ilk kişidir. Yağ asidi moleküllerinin, hidrokarbon zincirleri sudan uzak, karboksil grupları suya bakacak şekilde "monolayer" oluşturdukları modelini tanımlayan Langmuir, lipit bilayer yapısının anlaşılmasında anahtar rol oynamıştır. Irving Langmuir (1881-1957, Amerikalı kimyacı ve fizikçi) Hidrofobik kuyruk Hidrofilik baş Gorter ve Grendel ın 1925 yılında biyolojik membranların yapısının "lipid bilayer" olarak tanımlanmasına giden ilk önemli adımı atmıştır (Gorter, 1925). Evert Gorter (1881-1954, çocuk doktoru ve biyokimyacı) hava
Davson-Danielli Modeli (1935) Hidrofilik bölge Hidrofobik bölge Hidrofilik bölge Bilim adamları tarafından kabul edilen ilk membran modeli 1935 yılında Davson ve Danielli tarafından ortaya konulmuştur (Danielli-Dawson Zar modeli). Danielli ve Dawson modeline göre hücre zarı lipid (fosfolipid) ve proteinlerden oluşur. İki kattan oluşan fosfolipidler zarın iç tarafında, protein tabakası ise zarın dış tarafında bulunur. Robertson, elektron mikroskobu ile elde ettiği verilere dayanarak, membran proteinlerinin membranı sandviç seklinde saran tabaka olarak tanımladığı unit membran modelini ileri surmüştür. Fakat bu hücre zarı modelleri hücre zarının fonksiyonlarını ve yapısını açıklamada yetersiz kalmışlar ve güncelliğini kaybetmişlerdir.
Sıvı-mozaik modeli (1972) Çok kabul gören Singer ve Nicolson un sıvı mozaik modeline göre hücre zarı dinamik yapıdadır: başlıca protein ve fosfolipidlerden oluşmuş çift katlı bir yapıdır. Fosfolipid tabaka membranın sıvı bölümünü oluştururken, fosfolipitten oluşmuş bu sıvı tabaka içine gömülü halde bulunan proteinler ise mozaik bölümünü oluştururlar. Protein Fosfolipid tabaka S.J. Singer Protein G.L. Nicolson
Sıvı mozaik modeli Karbohidrat Carbohydrate OUTSIDE Dış taraf Periferal veya ekstrensek protein Peripheral or Extrinsic Protein Integral or Intrinsic Protein İntegral protein Integral or Intrinsic Protein İntegral protein Lipit çift tabaka Lipid Bilayer INSIDE İç taraf
Lipidler Grekçe lipos = yağ Lipid molekülleri amfipatik maddelerdeir Apolar (hidrofob, suyu sevmeyen) kuyruk Polar (suyu seven, hidrofil) baş Apolar kuyruk Polar baş Bu hidrofilik ve hidrofobik bölgelerin bir arada olması nedeniyle yağ asitleri amfipatik özelliktedir.
LİPİDLER Gliserol Yapılarına göre: Gliserol Sfingozin Sfingozin 1. Yağ asidleri ve triaçilgliseroller (nötral yağlar) 2. Mumlar 3. Fosfolipidler (Fosfatidler) Yedek lipidler (nötral) 4. Glikolipidler Membran lipidleri (polar) 5. İzopren türevi lipidler Fosfolipidler (fosfatidler) Glikolipidler Triaçilgliseroller Gliserofosfolipitler Sfingofosfolipidler Sfingolipidler Yağ asidi Yağ asidi Yağ asidi Yağ asidi Yağ asidi Yağ asidi Yağ asidi Alkol Kolin Mono veya oligosakkaridler
Doymuş (çift bağ taşımaz) Doymamış (bir veya birden fazla çift bağ içerir) Yağ asidleri
Laurik asid (12 C) Miristik asid (14 C) Palmitik asid (16 C) Doymuş yağ asidleri
Linoleik (18:2; Δ 9,12 ) ω6 α-linolenik (18:3; Δ 9,12,15 ) ω3 Araşidonik asid (20:4; Δ 5,8,11,14 ) w6 Linoleik asid, α-linolenik asid ve araşidonik asid esansiyel yağ asidleridir, bu nedenle besinlerle sağlanmaları gerekir.
Triaçilgliseroller (trigliseridler, nötral yağlar) Gliserolün serbest yağ asidleri ile oluşturdukları triesterleridir. R 2 O C O 1 2 3 CH 2 C CH 2 H O O O C O C R 1 R 3
Yağ asidi Gliserol Yağ asidi Gliserol Yağ asidleri Yağ asidi
Fosfolipidler Fosfolipidler, iki hidrofobik yağ asidi ve bir hidrofilik fosfat baş içeren amfipatik moleküllerdir. Gliserol Yağ asidleri Fosfat Yağ asidleri sitoplazma Fosfolipid Hücre membranı
FOSFOLİPİDLER (FOSFATİDLER) Fosfatidler, fosfor ihtiva eden lipidlerdir. A. Gliserolllü fosfatidler 1. Lesitinler 2. Sefalinler a. Etanolaminli sefalinler b. Serinli sefalinler 3. Asetal fosfatidler B. Sfingozinli fosfatidler (sfingomiyelinler) C. İnozitollü fosfatidler
Gliserollü fosfatidler Hidrofilik baş G L İ S E R O L Yağ asidi (Doymuş) Yağ asidi (Doymamış) Fosfat Hidrofobik kuyruk Azotlu alkol Gliserofosfolipitlerinin ön maddesi membran yapısında az miktarda bulunan fosfatidik asit tir. En basit fosfolipit olan fosfatidik asit, gliserol-3-fosfatın iki yağ asidi ile esterleşmesi sonucu oluşur. Fosfatidik asidin fofat grubuna, serin, etanolamin ve kolin gibi yüksüz bir alkolün bağlanmasıyla farklı gliserofosfolipitler oluşur.
Yağ asidi Gliserol Fosfat Azotlu alkol
Azotlu alkoller Ethanolamine Etanolamin HO CH 2 CH 2 NH 3 + NH 3 + Serine HO CH 2 CH COO Choline Kolin + HO CH 2 CH 2 N(CH 3 ) 3
Gliserollü fosfatid Doymuş yağ asidi (örneğin palmitik asid) Doymamış yağ asidi (örneğin oleik asid) X = H Etanolamin Serin Kolin Fosfatidik asid Fosfatidiletanolamin Fosfatidilserin Fosfatidilkolin lesitin sefalinler
Fosfatidiletanolamin (sefalin) Fosfatidilkolin (lesitin) Fosfatidilserin (sefalin)
X = inozitol İnositollü fosfatid O O H 2 C O C R 2 R 1 C O CH O H 2 C O P O Fosfatidilinozitol phosphatidyl- 3-fosfat inositol- 3-phosphate 2 O OH H 1 6 H OPO 3 2 3 4 H H OH H Membranda çok az miktarda bulunur. Bununla birlikte işlevsel olarak çok önemlidir, hücre sinyalleşmesinde rol oynar. OH OH H 5
Fosfatidilgliserol Difosfatidilgliserol (Cardiolipin) Antijen etkisi ile tanınan tek lipid
sfingozin gliserol Sfingozinli fosfatidler - gliserol yerine sfingozin içerirler Yağ asidi Kolin Sfingofosfolipitler tüm membranların yapısında bir miktar bulunsa da, özellikle nöron membranlarının ve miyelin kılıfın en önemli yapısal bileşenidir. Yağ asidi Yağ asidi Alkol Bir amino alkol olan sfingozinin amin grubuna bir yağ asidinin amid bağıyla bağlanması sonucu oluşan N-açil sfingozin, seramid olarak adlandırılır. Seramidin 1. karbonundaki alkol grubunun fosfodiester bağı ile fosfokolin veya fosfoetanolaminle esterleşmesi sonucu sfingomiyelin oluşur. CH 3 O H 3 C N + H 2 C H 2 C O P O OH OH OH OH CH 3 fosfokolin phosphocholine sphingosine sfingozin yağ asidi O OH H 2 C H C CH O NH C CH HC fatty acid R ( CH 2 ) 12 sfingomiyelin Sphingomyelin ceramide seramid CH 3 sphingosine sfingozin CH 3 H H H 2 C C CH H 2 C C CH NH CH O C HC R ( CH 2 ) 12 H 3 N+ CH HC ( CH 2 ) 12 CH 3
Sfingozin Yağ asidi X = fosfokolin veya fosfoetanolamin sfingofosfolipit
Glikolipidler Sfingozin, yağ asidi, karbohidrat ve karbohidrat türevlerini içeren glikolipitlerin yapısında fosfor bulunmamaktadır. CH 2 OH OH H H OH O H H O H 2 C H C OH CH H -Galaktoz OH Galaktozil seramid cerebroside with -galactose head group O NH C R CH HC ( CH 2 ) 12 CH 3
Kolesterol Steroid çekirdeği Polar baş 3 -hidroksi- 5 -kolesten İnsan ve hayvan dokularında bulunan temel sterol kolesteroldür. Amfipatik yapıya sahip olan kolesterol, polar bir baş ve apolar hidrokarbon gövdeden oluşmuştur.
Hücre membranında yer alan başlıca lipidler: I. FOSFOLİPİDLER 1. Gliserofosfolipidler - Fosfatidilkolin - Fosfatidiletanolamin - Fosfatidilserin - Fosfatidilinozitol - Fosfatidilgliserol - Sfingofosfolipitler (sfingomiyelin) II. GLİKOLİPİDLER (Serebrozid ve gangliozidler) III. KOLESTEROL
Lipit çift tabakasında yer alan lipitler Fosfolipitler Kolesterol Glikolipitler
Lipit çift tabakanın çatısını amfipatik moleküller olan fosfolipitler ve glikolipitler kurar. Hidrofilik (suyu seven) fosfat grupları membranın dış yüzeyinde yer alırlar ve hidrofobik (suyu sevmeyen) yağ asidi kısımları ise çift tabakalı hücre membranının iç kısımlarını oluştururlar. polar hidrofilik baş kısmı nonpolar hidrofobik kuyruk kısmı polar hidrofilik baş kısmı Fosfolipit çift tabaka
Çift tabaka sulu bir çevrede amfipatik moleküllerin termodinamik gereksinmelerini de karşılayabilir. Fosfolipidler sulu ortamlarda amfipatik olmaları nedeniyle polar gruplarının su ile ilişkili olacak şekilde dizilmesiyle polar olmayan gruplar bir araya gelerek bir lipit çift tabakası oluşturur. Bu termodinamik olarak uygun olan düzenlemede hidrofilik baş kısımları su ile yüzleşirken hidrofobik kuyruk kısımlar iç tarafta kalarak sudan korunur. Ancak lipid çift tabakanın su ile yüzleşecek bir sınırının bulunması termodinamik olarak uygun değildir. Elverişsiz bir çevre ile karşı karşıya kalan kısım, çift tabakanın sadece uçları veya kenarlarıdır. Su ile yüzleşmenin engellenmesi için lipid çift tabakanın tamamen kapanarak su ile yüzleşecek bir sınır bırakmaması gerekir. Kenarları olmayan kapalı bir vezikül oluşturacak şekilde tabakanın kendi üzerinde katlanması ile termodinamik olarak en uygun şekli alınır. Bu davranış biçimi hücre oluşumu için en önemli temellerden bir tanesidir.
HÜCRE MEMBRANININ KİNETİĞİ Termodinamik olarak uygun değil Termodinamik olarak uygun
Lipid çift tabaka oluşumundan hidrofobik etkileşimler sorumludur. Membran lipitlerinin yapısındaki polar olmayan yan zincirlerin bir araya gelmesi bu bölgeden suyun uzaklaşmasına ve lipitlerin tabaklanmasına yol açar. Açığa çıkan suyun entropiyi (düzensizliği) arttırmasına bağlı olarak hidrokarbon yan zincirleri arasında van der Waals bağları, su molekülleri ile polar gruplar arasında elektrostatik etkileşimler ve hidrojen bağları oluşur. Kısacası, membranın lipit tabakaları kovalent olmayan etkileşimlerle bir arada tutulur.
Lipitler sulu ortamda misel oluştururlar. Miseller amfipatik lipitlerin oluşturduğu kümelerdir. Miselde hidrofobik gruplar kümenin iç kısmında, hidrofilik gruplar ise dış kısmında yerleşmiştir ve böylece sulu ortamında çözünmüş halde bulunurlar. misel lipozom van der Waals zarfı su Lipid moleküllerinin paketlenmesi Hidrofilik grup Hidrofobik grup Lipit miseli Lipit çift tabaka
Amfipatik bir lipidin sulu ortamda sonikasyonuyla lipozomlar oluşur. Lipozom Misel Fosfolipit çift tabaka Lipozomlar sulu ortamın bir kısmını saran çift tabakalı lipit küreleri olup içerdikleri hidrofilik ve hidrofobik bölgeler nedeni ile suda ve yağda eriyen molekülleri (ilaçları) taşıyabilme özelliğine sahiptir.
Lipidlerin hücre membranın ideal bileşenleri olmasının 2 önemli nedeni: 1. Amfipatik özellik 2. Membran akışkanlığı (Hidrokarbon zincirlerin lipit çift tabaka içindeki hareket derecesi)
Lipit çift tabakanın bir diğer önemli özelliği, yapısındaki lipitlerin hareket edebilmesidir. Bir fosfolipit molekülünün kendi ekseni etrafında çok hızlı dönmesine (saniyede 10 7 ) rotasyon difüzyon Aynı tabakadaki fosfolipitlerin yana kayarak yer değiştirmesine lateral difüzyon Çok nadir gerçekleşen flip-flop hareketinde (ping-pong modeli) ise molekül bir tabakadan diğerine geçer transvers difüzyon Bu hareketlerin gerçekleşebilmesi için membranın akışkan olması gerekir.
lateral difüzyon flip-flop rotasyon difüzyon
Lateral difüzyon Hızlı Transvers difüzyon (flip-flop) Çok yavaş
Membran akışkanlığı Hidrokarbon zincirlerin lipit çift tabaka içindeki hareket derecesi membran akışkanlığı olarak adlandırılır. Lipit çift tabakaya katılan hidrokarbon zincirlerin hareketi arttıkça membranın akışkanlığı da artar.
Membran akışkanlığını etkileyen faktörler Çift tabaka termal hareket nedeniyle belirli bir geçiş sıcaklığının üzerinde sıvıdır, sıcaklık azaldıkça parakristalin (jel) haline döner Parakristalin hali Sıvı hali Isı hidrofob yan zincirlerinin hareketine neden olur
Geçiş (Transition) Isısı Isı arttıkça hidrofob yan zincirler daha ziyade sıvıyı andıran veya akışkan bir düzenlemeyi benimseyerek düzenli halden düzensize doğru olan bir geçişe uğrarlar. Yapının düzenliden düzensize doğru geçişe uğradığı ısı geçiş ısısıdır. Geçiş ısının üzerindeki ısılarda Geçiş ısının altındaki ısılarda
Lipit bileşimi Kısa zincirli ve çok doymamış yağ asidleri (1, 2 veya 3 çift bağı içerenler) membranı daha akıcı hale getirir. Uzun zincirli ve doymuş yağ asidleri, daha sıkı bir şekilde paketlendikleri için, membran akışkanlığını azaltırlar. Kısa zincirli ve doymamış yağ asidleri Uzun zincirli ve doymuş yağ asidleri
Cis Konfigürasyonu Doğal yolla oluşan yağ asitleri cis konfigürasyonuna sahiptir. Cis konfigürasyonunda bulunan doymamış bağlar hidrofobluğu azaltmaksızın, yan zincir paketlenmesindeki sıkışıklığı azaltarak çift tabakanın akışkanlığını arttırırlar. 48
Kolesterol Hücre membranının % 40 ını oluşturmaktadır Küçük polar başı ona amfipatik özellik kazandırıyor Polar (hidrofil) baş Rigid steroid hidrokarbon halka yapısı Nonpolar (hidrofobik) Esnek hidrokarbon zinciri
KOLESTEROL Polar baş grupları Membranın rijiditesi artar Daha akışkan bölge Steroid çekirdeği Polar baş grubu Polar olmayan hidrokarbon zinciri Fosfolipit molekülleri arasına membranın dış yüzünde iç yüzüne göre daha fazla olacak şekilde yerleşir. Yapısındaki tek polar grup olan hidroksil grubu (OH-) sulu ortama doğru yönelmiş halde ve fosfolipitlerin baş kısımlarıyla etkileşimdedir. Polar olmayan steroid çekirdeği ve hidrokarbon zinciri ise fosfolipitlerin hidrokarbon kuyrukları arasında bulunur. Plazma membranındaki kolesterolün tamamı serbest kolesteroldür, ER membranında ise hem serebest hem de ester kolesterol bulunur.
Polar baş grupları Kolesterolün akışkanlığı azalttığı bölge Daha akışkan bölge Membran akışkanlığının en önemli belirleyicilerden biri olan kolesterol, iki komşu hidrokarbon zinciri arasına girer ve yüksek ısı gibi iç veya dış etkenlerin zar akışkanlığını arttırmasını engelleyerek, zar dayanıklığının sürdürülmesini sağlamaktır. Kolesterol bir akışkanlık tamponu olarak görev görmektedir. Düşük ısıda akışkanlığı arttırırken, yüksek ısıda akışkanlığı azaltmaktadır.
Kolesterol
Glikoprotein Ekstrasellüler sıvı Glikolipit Phospholipids Periferik protein Kolesterol Sitoplazma Transmembran proteinler Sitoskeleton filamentleri
İç-dış (transvers) asimetri Membran asimetrisi Fosfolipitler: Kolin içeren fosfolipitler (fosfatidilkolin ve sfingomiyelin) membranın dış tabakasında yer alır Aminofosfolipitler (fosfatidiletanolamin ve fosfatidilserin) membranın iç tabakasında yer alırlar. Asimetrik yerleşmeleri nedeniyle fosfolipitlerin transvers mobiliteleri (flip flop = akrobatik sıçrama) yavaş ve kısıtlıdır.
Sfingomiyelin Glikolipid Fosfatidilkolin Kolesterol Hücre dışı Fosfatidilserin Fosfatidilinozitol Fosfatidilkolin Sfingomiyelin Hücre dışı Fosfatidiletanolamin Fosfatidilserin Fosfatidilinositol Sitosol Hücre içi Fosfatidiletanolamin Negatif yüklü baş grubu Negatif yüklü sitosolik kısım Fosfatidilinositol hücre membranının sitosolik kısmında yer alan bir diğer fosfolipittir. Fosfatidilinositol hücre sinyal iletiminde önemli bir rol oynar. Fosfatidilserin ve fosfatidilinositol moleküllerinin baş kısımları negatif yüklü olmaları nedeniyle plazma membranının sitosolik yüzeyi de negatif yüklüdür.
Lipit asimetrisi ekstrasellüler sinyallerin intrasellüler sinyallere dönüştürülmesinde önemlidir. Ekstrasellüler boşluk Sitozol
Insan eritrositlerinin plazma membranındaki fosfolipitlerinin ve kolesterolün asimetrik dağılımı. K
HÜCRE ZARINDA FOSFOLİPİD ASİMETRİSİNİ SAĞLAYAN TAŞIYICILAR Çok yavaş da olsa flip-flop hareketi ile membranda olması gereken lipit düzeni değişmeye başladığında bu düzeni yeniden kurmakla görevli iki protein vardır: flippase ve floppase. Flipaz ın görevi, PS ve PE yi (aminofosfolipitleri) ATP bağımlı olarak membranın dış yüzeyinden iç yüzeyine taşımaktadır. Flopaz ise genellikle membran yapısında gerçekleşen değişiklikler sonucunda lipit sayısındaki değişiklikleri modifiye etmek üzere ATP bağımlı olarak kolin içeren lipitleri membranın iç yüzeyinden dış yüzeyine flipaz dan 10 kat daha yavaş olacak şekilde taşır.
Scramblase: asimetri kaybında rol oynadığı öne sürülen bir protein dir. Lipid çift tabakanın her iki tarafında yer alan fosfolipidleri dengeleyen bir protein. Özellikle ER (endoplazmik retikulum) de aktif olarak bulunan bu protein fosfolipidleri ER membranının her iki tarafına da eşit olarak dağıtır. ER da yeni lipid molekülleri lipid çift tabakanın sadece sitozolik kısmına dahil edildiği için ve lipit molekülleri kendi kendilerine bir tarafatan diğerine geçemeyecekleri için fosfolipid translokatörleri (Scramblase) lipid moleküllerinin sitosolik taraftan ER lümeni tarafına geçirir.
LİPİD YIĞINLARI (RAFT) Hücre membranında fazla oranlarda kolesterol ve sfingolipid içeren özelleşmiş mikrobölgeler ya da platformlar bulunmaktadır. Bu özelleşmiş membran bölgelerindeki fosfolipitlerin yan zincirleri non-raft membran bölgelerine göre çok daha fazla doymuş yağ asidi içerir (sfingolipidlerin yapısında da doymuş yağ asidi fazladır). Kolesterol ve doymuş yağ asitlerinin yoğun olarak bulunması lipid raftlarını membranın diğer kısımlarına göre daha düzenli ve daha az akışkan olmasına neden olur. Doymuş yağ asitleri (örn. palmitoil ya da miristoil) ile kovalent olarak modifiye sitoplazmik proteinler, membrana bağlanan proteinler ve hücre içi sinyal iletiminde rol alan birçok protein lipid raftlarında yoğun olarak bulunurlar.
LİPİD YIĞINLARIN (RAFT) FONKSİYONLARI 1. Sinyal molekülleri için özel bölgeler oluşturmak 2. Membran akışkanlığını düzenlemek 3. Membran protein trafiğini düzenlemek (örn. hücre göçü sırasında membran proteinlerinin asimetrik dağılımında rol aldığı düşünülüyor). 4. Nörotransmitter ve reseptör trafiğini düzenlenlemek. 5. Endositoz, ekzositoz, adhezyon, apoptozis, göç gibi olaylarda rol alır.
HÜCRE MEMBRANINDA YER ALAN KARBOHİDRATLAR Karbohidratlar membranda oligosakkaritler şeklinde proteinlere kovalent olarak bağlanarak glikoproteinleri, sfingolipidlerle birleşerek glikolipidleri oluştururlar. Plazma membranlarının bu kısmına Glikokaliks adı verilir. Oligosakkaritler dışında heksozlar (glukoz, galaktoz, mannoz, fukoz), pentozlar (arabinoz ve ksiloz) ve türev şekerler (glukozamin, galatozamin ve sialik asit) membran yapısında yer alır. Karbohidratlar, hücreler arası tanıma olaylarında antijenik bileşenler olarak görev yapar.
Glikokaliks Transmembran glikoprotein Şeker kalıntısı Glikoprotein Transmembran proteoglikan likokaliks glikolipit Lipit çift tabaka Sitozol
Seramid Yağ asidi Eritrositlerin yüzeyinde bulunan insan kan grubu (A,B,0) antijenleri lipidlere ve proteinlere bağlı oligosakkaritlerdir. ABO sistemdeki kan gruplarını glikolipid ve glikoprotein yapısındaki antijenlerin uç grupların farklılığı belirlemektedir. Tüm insanlarda 0 antijenini sentezleyen enzimler bulunur. Kan grubu A olan insanlarda N- asetilgalaktozamin ekleyen enzimler de bulunur. Kan grubu B olan insanlarda ise ekstra galaktozu ekleyecek enzimler bulunur. AB kan grubuna sahip insanlarda hem A hem de B antijenleri sentezlenir.
Sadece A antijeni varsa A grubu Sadece B antijeni varsa B grubu A ve B antijeni varsa AB grubu A ve B antijeni yoksa O grubu 67
Kolesterol Sitoskeleton Karbohidrat Membran proteini Hücre dışı Hücre içi
Proteinler peptid bağı Hidroliz Amino asid Amino asid Dipeptid Peptid Bağı O - C N - H Amid Bağı (kovalent bağ) Proteinlerde amino asidler, bir amino asidin -karboksil grubuyla diğer amino asidin -amino grubu arasındaki amid bağları olan peptid bağlarıyla kovalent olarak bağlıdırlar.
Şematik olarak polipeptid zinciri Non-polar yan zinciri Polar yan zinciri
Membran Proteinleri Membran proteinleri, membranın yapısal bütünlüğü ve spesifik fonksiyonlarından sorumludur. Membran proteinleri, membrandaki yerşleşim yerlerine göre: Periferal (ekstrensek) membran proteinleri Membran proteinlerinin yaklaşık % 30 kadarını oluştururlar ve genellikle integral membran proteinlerine nonkovalent olarak bağlanırlar Hücre yüzey antijenleri İntegral (intrensik) membran proteinleri Membran proteinlerinin % 70 kadarını oluştururlar Lipit çift tabakaya gömülmüş haldedir, Çoğu tüm membran boyunca uzanır ve bazı maddelerin karşı tarafa geçtiği kanalları oluşturur (transmembran proteinler)
FONKSİYONEL SINIFLANDIRMA: 1. TRANSMEMBRAN PROTEİNLERİ: a. İyon kanalı: özel iyonları su dolu porlar aracığı ile membranın diğer tarafına taşır. Birçok plazma membranı çeşitli iyonlar için spesifik kanallar içerir b. Taşıyıcılar: Şekillerini değiştirerek özel maddeleri membranın diğer tarafına taşır. c. Reseptör: Spesifik ligandı tanırlar ve hücrenin fonksiyonunu değiştirirler. d. Enzim: Hücre içinde veya dışında reaksiyonları katalizler. e. Bağlayıcı: Hücre içinde ve dışında filamentlere bağlanarak hücrenin yapısal bütünlüğünü ve şeklini korumaya yardımcı olur. Aynı zamanda, hücrenin hareketine de etkisi vardır.
Glikolipit Oligosakkarit İntegral protein Hidrofobik α-heliks Fosfolipit Kolesterol
Membran Proteinlerin fonksiyonları Dış taraf Plazma membranı İç taraf Taşıyıcılar Enzim Hücre yüzey reseptörleri Hücre yüzey antijenleri Hücre adhezyonu Sitoskeletona bağlanma
Membrana integral proteinler aracılığı ile tutunur. Ortam ph nın veya iyonik şiddetinin değişmesiyle bu proteinler kolayca membrandan ayrılır. Amfipatik değillerdir. Bu nedenle nonpolar lipidlere bağlanmazlar (lipid tabakanın iç bölgesine giremezler). Periferal proteinler ph nın değişmesi üre, CO 3 2- Periferal protein Deterjanlarla membrandan kolayca ayrılırlar. deterjan İntegral protein
Spektrin (Spectrin) - periferal zar proteinidir.
Transmembran proteinler amfipatik özelliktedir, yani hem hidrofilik hem de hidrofobik bölgelere sahiptirler. Hidrofobik kısımları lipit tabakanın hidrofobik iç kısmıyla, hidrofilik kısımları ise lipit tabakanın her iki yanında yer alan su tabakasıyla ilişkidedir. Membranın içinde nonpolar amino asidler hidrofobik gruplar, fosfolipitlere sıkıca bağlanarak proteinin membrana tutunmasını sağlar Proteinin polar bölgesi Membranın dış yüzeyinde polar amino asidler Hidrofilik gruplar ekstrasellüler sıvıya ve sitozole uzanmaktadır Proteinin non polar bölgesi
Retinal kromofor (Rodopsin) H + NH 2 Nonpolar (hidrofobik) hücre membranındaki α-heliksler H + COOH Sitoplazma
Polipeptid zincirinin bir eksen etrafında sağa veya sola kıvrılarak oluşturduğu sarmal yapıya -sarmal (heliks) denir. C-terminal N-terminal Sol Sağ Proteinlerdeki heliksler sağ dönüşümlüdür
ipid çift tabaka sitozol Lipit çift tabakayı α-sarmal (α -heliks) halinde geçen transmembran protein Bu geçiş: 1. Tek bir zincir şeklinde, tek geçişli (single-pass) veya 2. Birkaç tane α-sarmal zincir halinde, çok geçişli (multipass) olur. 3. Transmembran proteinler zarda bulunan lipitlere kovalent olarak bağlanır sitoplazmik tabakada 4. Oligosakkarit aracılığı ile küçük fosfolipit veya fosfatidilinozitole kovalent olarak bağlanırlar non-sitoplazmik tabakada 5-6. Periferal proteinler, integral membran proteinlerine nonkovalent olarak bağlanırlar
fosfatidilinositol'e bağlı proteinler Transmembran proteinler yağ asitlerine bağlı proteinler Periferal proteinler
Eritrosit membranındaki integral membran proteinleri: Glikoforin Band 3 protein
Transmembran proteinlerin çoğu glikozillenmiştir (şeker grupları eklenmiştir). Şeker molekülleri bu proteinlere endoplazmik retikulum ve Golgi kompleksinde eklenir ve proteinlerin oligosakkarit zincirleri daima ekstrasellüler yüzde yer alır. Proteinlerin sergiledikleri asimetri, sahip oldukları diğer ilave gruplar ve çeşitli bağlar tarafından daha da artırılır. Bunlardan, sülfhidril (SH) grupları sitoplazmik yüzde, disülfit (S-S) bağları ekstraselüler yüzde yer alır.
Sorunuz var mı??
HÜCRE ZARI TAŞIMA SİSTEMLERİ ENERJİ GEREKSİNİMİ Enerji gerektirmeyen Difüzyon Basit difüzyon Küçük moleküllerin membranı geçme hareketi Kolaylaştırılmış difüzyon Sekonder aktif taşıma Enerji gerektiren Primer aktif taşıma Büyük moleküllerin membranı geçme hareketi Endositoz Ekzositoz Fagositoz Molekül lipid çift katmandan direkt geçer Aracılı taşıma membran proteini gerektirir Fiziksel gereksinim Membranda vezikül oluşumu gerektirir
Taşıma Modelleri Pasif ve Aktif Transport Taşıyıcı proteinler: pasif ve aktif transport Kanallar: sadece pasif transport Taşınan molekül Kanal proteini Taşıyıcı protein Lipit çift tabaka Konsantrasyon gradiyenti Basit difyüzyon Kanallar aracılığı ile Taşıyıcı protein aracılığı ile PASİF TRANSPORT AKTİF TRANSPORT
Aracısız transport Pasif difüzyon İki ortam arasındaki konsantrasyon farkına, konsantrasyon gradiyenti denir. Pasif difüzyon, moleküllerin konsantrasyon gradiyenti yönünde kendi kinetik enerjileri ile yayılmalarıdır. Sisteme dışarıdan enerji eklenmediği için moleküllerin bu hareketi zarın her iki tarafındaki madde konsantrayonu eşitleninceye (sistem dengeye ulaşıncaya) kadar devam eder.
Diffüzyon yüksek düşük konsantrasyonu Boya molekülleri Yarı geçirgen membran su denge
Hücre gibi yarı geçirgen bir zarla bölünmüş bir sistemde, çözünmüş partiküllerin yüksek konsantrasyonda bulundukları ortamdan, düşük konsantrasyonda bulundukları ortama doğru kendi kinetik enerjileri ile yayılır. N 2, O 2, CO 2 ve NO gibi non polar, küçük ve yüksüz gazlar kolayca difüze olur. Etanol, küçük organik asidler polar, ama yüksüz moleküller Su Üre Lipofilik bileşikler lipitte çözünme dereceleri, şekil ve boyutlarına bağlı olarak difüze olabilirler
HİDROFOB MOLEKÜLLER KÜÇÜK, YÜKSÜZ POLAR MOLEKÜLLERİ BÜYÜK, YÜKSÜZ POLAR MOLEKÜLLERİ benzen üre gliserol glukoz sakkaroz Yüksek geçirgenlik üre gliserol triptofan glukoz Geçirgenlik katsayıları (cm/sec) İYONLAR Sentetik lipit çift tabaka Taşınacak maddeler geçirgenlik katsayılarına göre membran lipit tabakaları arasındaki geçitlerden hücre içine veya dışına taşınmaktadır. Düşük geçirgenlik
Eğer iki sıvı kompartmanı arasındaki bir zar suya geçirgen, fakat su içinde çözünmüş bazı maddeler için geçirgen değilse (yarı geçirgen membran) ve diffüzyona uğramayan maddelerin konsantrasyonu zarın bir yanındaki sıvı bölümünde diğer taraftakinden daha fazla ise, su yüksek yoğunlukta diffüze olmamış madde içeren bölüme doğru zardan geçer. Suyun difüzyonu, osmoz olarak adlandırılır Suyun difüzyonu osmoz
Tonisite Bir solüsyonun osmotik basıncını plazmanınki ile karşılaştırmak için kullanılır. Hipotonik solüsyonlar plazmadan düşük osmotik basınçları nedeniyle hücrelerin hacmini arttırırlar. İzotonik solüsyonlar plazma ile (% 0.9 NaCl çözeltisiyle) aynı basınçları nedeniyle hücre hacmini etkilemezler. Hipertonik solüsyonlar ise plazmadan yüksek osmotik basınçları sonucunda hücre suyunun intravasküler sıvısına çekilmesine ve hücrenin hacim kaybına neden olurlar.
izotonik Hipotonik Hipertonik Hipotonik izotonik Hipertonik in out
Kolaylaştırılmış diffüzyon Kanallar veya taşıyıcı proteinler aracılığıyla, konsantrasyon gradiyenti yönünde, enerji harcanmadan gerçekleşir. yüksek kolaylaştırılmış = yardım ile açık kanal = hızlı transport düşük
Na + İyon kanalları çok seçicidir Kanal proteinleri hareketsizdir. İyonların çok hızlı geçişine izin verir: saniyede 100 milyon iyon! Cl - K + K K Konsantrasyon gradiyentlerine ve elektriksel yüklerine göre akış
Kapılı kanallar Bu proteinler: - Ligand kapılı (asetilkolin gibi bir ligandın reseptörüne bağlanması sonucu açılmakta veya kapanmaktadır) - Voltaj kapılı (membran potansiyelindeki değişime bağlı olarak açılmakta veya kapanmaktadır) - Mekanik kapılı gerilim ve basınca duyarlıdırlar, hücre iskeletinin gerilemesi ile açılırlar
Voltaj kapılı-membran potansiyelinin değişmesiyle kapı açılır Ligand kapılınörotransmitterin reseptöre bağlanmasıyla kapı açılır. Asetilkolinin bağlanması sinir hücrelerinde Na + kanallarının açılmasını ve sinir iletinin başlamasını sağlar
Voltaj kapılı kanallar Voltaj kapısı hücre membranındaki elektriksel voltaj değisikliklerine duyarlı olan kapılardır. Sodyum kanalları Potasyum kanalları Kalsiyum kanalları
İstirahat halindeki nöron Aksiyon potansiyeli Plazma membranı Uyarı stimulusu Sodyum kanalları açılır Na + nöronun içine girer Na + hücre içine Potasyum kanalları açılır K + nöronu terk eder Repolarizasyon Na, K-ATPaz K + hücre dışına Na, K-ATPaz pompası ile iyonların dağılımı sağlanmaktadır
AKSİYON POTANSİYELİ Aksiyon potansiyeli, uyarılabilen hücrelerin eşik potansiyelini aşarak pozitif değere gelip çok kısa bir süre içinde tekrar negatif değere dönmesidir İstirahat membran potansiyeli eşik değere ne kadar yakınsa nöron o kadar kolay uyarılabilir.
Dinlenme durumundaki bir hücre (-70 mv) eğer eşik değer denen bir değere kadar depolarize edilirse (membran potansiyelinin daha az negatif bir duruma geçerse) (-55 mv), hücre zarındaki voltaj kapılı hızlı sodyum kanalları açılır ve hücre içine kısa zamanda büyük miktarda sodyum akışı olur. Eşik değeri, hızlı voltaj kapılı Na kanallarının açılması için gereken voltaj değeridir. Bu sırada hücre içinde artı yük miktarı hızla artarak dik bir potansiyel değişimi oluşturur. Belli bir noktaya kadar yükselen bu potansiyel değişikliği sabit bir noktada durur; çünkü bu noktada voltaj kapılı Na kanalları artık kapanır ve daha fazla sodyumun girişine izin vermez. Buna tepeye vuruş (overshoot) adı verilir. Potansiyelin yükselmesi sırasında aynı zamanda yavaş potasyum kanalları da açılmaya başlar ve böylece, Na iyonalarının hücre içine girişiyle oluşan potansiyel değişimi tekrar istirahat membran potansiyeline geri döner (repolarizasyon). Daha sonra hem K kanallarının kapanması hem de Na/K-ATPaz pompasının sürekli faaliyetiyle potansiyel normale döner. Bu olayların hepsine birden aksiyon potansiyeli adı verilmektedir.
Aksiyon potansiyelinin en önemli üç faktörü 1. Voltaj kapılı hızlı Na kanalları: Voltaj bağımlı Na kanallarını açabilen bir uyarı aksiyon potansiyeli oluştururken, hücreyi eşik değere getiremeyen, yani voltaj bağımlı Na kanallarını açamayan uyarılar aksiyon potansiyeli oluşturmazlar. 2. Voltaj kapılı yavaş K kanalları: Aksiyon potansiyeli sırasında oluşan yük değişikliklerini nötralize etmekle görevlidirler ve hücre dışına K çıkışına sebep olurlar. 3. Na/K-ATPaz pompaları: Sürekli çalışan bu pompalar, potansiyeli oluşturan süreçler iletiminde zarı tekrar dinlenme potansiyeline döndürerek yeni bir aksiyon potansiyeli oluşturabilmek üzere hazır hale getirirler.
inaktivasyon Na + kanalı Na kanalları hücre istirahat (-70 mv) halindeyken kapalıdır Aktivasyon ile sodyum kanalları açılır ve nörona sodyum girer Aktivasyon kapısı İnaktivasyon kapısı
Hızlı voltaj kapılı sodyum kanallarının çalışma prensibi. A. Hücre zarında bulunan bu kanalların iki kapısı vardır: Kanal içinde yer alan aktivasyon kapısı; hücre içine bakan inaktivasyon kapısı. Hücre dinlenme durumunda iken aktivasyon kapağı kapalı, inaktivasyon kapağı açıktır. B. Zar voltajı değişerek eşik değerine ulaşırsa, kanalın içindeki aktivasyon kapısı açılır; çünkü bu kapı, bu voltaj değerinde açılmaya uygun bir moleküler yapıdadır. C. Açılan kanal boşluğundan sodyum hızla içeri akar ve artık hücrenin içi dışarıya göre pozitif yüklenmeye başlar. D. Hücre içi voltaj değeri dışarıya göre +35 mv düzeylerine geldiğinde ise bu kez inaktivasyon kapısı kapanır. Dolayısıyla bu noktada artık bu hücreyi bir daha uyarmak mümkün değildir. Sodyum girişi durur ve potansiyel değişimi sona erer. E. Ardından, K iyonlarının çıkışıyla normale dönen zar potansiyeli dinlenme voltajına ulaştığında kanal tekrar dinlenme durumundaki haline döner: aktivasyon kapısı kapanır; inaktivasyon kapısı açılır ve hücre yeni bir uyaran için hazır hale gelir. Voltaj kapılı K kanalları ise sadece tek bir kapıya sahiptir ve dinlenme durumunda bu kanallar kapalıdır. Depolarizasyon veya aksiyon potansiyeli sırasında geniş bir voltaj aralığında yavaşça açılıp kapanırlar ve böylece repolarizasyonu sağlarlar.
K + kanalı aktivasyon Membran polarizasyonu Kapalı Membran depolarizasyonu inaktivasyon İnaktive Açık
Ligand (Transmitter)-kapılı iyon kanalları Asetilkolin-kapılı katyon kanalları (uyarıcı) Serotonin-kapılı katyon kanalları (uyarıcı) Glutamat-kapılı katyon kanalları (uyarıcı) GABA-kapılı klorür kanalları (inhibitör) Glisin-kapılı klorür kanalları (inhibitör)
Presinaptik bölgede sentezlenen ve veziküllerde depolanan nörotransmitterler elektriksel uyarı sonucu parçalanan veziküllerden ekzositoz yoluyla sinaptik aralığa salınmaktadır. Post sinaptik membranda özgül reseptörlere bağlanan nörotransmiterler uyarıcı (depolarizasyon) veya inhibitör (hiperpolarizasyon) etki oluşturmaktadır. Reseptörler iyonotrofik ve metabotrofik olarak iki sınıfa ayrılmaktadır. İyonotrofik reseptörler nörotransmitter bağlanmasıyla voltaja duyarlı Na + kanallarının açılmasına aracılık etmektedir. Metabolik reseptörler ise spesifik protein kinazları aktifleyerek camp veya inozitol trifosfat üzerinden etkili olmaktadırlar. Presinaptik aksiyon potansiyeli Sinir ucundaki aksiyon potansiyeli Ca 2+ kanallarını açmaktadır Ekzositozla nörotransmitter sinaptik aralığa salınmaktadır Voltaja duyarlı Na + kanalları açılmaktadır Presinaptik sinir ucu Postsinaptik potansiyel Eşik değeri Nörotransmitter Reseptör kanalı Post sinaptik sinir ucu
Asetilkolin-kapılı katyon kanalı (uyarıcı): Her bir Ask reseptörü 2 idantik alfa, 1 beta, 1 epsilon ve 1 delta olmak üzere 5 alt birim içerir. Silindir şeklinde düzenlenmiş olan bu altbirimlerin ortası normalde kapalı duran bir kanal gibidir (iyonofor). Her bir alfa alt biriminin ekstraselüler yüzeyinde tek bir Ask bağlanma bölgesi vardır. Bu alt birime aynı zamanda nöromüsküler blok yapan ilaçlar da bağlanırlar. Asetilkolin bağlama yeri g d kanal por Lipit çift 4 nm sitozol tabaka Asetilkolinin reseptörüne bağlanması ile ligand-reseptör kompleksinde gelişen yapısal değisiklik sonucunda reseptörün merkezindeki kanal 1 msn kadar açık kalır ve katyonlar (sodyum, potasyum, kalsiyum) konsantrasyon gradiyentiyle hareket ederler. Başlıca sodyum iyonunun girişi ve potasyumun çıkısıyla son plak potansiyeli oluşur.
Parasempatik Gangliyonik Sinaps Asetilkolinesteraz Na + Aksiyon Potansiyeli ACH Na + Nikotinik Reseptör Pregangliyonik nöron Postgangliyonik nöron
Mekanik olarak düzenlenen kanallar: kulaktaki kıl hücreleri Sterosilya membranı Kıl hücresi Sterosilya: İnsan vücudunda, iç kulakta bulunan uzun ve hareketsiz uzantılardır. Ses titreşimlerine cevap olarak elektriksel sinyal oluşur. Bu sinyal sterosilyaların eğilmesine neden olur.
Membran Taşıma (Transporterler) Proteinleri Membran transport proteinleri Seçici kanallar Spesifik taşıyıcılar Primer aktif transport Kolaylaştırılmış difüzyon Sekonder aktif transport ATP-bağımlı pompalar Uniport Simport Antiport ATPaz: P-tipi, F-tipi and ABC-tipi ATPazlar (ABC transporterler) Glut1-5 Pept1 NHE
Kolaylaştırılmış difüzyonda, membranda yerleşik taşıyıcı proteinler (transmembran proteinler), kanal proteinlerinden farklı olarak 1. Taşınan bileşiği özgül olarak bağlamakta ve bağlanma sonrası proteinde konformasyon değişikliği meydana getirmektedirler. 2. Bu değişiklikle bağlanma sırasında hücre dışına yönelmiş protein bağlanma sonrası hücre içine (sitozole) yönelmekte 3. Bağladığı bileşiği sitozole bırakmaktadır Kolaylaştırılmış difüzyondaki taşıma proteinleri hareketlidirler. Konformasyonel değişiklik conformation change Konformasyonel değişiklik conformation change Carrier-mediated solute transport
Konformasyonel değişiklik
Uniport taşıma proteini: Örneğin GLUT1 Glukoz Bağlanma GLUT 1 glukoz taşıyıcısı glukozun yüksek yoğunlukta olduğu kan plazmasından eritrositin içine doğru yani yoğunluğu düşük olduğu yönde taşınmasını sağlar Taşınma Dşissosiasyon
Membrandaki taşıma proteinlere transporter veya permeaz adı verilmektedir Taşıyıcı (Permeaz) Dış membran İç membran Uniport (Tek yönlü taşıma) Simport (aynı yönde) Antiport (zıt yönlerde) Kotransport İki farklı bileşik aynı zamanda taşınır (birlikte taşınma)
simport GLUT2 (Sodyum glukoz transporter1) Bağırsak hücrelerinin lumene (boşluğa) bakan yüzünde SGLT 1 (sodyum-glukoz transporter) adı verilen bir taşıyıcı protein bulunur. Bu taşıyıcı protein üzerinde sodyum için iki, glukoz için bir bağlanma noktası vardır. Sodyumun bağlanması proteinde yapısal bir değişime yol açarak glukozun taşıyıcıya bağlanmasını kolaylaştırır. Bağırsak epitel hücresi içinde sodyum iyonları taşıyıcıdan uzaklaşır. Bu durumda konformasyonu değişen taşıyıcının glukoza ilgisi azalır ve glukoz serbestleşir.
Eritrositlerde anyon kanal proteini (Band 3), Cl - ve bikarbonatın kolaylaştırılmış diffüzyon antiport sistemi ile taşınmasını sağlar. Kapilerler Karbonik anhidraz Alveoller Kana diffüze eder antiport Solunumla dışarı atılmaktadır
Aktif taşıma (transport) Hücre membranından, molekül ve iyonların, metabolik enerji kullanarak, konsantrasyon gradyanına karşı yönde taşınması işlemine aktif transport denir.
a) Ko-transporter b) ATPaz pompaları (enerji ATP nin hidrolizinden) c) ışık- pompası (enerji elektron hareketi veya ışıktan) ışık Elektrokimyasal gradienti Ko-transporter ATPazpompası Işık -pompası
simport Primer aktif taşıma (transport) Sekonder aktif taşıma (transport)
Primer ve sekonder aktif transporterlar hayvan hücresinde birbiriyle koordine bir şekilde çalışırlar Hücre dışı Hücre içi
Primer aktif taşıma Na + K + ATP az: Na + K + transportu Enerji kaynağı - ATP ATP yi ADP + Pi a hidroliz edebildikleri için bu proteinlere ATP azlar da denir Ekstrasellüler sıvı Sodyum Potasyum ATP ADP P i İntrasellüler sıvı Potasyum K +
Adenozin trifosfat Adenozin difosfat Adenozin monofosfat Adenozin Fosfodiester bağı Adenin Fosfat grupları Riboz Fosfat gruplarının bir molekülden diğer bir moleküle aktarılmasında önemli
Primer aktif transport sistemlerinin çoğu hücre içi ve dışı arasındaki iyon dengesinin korunmasını sağlayan iyon pompalarıdır. Primer aktif transporta katılan transporterler yapısal benzerliklerine göre P-tipi, V- tipi, F-tipi ve ABC transporterler olarak sınıflandırılır. Hücre dışı Sitozol ATP bağlama yeri P tipi F ve V tipi ATP bağlama yeri ABC superailesi
V tipi ATP pompası: Lizozomlar, endozomlar ve salgı granüllerin sitoplazmik membranında bulunur. F tipi ATP pompası (ATP sentetaz lardır): Hücre için ATP üretiminde kullanılan proton pompası olarak özellikle iç mitokondriyal zarında görev yapar. P tipi ATP pompası: bütün ökaryot hücrelerin plazma membranında bulunan Na + -K + ATPaz, kas hücrelerinin sarkoplazmik retikulum membranında bulunan Ca 2+ ATPaz, midenin apikal plazma membranında bulunan H + -K + ATPaz pompası olarak görev yapar.
Na +, K + - ATPaz Na P ADP ATP K
Yaklaşık 10 4 kadar olan hücre dışı / hücre içi kalsiyum oranı Ca 2+ - ATPaz iyon pompası ile düzenlenmektedir. + CaM Fizyolojik etki 1 mm Ca 2+ 1mikromol Ca + + 3 Na + Ca ++ ATP 2 H + Ca ++ Mitokondri ER ADP + P i Dinlenme halindeki bir hücrede sitozolik kalsiyum miktarı çok düşüktür ve kalsiyumun çoğu mitokondri, endoplazmik retikulum gibi organellerde bulunur. Hücre içi Ca 2+ un uzun süre yüksek kalması çok toksiktir.
H + - K + - ATPaz H + - K + -ATPaz, mide asidi sekresyonunda bir antiport pompası olarak görev alır. Bu aktif transport olayı sonucu H + gastrik parietal hücrelerinden mide lumenine salgılanırken K + hücre içine girmektedir. kan Cl - kanalı Anion antiport Cl - Cl - Cl - HCO - HCO 3 3 + ATP Karbonik ADP + Pi K + anhidraz CO 2 H 2 O CO 2 + OH - K + K + K + kanalı Basolateral membran HCl mide lumeni H + -K + -ATPaz Apikal membran
ATP bağlayıcı kaset taşıyıcıları (ATP-Binding Cassette transporters) Çoğu ilacın dağılımında önemli süreçlerden biri, konsantrasyon farkına karşı gerçekleşen ve bu nedenle de enerji gerektiren aktif taşımadır. Aktif taşımada endotel ve epitel hücrelerin her iki yüzeyinde de bulunabilen proteinler taşımaya aracılık ederler. Bu proteinler; ABC (ATP-binding Cassette Family) ve SLC Süper Ailesi (Solute Carrier Family) olarak iki ana sınıfa ayrılırlar ve aynı adlı gen aileleri tarafından kodlanırlar. ABC (ATP-bağlayan protein) taşıyıcı ailesi MDR1 geni tarafından kodlanan p-glikoprotein ve en az 7 ceşit multi drug resistance (MDR) proteinden oluşmaktadır. İlk olarak 1976 yılında, ABC Süper Ailesi üyesi olan p-glikoprotein (MDR1), kanser ilaçlarına karşı direnç gelişmiş tümör hücrelerinde yüksek miktarda salınımı sonucu tanımlanmıştır.
P-gp enerjiye bağımlı olarak çalışır ve hücre içine giren ilacın dışarı pompalanmasını sağlayarak, hücre içi ilaç konsantrasyonunu azaltmaya çalışır ve ilaç direnci yaratır. Hücre dışı Kanser ilacı P-gp iki ATP bağlama yerine sahip bir membran proteinidir. ATP hidrolizinden sonra protein konformasyonunda değişiklik hidrofobik ilaçın çıkışını kolaylaştırmaktadır. P-gp artışı ile hidrofobik olan doksorubisin, daunorubisin, etoposid, taxol, vinkristin, vinblastin gibi birçok kemoterapötik ilaca karşı direnç gelişebilmektedir. ATP binding ATP sites bağlama yeri N C Hücre içi
MDR proteinler organik anyonik taşıyıcılardır. MDR protein fonksiyonu için iki model ileri sürülmüştür: a) Flipaz modeli: Substratın hidrofobik kısmı membrana girerken, hidrofilik kısmı sitozole bakar. Substrat membranda lateral olarak hareket ederken MDR proteinin transmembran sahasına bağlanır. ATP hidrolizi ile substrat ters dönerek dışarı atılır. b) Pompa modeli Substrat MDR nin sitozolik kısmına bağlanır ATP hidrolizi ile dışarı atılır.
Hücre dışı Flippase modeli Substrat Hidrofob uç Yüklü uç Pompa modeli: MDR1nın substratı bağlayan yeri sitozol kısmında bulunur ve molekülleri diğer ATPaz pompaları gibi dışarı taşır Konsantrasyon gradienti Sitozol 1. Lipitte çözünen substrat plazma membranın sitozole bakan tabakada çözünür 2. Membrandan diffüze ederek çift tabakanın içinde bulunan MDR1 proteine bağlanır 3. Bu şekilde hücrenin dışındaki sulu faza geçer
Kistik fibroz transmembran iletim düzenleyicisi (CFTR) Kistik fibroz transmembran iletim düzenleyicisi hücre membranından geçişte aktif transportta rol oynayan ABC protein ailesinin içinde yer almaktadır. Klorür için spesifik bir iyon kanalıdır: Hava yolları ve mide-barsak sistemi eksokrin bezlerinde epitel hücre membranından tuz ve sıvı geçişini sağlar (klorürün epitel yüzeyine kolaylaştırılmış diffüzyonunu sağlamaktadır, bunun sonucunda osmoz ile su apikal yüzeye geçerek mukusu dilüe etmektedir.) Kistik fibroz olayların % 90 nında mutasyona uğramış CFTR endoplazmik retikuluma ulaşmakta, fakat burada parçalanmaktadır.
Kistik fibroz, epitel hücrelerinde klorür kanallarının şeklini veren ve bu kanallardan klorür iyonlarının akışını regüle eden bir membran glikoproteini olan kistik fibroz transmembran iletim düzenleyicisini (CFTR) kodlayan gendeki mutasyon sonucunda ortaya çıkmaktadır. Sağlıklı kişilerin normal olan solunum yolu epitelinde klorür iyonu dışarı salgılanırken sodyum iyonu yavaş olarak absorbe edilmektedir. Ancak kistik fibrozlu hastalarda meydana gelen mutasyonlar sodyum iyonunun hücresel absorbsiyonunu arttırırken, klorür iyonlarının sekresyonunu bloke etmektedir. Sodyum absorbsiyonu sırasında suyun submukozaya çekilmesiyle solunum yolu salgıları dehidrate hale gelir. Salgıların dehidrate olması ve mukosiliyer mekanizmaların işlev görememesi hastalığın gelecekteki seyrinin pankreas yetersizliğine dönüşmesine, alt solunum yollarında tekrarlayan bakteri kaynaklı infeksiyonların ortaya çıkmasına ve erkeklerde kısırlığa yol açan sperm kanalının tıkanmasına veya ortadan kalkmasına neden olmaktadır. Normal = ince koruyucu mukus Hastalarda = kalın koruyucu özelliği olmayan mukus Hücreden Cl un dışarı taşınması koruyucu ince mukus oluşmasını sağlar.
Basolateral P Cl - CFTR Cl - Na + Na + Na + Na + K + K + Apikal H 2 O H 2 O
Basolateral Cl - Cl - Na + ER Na + Na + Na + K + K + Apical H 2 O H 2 O
Sekonder aktif taşıma Na + /amino asid simportu Na + /glukoz simportu Ca 2+ / Na + antiportu Ekstrasellüler sıvı İntrasellüler sıvı Amino asid
Bu tip taşımada enerji kaynağı olarak ATP direkt kullanılmaz. Şekerlerin, amino asitlerin ve kalsiyumun hücre içine taşınmasında, membranın iki yüzü arasındaki Na + veya H + iyonları konsantrasyon gradiyentinden kaynaklanan enerji (iyon hareketinin kinetik enerjisi) kullanılır. Bu tip transportta Na + veya H + iyonları hücre içine konsantrasyon gradiyenti yönünde geçerken, hücreye girmesi istenilen diğer bileşik konsantrasyon gradiyentine karşı taşınır. Daha sonra Na + iyonları, ATP harcanarak Na + - K + -ATPaz tarafından hücre dışına çıkartılır. Sekonder aktif transportta ATP hidrolizi dolaylıdır. Kotrasporterlar
SEKONDER AKTİF TRANSPORT (proton pompası ile birlikte) Yüksek proton konsantrasyonu Hücre dışı Düşük glukoz konsantrasyonu sakkaroz sakkaroz Düşük proton konsantrasyonu Hücre içi primer aktif transport Yüksek glukoz konsantrasyonu sekonder Aktif transport
SEKONDER AKTİF TRANSPORT (Na + -K + ATPaz pompası ile birlikte) - Glukoz konsantrasyon gradientine karşı taşınmaktadır Sekonder aktif transport Glukoz Hücre dışı Sitozol Primer aktif taşıma
Büyük moleküllerin membranı geçme hareketi Endositoz ve Ekzositoz Ekstrasellüler sıvı Plazma membranı Endositoz Ekzositoz İntrasellüler sıvı
Büyük moleküller hücre içine ve dışına membrandan tomurcuklanan veya membranla kaynaşan veziküllerle (kesiciklerle) taşınır endositoz ekzositoz Ökaryotik hücreler bazı molekülleri, membranlarından oluşturdukları veziküller aracılığı ile içeri alırlar. Bu olaya endositoz adını veriyoruz. Egzositoz, hücre içi membranlardan oluşan veziküllerin, hücre içinden yükledikleri molekülleri, plazma membranı ile kaynaşarak dışarı vermesidir.
VEZİKÜL OLUŞUMU Egzositoz ve endositozda veziküller, aynı temel mekanizma ile, birkaç basamakta oluşur. Vezikül oluşumunun basamakları sırasıyla; 1. Membranın tomurcuklanması ve kılıflı vezikül oluşumu, 2. Vezikülün kılıfından sıyrılması, 3. Vezikülün hedef membranı bulması, 4. Vezikülün hedef membranla kaynaşmasıdır. Sitozol Donor membran Füzyon Tomurcuklanma Hedef membran
1. Vezikülün tomurcuklanması Hemen hemen incelenen bütün durumlarda vezikülün tomurcuklanmasında kılıf proteinlerinin varlığı gösterilmiştir. Kılıf protein alt birimleri biraraya gelerek 50-100 nm çapındaki genellikle küre biçimini alan kılıfı oluşturur. Kılıf protein alt birimleri sitozolde çözünmüş olarak bulunur. Vezikül oluşacağı zaman bu proteinler kaynak membrana bağlanır ve membranın o bölgedeki yapısını değiştirerek vezikülün tomurcuklanmaya başlamasını sağlar. Üç kılıf proteini görev almaktadır. 1. Klatrin/adaptör kompleksi 2. COP I 3. COP II Bu kılıflar birbirinden hem protein içeriği hem de etki yerleri bakımından farklıdır, ancak etki mekanizmaları benzerdir.
Klatrin kaplı vesiküller: Endositoz ile hücre dışı moleküllerin plazma zarından içeriye alınmasının yanısıra moleküllerin trans Golgi ağından endozom ve lizozomlara taşınmasından sorumludur. Klatrin üç ağır (H, 180 kda) ve üç hafif (L, 35 kda) proteinden oluşan yapı ile kaplanmıştır. Üç hafif ve üç ağır alt birimden oluşan üç ayaklı ve altı alt birimli yapıya triskelion adı verilmektedir. Birleşen bu triskelionlar, beşgen ve altıgenlerden oluşan kapalı polihedral yapıyı (kafesi) oluşturmaktadır. Ağır zincir Hafif zincir Triskelion = 3 ağır ve 3 hafif polipeptid= 1 klatrin KLATRİN VEZİKÜLLERİ cargo receptörü (transmembran protein) adaptin cargo reseptörüne bağlanır klatrin (kaplama proteini) - vezikülleri oluşturur dinamin vezikül kesenin üst kısmını daraltır (enerji kaynağı GTP) Klatrin ağır zincir Hafif zincir
cargo reseptör klatrin adaptin membran Klatrin alt birimlerinin oluşturduğu sepet içinde, klatrini membrana bağlayan bir adaptör protein de (AP-2) bulunur. Bu adaptör, klatrini membrana sıkıca bağlar. AP- 2 nin ayrıca, membran üstündeki sepete alınacak reseptörleri biraraya toplama gibi bir görevinin olduğu gösterilmiştir.
Endositoz ve egzositoz için ortak olan mekanizmayı ana hatları ile şöyle özetleyebiliriz: a. Kaynak membranı üzerinde yerleşmiş bir GEF proteini (guaninnükleotid değiştirme faktörü), sitoplazmada bulunan kılıf oluşturucu bir proteinin üzerindeki GDP yi GTP ye çevirir. Klatrin kılıfı için ARF (ADPribosylation factor); COP II kılıfı için ise Sar 1 proteinidir. b. Kılıf oluşturucu protein (ARF veya Sar 1), GTP bağladığı anda, içindeki bir hidrofob yağ asidini açığa çıkarır ve bu yağ asidi aracılığı ile membrana bağlanır. Bir GTPaz olan kılıf oluşturucu protein, sitozolde alt birimler halinde bulunan kılıf proteinini, membranın kendi bağlandığı bölgesine toplar. Membrana bağlanan kılıf proteinleri biraraya toplanarak sepet gibi bir yapı oluşturur ve membranın bu bölgedeki yapısını bozar. Böylece membranda bir tomurcuklanma oluşur. Tomurcuklanma, vezikül oluşumuna yol açar ve bazı proteinlerin vezikülü boyun bölgesinden koparması ile kılıflı bir vezikül oluşur.
- kılıflı vezikül İnaktif çözünen Sar 1-GDP aktif membrana Bağlı Sar 1-GTP Hidrofobik kuyruk Kaynak (donor) membran GEF = Guanine Nucleotide Exchange Factor - GTPaz aktivasyonu Membran proteinleri altbirimleri Donor membran
Taşıyıcı veziküllerin oluşumu ve kaynaşması: Kargo seçimi, Kaplayıcı proteinler ve Vesikül Tomurcuklanması 1. Bir vezikül içerisinde kargo olarak taşınacak olan zar proteinleri (kırmızı ve gri) diğer proteinlerden ayrılarak bir tomurcuk içerisinde toplanır. 2. Tomurcuk, taşıyıcı vezikülü oluşturmak üzere kopar 3. Vezikül hedef organelin zarıyla kaynaşır.
Vezikülün kılıfından sıyrılması Kılıflı vezikülün sitozole salınmasından hemen sonra kılıf sıyrılır. Bu işlem de yine kılıf oluşturucu GTPaz lar (ARF ve Sar 1) tarafından başarılır. Bunlar, GTP nin hidrolizi ile konformasyon değiştirirler, kendilerini vezikül membranına bağlayan yağ asidini geri çekerler ve vezikülden ayrılırlar. Bu proteinlerin vezikülden ayrılmasının hemen ardından bilinmeyen bir mekanizma ile kılıf depolimerize olur ve vezikül kılıfından sıyrılır.
Bağlanma Kaplanma Tomurcuklanma Endozom Klatrin molekülleri, ATP-bağımlı soyucu enzim (ATP-driven uncoating enzyme) ile uzaklaştırılmaktadır. Reseptör Ligand (kargo molekülü) AP adaptör kompleks Regulatör adaptör Klatrin Dinamin
Vezikülün hedef membranı bulması Zar sistemlerinin farklı olmasından dolayı, bir vezikül kendisi için doğru olan bir zarı buluncaya kadar, muhtemel birçok hedef zarla karşılaşması olasıdır. Hedefin bulunmasındaki spesifite yüzey markerleri ile sağlanmaktadır. Özellikle, iki protein grubu rol oynar: SNARE ve Rab diye adlandırılan hedef belirleyen GTPazlar. Bu konuda Rothman tarafından ileri sürülen SNARE hipotezi uzun süre kabul görmüştür ve halen bazı değişmelerle kullanılmaktadır. SNARE: Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor (NSF) attachment protein receptor). Bu hipoteze göre; vezikül içindeki bir integral protein (v- SNARE=synaptobrevin) ile, onunla özgül olarak etkileşebilen bir hedef membran integral proteini (t-snare = syntaxin) arasındaki yüksek afinite ve özgül etkileşim, veziküllerin hedeflerini bulmasını sağlamaktadır. SNARE ler sitoplazma içine sarkan ve reseptör olarak görev yapan integral proteinlerdir. SNARE ler en çok sinir hücrelerinde çalışılmışlardır.
vezikül v-snare (synaptobrevin) t-snare (syntaxin) organel hedef membran v-snare + t SNARE stabil trans SNARE kompleksi
Karşılıklı membranlar üzerindeki SNARE ler hidrofobik etkileşimlerle ve birbirlerine paralel yerleşerek halkalı halka (coiled coil) oluşturarak etkileşirler. SNARE lerin enerji yönünden avantajlı bir kompleks oluşturarak membran kaynaşması önündeki enerji engelini yıktıkları görüşü ağırlık kazanmıştır. Sinaptik vezikül Sitozol Sinir hücresi plazma membranı coiled coil Coiled-coil üçü t-snare, biri ise v-snare den oluşan, birbirine sıkıca bağlanmış 4 α-helix den oluşan bir settir.
Veziküllerin doğru hedefi bulmalarında etkin olduğu düşünülen diğer bir protein grubu Rab proteinleridir. Monomerik GTPaz'lardır ve 30 dan fazla üyesi vardır. SNARE lerde olduğu gibi, her Rab proteini hücre zarlarında karakteristik bir dağılıma sahiptir ve organeller sitosolik yüzeylerinde bir Rab proteini taşırlar. Rab proteinleri veziküle tutunur ve hedef membran üzerindeki bir efektör proteinle ve SNARE lerle özgül olarak etkileşerek SNARE kompleksinin (v- SNARE/t-SNARE kompleksi) oluşmasını sağlar. Böylece vezikül doğru hedefi bulur.
transport vezikülü çözünen Yağ asidi Membran füzyonu hidrolizi Hedef membran
Membran kaynaşması Vezikül, hedef membranını, Rab proteini, Rab efektörü, SNARE ve bağlayıcı proteinlerin ortak hareketi ile tanır ve membrana yanaşır. Membrana yanaşma sırasında, vezikül ve hedef membranın molekülleri, birbirleri ile etkileşebilecek kadar yakındır. Membran kaynaşması için ise, membranların 1.5 nm kadar yakınlaşmaları ve aradaki su moleküllerinin atılması gerekir. Bu işlemin SNARE ler tarafından başarıldığı zannedilmektedir. Birbirine bağlanacak membranlar üzerinde karşılıklı yerleşmiş bulunan, birbirlerine yüksek afiniteleri olan SNARE ler sarmal oluşturacak şekilde bağlanırken, membranları çekerek yakınlaştırır ve kaynaşmayı sağlarlar.
SNARE lerin ayrılması Bir ATP az olan NSF SNARE çiftini hidroliz etmektedir
ENDOSİTOZ Endositozda, hücreye alınacak maddeyle birlikte hücre membranının bir kısmı hücre içine doğru tomurcuklanır ve hücreye girmesi istenilen madde hücre içine vezikül içinde girer. Oluşan küçük vezikül endozom olarak adlandırılır. PLASMA MEMBRANE
Hücre dışından içine madde alımı pinositoz, reseptör-aracılı endositoz ve fagositoz olmak üzere üç değişik yolla olmaktadır. Her üç yol hücre gereksinimlerinin karşılanmasında veya korunmasında kullanılmaktadır. fagositoz Endositoz pinositoz receptör-aracılı endositoz
ECB 15-19 Sitozol Kaplanmış vezikül Klatrin kaplama Sıyrılma Vezikül oluşumu dinamin adaptin Kaplanmamış transport vezikülü Kaplanmış oyuk Tomurcuklanma Membrandan ayrılma (dinamin) Hücre membranı Soyunma
Dinamin GTPaz dır GTP dinamin GDP
Klatrin kaplı oyuk Adaptin kompleksi Klatrin Clathrin-uncoating ATPase HSP70 şaperon ailesine aittir; ATP hidrolizi gerekmektedir Soyunmuş transport veziküller endozomlara yönlendirilmektedir Klatrin ve adaptinler hücre membranına geri dönmektedirler Dinamin Clathrin uncoating ATPase GTP GDP + P ATP ADP + P Sıyrılmış transport veziküller Endozomlara doğru
Reseptör aracılı endositoz Transport sistemlerinin taşıyamayacağı boyuttaki moleküller ve diğer bazı maddelerin hücre içine alımı reseptör-aracılı endositoz adı verilen bir mekanizma ile olmaktadır. Reseptör aracılı endositoz ile alınan maddeler Toksinler ve lektinler Virüsler Serum transport proteinleri ve antikorlar Hormonlar ve büyüme faktörleri Difteri toksini Adenovirüs Transferrin İnsılin Pseudomonas toksini Rous sarkom LDL Büyüme hormonu Kolera toksin Concanavalin A Vesiküler stomatitis Semliki forest Transkobalamin Ig A Ig G Kalsitonin Glukagon Prolaktin Ig E Tiroid hormonu Katekolaminler İnterferon
LDL kolesterol hücre içersine reseptör aracılı endositoz ile alınmaktadır Low density lipoprotein (LDL) ph ~7-.7.2 LDL-R dinamin GTP GDP+P i Erken endozom Kaplanmış vezikül Serbest kolesterol ATP ADP+P i Soyunma (HSP70 ailesi) Füzyon (SNARE) ph ~6 ATP Lizozom H + ADP+Pi ph ~7.2 Endozomlardaki proton pompası endozom lumenindeki ph nın asit tarafa kaymasını sağlayarak LDL reseptöründen dissosiye olmaktadır
Diğer ligand reseptör sistemlerinde olduğu gibi LDL partiküllerinin de yüzey reseptörlerine bağlanıp, reseptör içeren vezikülün hücre içine alınış evresinde enerjiye ihtiyaç duyulur. Vezikülün hücre içine girişi, partikülün reseptöre bağlanmasından 2-5 dakika sonra meydana gelir. Hücreye girdikten sonra bu kılıflı veziküller önce klatrin kılıflarını kaybederler. Kılıflarını kaybetmiş olan veziküller erken endozomlarla kaynaşırlar ve erken endozomların sahip olduğu düşük ph LDL nin reseptöründen ayrılmasını sağlar. Yeni oluşan bu iri vezikülün içindeki LDL partikülünden ayrılmış olan reseptörler bir tomurcuk oluşturarak vezikülden atılır ve hücre zarına geri dönerler. Geç endozomlarda ve lizozomlarda LDL partikülünde yer alan kolesterol esterleri asit lipazlar tarafından serbest kolesterole dönüştürülürler ve bununla birlikte apob- 100 de kendisini oluşturan amino asitlerine yıkılıp sitozole verilir. Ailesel hiperkolesterolemi (familial hiperkolesterolemi) LDL reseptör genindeki çok sayıdaki mutasyon (>200) buna neden olarak gösterilmektedir.
Apotransferrin, karaciğerde sentezlenen ve iki demir iyonu bağlayabilen bir proteindir. Apotransferrin-Fe 3+ kompleksi transferrin olarak adlandırılır. Birçok hücrenin yüzeyinde transferrin reseptörleri bulunur, bu reseptörlere bağlanan transferrin, reseptör aracılıklı endositozla hücre içine alınır. Transferrinin bağlanması ile dimerik reseptör içeri gömülerek klatrin kafesli kesecik oluşturmaktadır. ATP-bağımlı soyucu enzim tarafından klatrin uzaklaştırıldıktan sonra oluşan endozom asidik bir başka endozomla kaynaşmaktadır. ph değeri 5-6 arasında olan yeni endozomda Fe 3+ transferrinden ayrılmakta fakat apotransferrin reseptöre bağlı kalmaktadır. CURL (compartment of uncoupling of receptor and ligand; ligandın reseptörden ayrıldığı bölme) adı verilen tüp şeklindeki kesecikle kaynaşan endozomun oluşturduğu kesecikten apotransferrin ayrılarak hücre membranına geri dönmektedir. Hücre membranı ile kaynaşan bu kesecikteki ani ph (5-6 7.4) değişikliği sonrasında reseptörapotransferrin kompleksindeki apotransferrin reseptörden ayrılmaktadır. Fe 3+ ise sitozolde ferritin içinde depolanmaktadır. sitozol Transferrin Transferrin reseptörü Klatrin Nötral ph da apotransferrin reseptörden ayrılmaktadır Apotransferin hücre yüzeyine dönmekte Geç endozom Hücreye demir alınması Apotransferin
GTP GDP+P i Pinositoz (hücre içimi) Sıvılar ve küçük boyutlu katı maddeler, hücre içine içi sıvı dolu, yaklaşık olarak 150 nm çaplı endozomlar halinde alınır. Fetal ve neonatal ince bağırsaklarında proteinler, sindirilmemiş halde bir bütün olarak pinositozla hücre içine alınabilir, bu taşınım anne antikorlarının fetüse geçmesinde de önemlidir. Proteinaceous coat Coated pit ~ 1 : erken endozom (ph~6) ATP As many as ~2500 coated vesicles/min (~2-3% of surface area)! H + Kaplanmış vezikül ATP ADP+P i Kılıfın sıyrılması Delivery of acid hydrolases from TGN ~ 5 : late endosome (ph 5.5~6) ADP+Pi ~30 : Lysosome (ph<5) Early endosome - late endosome - lysosome is a continuum ATP H + ADP+Pi ATP H + ADP+Pi
Fagositoz (hücre yutumu) Bu olayda görev alan keseciklerin (endozomların) çapı daha büyüktür (çap > 250 nm) ve hücre bu yolla mikroorganizma, bakteri, hücre artığı gibi büyük boyutlu cisimleri içine almaktadır. Memelilerde fagositoz yapan sadece birkaç tip hücre bulunmaktadır. Beyaz Kan Hücreleri Fagositler - Nötrofiller yalnız kanda - Makrofajlar kan ve dokularda yaygın olarak bulunmaktadır. 33 dakikada hücre membranını tümüyle yenileyebilen bir makrofaj, bir saatte hacminin % 25 kadarına eşdeğer sıvı alabilmektedir
Fagositoz - hücre yutumu Fagositoz Bakteri Psödopod Fagozom veziküller Bazı bakteriler lizozomal enzimler tarafından parçalanmamaktadır ve intrasellüler parazitler gibi yaşamaktadırlar Myxobacteria tuberculosis (tuberculosis) Listeria monocytogenes (listeria) Yersinia pestis (plague) Lizozom
Otofaji 1. Fagositoz Bakteri Fagozom veziküller Endoplazmik retikulum ER dan türetilen bir membranla çevrilen yıpranmış organel Lizozom Yıpranmış mitokondri 2. Otofaji Otofagozom
1. Fagositoz Bakteri 3. Endositoz Genç endozom Yetkin endozom Lizozomal enzimler Fagozom Endositolik veziküller Endoplasmic reticulum Lizozom Worn out mitochondrion 2. Otofaji Otofagozom
EKZOSİTOZ Hücre membranına ve dışına yönlendirilen keseciklerin membranlarında hücre membranı proteinleri ve içlerinde ise salgılanacak proteinler bulunmaktadır. Keseciğin hücre membranı ile kaynaşması ve içeriğini boşaltılması ekzositoz olarak adlandırılmaktadır. Ekzositoz