Hücrelerin yapı ve fonksiyon maddeleri, kimyasal reaksiyonları kolaylaştıran bu sıvı ortamda belirli oranlarda dağılmıştır: MOLEKÜL VÜCUT AĞIRLIĞINA GÖRE Su %60 Protein %17 Lipid %15 Mineraller (Na, K, Cl, Mg, vb.) %5 Nükleik asitler %2 Karbohidratlar %1 1 2 çeşitli organik büyüklüklere örnekler HÜCRENĐN ORGANELLERĐ 3 4 1
hücrenin kompartmanları çekirdek (nukleus) sitoplazma sitozol (en geniş kompartman) organeller 5 6 Hücre membranı 75-100 A kalınlığında yapıdır. dinamik bir HÜCRE MEMBRANININ BĐYOKĐMYASAL ORGANĐZASYONU Hücrelerin içi ve dışı arasında bazı bileşenlerin geçişine olanak sağlayan yarı geçirgen özellikteki bir bariyerdir. Tüm hücrelerin membranları proteinler, lipidler ve karbohidratlardan oluşur Hücre türüne ve fonksiyonuna göre değişiklik göstermelerine karşın hücre membranında, % 50-60 oranında protein % 40-80 oranında lipid % 5 oranında karbohidrat bulunur. 7 8 2
9 10 HÜCRE MEMBRANININ GÖREVLERĐ Taşıma olayları Hücreler arası tanıma olayları Hormon reseptörleri Bağışıklık Eritrositlerde kan grubu özellikleri 11 12 3
% 50-60 oranında protein % 40-80 oranında lipid % 5 oranında karbohidrat Hücre Membranında Yer Alan Lipidler 13 14 Hücre Membranında Yer Alan Lipidler 15 Polar bir hidrofilik uç ve non-polar bir hidrofobik kuyruktan (hidrokarbondan) oluşur. I. FOSFOLĐPĐDLER: a-fosfogliseridler (Gliserofosfolipidler): - Fosfotidilkolin - Fosfatidiletanolamin - Fosfatidilserin - Fosfatidilinositol - Fosfatidilgliserol b- Sfingomiyelin II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): - Serebrozid (Gluko ya da galakto) - Laktoseramid - Gangliozid III. KOLESTEROL 16 4
I. Fosfolipidler Amfipatik özellikgösterirler En önemli görevi yarıgeçirgen membran yapısıoluşturmak a.fosfogliseridler(gliserofosfolipidler): Gliserol, iki yağ asidi ve bir fosforik asitten oluşur. Fosfogliseridler, fosforik aside eklenen bileşenlere göre adlandırılırlar [Kolin fosfatidil kolin (lesitin), etanolamin fosfatidil etanolamin(kefalin), Fosfatidil gliserol kardiolipin❶] Lesitinin dipalmitil lesitin şekli, alveoler sürfaktantın yapısına girerek inspirasyonda ve ekspirasyonda yüzey gerilimini ayarlar. Sonuçta alveollerin yırtılmalarını ve yapışmalarını önler. ❶ Kardiolipin, antijen etkisi ile tanınan tek lipiddir. Sifilis tanı testlerinde kullanılır. 17 Fosfogliseridler (Gliserofosfolipidler) genel yapı 18 19 20 5
21 22 23 24 6
Fosfolipidler amfipatik özellikleri nedeniyle sulu ortamlarda spontan olarak bilayer yapısı oluşturabilirler. Hidrofilik moleküller su ile hidrojen bağları oluşturabilecek ya da elektrostatik olarak etkileşebilecek yüklü gruplar ya da polar kısımlar içerdiği için suda kolaylıkla çözülürler. Oysa hidrofobik moleküllerin neredeyse tüm atomları yüksüz ve nonpolar olduğu için su ile etkin bağlantılar oluşturamaz ve bu nedenle suda çözünmez. Aseton polar bir bileşik olduğu için su ile elektrostatik etkileşimlere girebilir ve suda çözünür. 2-metil propan ise tamamen hidrofobiktir, su ile etkileşemez ve komşu su moleküllerine buz yapısındaki kafes benzeri yapılar oluşturmasına neden olacak bir güç uygular. HÜCRE MEMBRANININ KĐNETĐĞĐ Fosfolipidler sulu ortamlarda amfipatik olmaları nedeniyle bilayer formlar oluştururlar. Bu enerjetik olarak uygun olan düzenlemede hidrofilik baş kısımları su ile yüzleşirken hidrofobik kuyruk kısımlar iç tarafta kalarak sudan korunur. Ancak lipid bilayerinin su ile yüzleşecek bir sınırının bulunması enerjetik olarak uygun değildir. Su ile yüzleşmenin engellenmesi için lipid bilayerinin tamamen kapanarak su ile yüzleşecek bir sınır bırakmaması gerekir. Bu davranış biçimi hücre oluşumu için en önemli temellerden bir tanesidir. Figure 10-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 25 26 Lipidlerin hücre membranın ideal bileşenleri olmasının 2 önemli nedeni: 1. Amfipatik özellik 2. Membran akışkanlığı Bir lipid bilayerinin hücre membranı için ideal bir yapı olmasının diğer nedeni birçok membran fanksiyonu için gerekli olan akışkanlığı sağlıyor olmasıdır. 27 28 7
Hücre Membranında Yer Alan Lipidler Polar bir hidrofilik uç ve non-polar bir hidrofobik kuyruktan oluşur. I. FOSFOLĐPĐDLER: a-fosfogliseridler (Gliserofosfolipidler): - Fosfotidilkolin - Fosfatidiletanolamin - Fosfatidilserin - Fosfatidilinositol - Fosfatidilgliserol b- Sfingomiyelin II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): - Serebrozid (Gluko ya da galakto) - Laktoseramid - Gangliozid III. KOLESTEROL 29 b. Sfingomyelinler: Gliserol yerine sfingozin içerirler. Sfingozinin amino grubunun bir yağ asidi ile amid bağı yapması sonucu seramid oluşur. SERAMĐD yapısı, tüm sfingolipidlerde yer alan yapısal bir ünitedir. Sfingomiyelinler Sfingomiyelin, genel yapı Fosfogliseridler, genel yapı Yapılarında fosfat grubu taşıdıkları için fosfolipidler sınıfında yer alırlar. Tüm plazma membranlarında yer alır Miyelin kılıfında bol miktarda bulunurlar. 30 Sfingolipidlerin genel yapısı Sfingozin, bir amino grubu ile iki OH grubu içeren uzun bir açil zincirdir. Sfingomiyelinde bir yağ asidi amino gruba, bir fosfokolin grubu terminal OH grubuna bağlanmıştır. Diğer OH grubu ise komşu lipidlerle, su molekülleri ile ya da bir membran proteini ile hidrojen bağları oluşturabilir. Sfingolipidin adı X Formülü Seramid - Sfingomiyelinler FOSFOLĐPĐDLER SFĐNGOLĐPĐDLER (seramid içerir) Nötral glikolipidler (serebrozid) Gangliozidler GLĐKOLĐPĐDLER (Glikosfingolipidler) Sfingomiyelin Fosfokolin Seramid, hidrofobik özelliği nedeniyle kolaylıkla flip-flop hareketi yapabilir ve programlanmış hücre ölümü (apoptozis), hücre yaşlanması (senescence) ve farklılaşma gibi birçok hücre yanıtını düzenler. 31 32 8
Hücre Membranında Yer Alan Lipidler 33 Polar bir hidrofilik uç ve non-polar bir hidrofobik kuyruktan oluşur. I. FOSFOLĐPĐDLER: a-fosfogliseridler (Gliserofosfolipidler): - Fosfotidilkolin - Fosfatidiletanolamin - Fosfatidilserin - Fosfatidilinositol - Fosfatidilgliserol b- Sfingomiyelin II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): - Serebrozid (Gluko ya da galakto) (Nötral glikolipid) - Laktoseramid - Gangliozid (negatif yüklü) III. KOLESTEROL 34 II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): Seramid yapısına monosakkarit, disakkarit ya da oligosakkarit bağlanmasıyla oluşan membran lipidleridir. 35 36 9
II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): Serebrozid (Gluko ya da galakto) sfingozin II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): Laktoseramid sfingozin yağ asidi yağ asidi glukoz galaktoz glukoserebrozid galaktoserebrozid di- ya da tri- sakkarit Nötral glikolipid 37 38 II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): Gangliozid sfingozin yağ asidi Sfingomiyelinler FOSFOLĐPĐDLER SFĐNGOLĐPĐDLER Nötral glikolipidler (serebrozid) Gangliozidler GLĐKOLĐPĐDLER (Glikosfingolipidler) Kompleks oligosakkarit Đnsan beyninin gri maddesindeki membran lipidlerinin yaklaşık %6 sını yapar. Non-nöronal membranlarda çok az miktarda Bu bilesiklerin gangliozid oldugu G harfi ile gösterilir. Daha sonra kaç tane NANA molekülü (sialik asit) varsa M, D, T, Q yazilir. 39 40 10
Sfingolipidin adı X Formülü Seramid - Sfingomiyelin Fosfokolin Nötral glikolipid Glukoserebrozid Laktoseramid Gangliozid GM2 Glukoz Di-, tri- ya da tetrasakkarit Kompleks oligosakkarit II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): 41 42 HÜCRE FONKSĐYONLARINDA LĐPĐDLERĐN ROLÜ Lipidlerin protein yapısını ve fonksiyonunu, böylece hücre fonksiyonunu etkileyebilecek en az 2 yol vardır. Proteinlerin fonksiyonu lipidlerin kimyasal ve yapısal anatomisine (baş grubu, iskelet, doymuşluk oranı, kiralite, iyonizasyon ve şelatlanma özelliklerine) bağımlı olan protein-lipid etkileşimlerinden büyük ölçüde etkilenir. Bununlar birlikte, protein fonksiyonu hücre membranlarında organize olan lipidlerin ortak özelliklerinden kaynaklanan durumlardan da (akışkanlık, lipid-bilayerinin kalınlığı ve şekli) etkilenir. Figure 10-11b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science Doç.Dr. 2008) Erdal Balcan 43 44 11
MEMBRAN ASĐMETRĐSĐ 45 46 Hücre dışı Sitosolik kısım ECM kısmı Hücre içi Fosfatidilkolin Sfingomiyelin Hücre dışı Fosfatidiletanolamin Fosfatidilserin Fosfatidilinositol Sitosol Negatif yüklü baş grubu Negatif yüklü sitosolik kısım SM: sfingomiyelin, PC: Fosfatidil kolin PE: fosfatidil inositol PS: fosfatidil serin PI: fosfatidil etanolamin 47 48 12
Plazma membranları 4 ana fosfolipid içerir: -fosfatidilkolin -sfingomiyelin Bu fosfolipidler hücre membranının her iki tarafına asimetrik olarak dağılmıştır. Plazma membranının dış kısmında fosfatidilkolin ve sfingomiyelin bulunurken fosfatidiletanolamin ve fosfatidilserin hücre membranının sitosolik kısmında yer alır. Fosfatidilinositol hücre membranının sitosolik kısmında yer alan bir diğer fosfolipittir. ECM -fosfatidilserin -fosfatidiletanolamin Fosfatidilinositol hücre sinyallemesinde önemli bir rol oynar. Sitosol Fosfatidilserin ve fosfatidilinositol moleküllerinin baş kısımları negatif yüklü olması nedeniyle plazma membranının sitosolik yüzeyi de negatif yüklüdür. Lipid asimetrisi ekstrasellüler sinyallerin intrasellüler sinyallere dönüştürülmesinde önemlidir. Fosfatidilinositol Fosfatidilserin 49 50 HÜCRE ZARINDA FOSFOLĐPĐD ASĐMETRĐSĐNĐ SAĞLAYAN TAŞIYICILAR Scramblase: lipid bilayerinin her iki tarafında yer alan fosfolipidleri dengeleyen bir protein. Özellikle ER de aktif olarak bulunan bu protein fosfolipidleri ER membranının her iki tarafına da eşit olarak dağıtır. Plazma membranında bulunan scramblase ise ER deki gibi sürekli aktif değildir sadece apoptozis ve platelet aktivasyonu gibi durumlarda rol alır. Örneğin apoptotik hücrelerde lipid asimetrisini bozarak hücre yüzeyine fagositik hücreler için bir sinyal olan fosfatidil serin in çıkmasına neden olur. Plazma membranlarında yer alan fosfolipid taşıyıcılarından diğeri flippazdır Scramblase ve Flippaz flippazdır. Bu proteinler hücre membranın dış kısmına gelen ve serbest amino grubu taşıyan (fosfatidiletanolamin ve fosfatidil serin gibi) fosfolipidleri ATP aracılığı ile hücre zarının sitosolik kısmına taşır. Böylece hücre zarı asimetrik bir görünüm almış olur. 51 Scramblase flippaz ATP hidrolizi ile baş grubuna spesifik flippazlar aktif olarak fosfatidilserin ve fosfatidiletanolamin moleküllerini ekstrasellüler kısımdan sitosolik kısıma taşır. ER da yeni lipid molekülleri lipid bilayerinini sadece sitosolik kısmına dahil edildiği için ve lipid molekülleri kendi kendilerine bir tarafatan diğerine geçemeyecekleri için fosfolipid translokatörleri (Scramblase) lipid moleküllerinin sitosolik taraftan ER lümeni tarafına geçirir. 52 13
Hücre dışı FLOPPAZLAR kolesterol, PS, PC Hücre içi FLĐPPAZLAR SCRAMBLAZLAR PS, PE FLĐPPAZLAR Hücre içine doğru (ATP ye bağımlı) (PS, PE) FLOPPAZLAR Hücre dışına doğru (ATP ye bağımlı) (kolesterol, PS, PC) SCRAMBLAZLAR Her iki yöne doğru (ATP ye bağımlı değil, Ca++ aracılığı ile) (apoptozis ve platelet aktivasyonu) 53 54 Lipid asimetrisi ekstrasellüler sinyallerin intrasellüler sinyallere dönüştürülmesinde önemlidir. Memeli Plazma Membranında En Fazla Bulunan Fosfolipidler 1. Fosfatidil etanolamin 2. Fosfatidil serin 3. Fosfatidil kolin 4. Sfingomiyelin Fosfatidilinositol Fosfatidilserin 55 56 14
Memeli Plazma Membranında En Fazla Bulunan Fosfolipidler Fosfatidilinositol ve Hücre Đçi Sinyal Đletimi Fosfatidilinositol (PI) Fosfatidilinositolfosfat (PIP) PI kinaz Figure 10-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 57 Fosfatidilinositol4,5 bifosfat (PIP 2 ) PI3 Kinaz Fosfatidilinositol3,4,5 trifosfat (PIP 3 ) Akt aktivasyonu Hücre döngüsünün devamı Apoptozisin inhibisiyonu Transkripsiyonun düzenlenmesi Diaçilgliserol (DAG) Protein kinaz C aktivasyonu Đnositol3,4,5 trifosfat (IP 3 ) Endoplazmik retikulumdan Ca+2 salınımı Hücre membranının düzenlenmesi Transkripsiyonun düzenlenmesi Đmmun yanıtların düzenlenmesi 58 59 Figure 10-17a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science Doç.Dr. 2008) Erdal Balcan 60 15
Fosfatidilinositol ve Hücre Đçi Sinyal Đletimi Fosfatidilinositol (PI) Fosfatidilinositolfosfat (PIP) PI kinaz Fosfatidilinositol4,5 bifosfat (PIP 2 ) PI3 Kinaz Fosfatidilinositol3,4,5 trifosfat (PIP 3 ) Akt aktivasyonu Hücre döngüsünün devamı Apoptozisin inhibisiyonu Transkripsiyonun düzenlenmesi Diaçilgliserol (DAG) Protein kinaz C aktivasyonu Đnositol3,4,5 trifosfat (IP 3 ) Endoplazmik retikulumdan Ca+2 salınımı Hücre membranının düzenlenmesi Transkripsiyonun düzenlenmesi Đmmun yanıtların düzenlenmesi 61 Figure 10-17b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science Doç.Dr. 2008) Erdal Balcan 62 IP3 DAG PI Kinaz PIP Kinaz Fosfatidilinositol (PI) PIP PIP 2 PLCβ DAG IP 3 GPCR ile aktivasyon PROTEĐN KĐNAZ C AKTĐVASYONU ER DAN Ca +2 SALINIMI Hücre membranının düzenlenmesi Transkripsiyonun düzenlenmesi Đmmun yanıtların düzenlenmesi 63 64 16
Doç.Dr. Erdal BALCAN Ag CD45 BCAP P P SHIP Antigenic Stimuli LPS Ag Fyn CD19 CD21 CD180 Ras CD81 P Rac1 IRS Lyn c-abl Cbl Toc BLNK Vav PIK3C PIP2 BAM32 PTEN Ptdlns(3,4)P2 BIMP1 MALT1 Cytoskeletal Reorganization PKC-β Raf1 PIK3C3 Class-ΙΙΙ CatalyticPI3K s PIP3 Akt TAPP MAPKs MAPK Signaling BCL10 IKKs CalmK2 MEK1/2 PDK-1 P Akt Signaling P Iκ Bs NFκ B Cell Survival DAG IP3 Calm Ca++ Caln Iκ Bs Degradation P NFAT P Ca++ Apoptosis Opn FoxO3A NFAT Cell Growth/ Differentiation and Immune Response Homeostasis 65 apkc Class-ΙΙ CatalyticPI3K s BTK PLC-β,γ PIK3R Class-Ι Regulatory PI3Ks BLK Gene Expression NFAT NF-κ B Elk1 CREB c-jun c-fos ATFs 2009 ProteinLounge.com C 66 Hücre Membranında Yer Alan Lipidler APOPTOTĐK HÜCRELERDE MEMBRAN ASĐMETRĐSĐ Fosfatidilserin normal hücrelerde plazma membranının sitosolik kısmında yer Polar bir hidrofilik uç ve non-polar bir hidrofobik kuyruktan oluşur. alır. I. FOSFOLĐPĐDLER: Hücre apoptozise giderse fosfatidilserin plazma membranının ekstrasellüler a-fosfogliseridler (Gliserofosfolipidler): kısmına geçer. Ekstrasellüler fosfatidilserin makrofajları çağırarak ölmüş hücrenin fagositozunu sağlar. - Fosfotidilkolin - Fosfatidiletanolamin - Fosfatidilserin - Fosfatidilinositol - Fosfatidilgliserol b- Sfingomiyelin II. GLĐKOLĐPĐDLER (GLĐKOSFĐNGOLĐPĐDLER): - Serebrozid (Gluko ya da galakto) - Laktoseramid - Gangliozid 67 III. KOLESTEROL 68 17
III. KOLESTEROL Polar baş grupları Plazma membranının yapısal elemanıdır Lipid çift tabakaya kovalent olarak tutunmadığı için hücre zarından içeriye ve dışarıya kolaylıkla hareket eder. Plazma membranının akışkanlığını düzenler Steroid hormonların ön maddesidir. Lipid bilayerinin yapısında kolesterol molekülleri fosfolipid moleküllerinin polar baş kısımlarına komşu OH grupları ile kendilerine yer bulur. 69 Figure 10-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kolesterolün akışkanlığı azalttığı bölge Daha akışkan bölge 70 Membran Lipidleri Hücre membranındaki lipidler Hidrofobik Birim Hidrofilik Birim Fosfogliseridler Yağ asidi zinciri Fosforil alkol (gliserol) + Kolin, etanolamin, serin, inositol Sfingomyelin Sfingozin + Yağ asidi zinciri (seramid) Fosforil kolin Glikolipid Sfingozin + Yağ asidi zinciri (seramid) Bir ya da daha fazla şeker Kolesterol 3. C atomundaki OH grubu dışında kalan tüm molekül OH grubu 71 72 18
LĐPĐD YIĞINLARI (RAFT) Hücre membranında fazla oranlarda kolesterol ve sfingolipid içeren özelleşmiş mikrobölgeler ya da platformlar. Bu özelleşmiş membran bölgelerindeki fosfolipidlerin 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 d amyristoyl) ile kovalent olarak modifiye sitoplazmik proteinler glikozil fosfatidil çapalarıyla membrana bağlanan proteinler ve hücre içi sinyale iletiminde rol alan birçok protein lipid raftlarında yoğun olarak bulunurlar. LĐPĐD YIĞINLARI (RAFT) 1. Sinyalleme 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, adezyon, apoptozis, göç gibi olaylarda rol alır. Dodelet-Devillers et al., 2009 Calder and Yaqoob, 2007 74 73 Hidrojen atomları C zincirinin aynı tarafında ise cis, aksi yönlerde ise trans izomerler ortaya çıkar. 75 76 19
Yağ asitlerinin doymamışlık derecesi Cis konfigürasyonu Kısa zincirli ve doymamış yağ asitleri Kolesterol doymuş yağ asitleri arasında ise MEMBRAN AKIŞKANLIĞI Yağ asidi hidrokarbon zinciri C sayısı Uzun zincirli ve doymuş yağ asitleri Kolesterol doymamış yağ asitleri arasında ise Cis Konfigürasyonu Trans Konfigürasyonu AKIŞKANLIK ARTAR AKIŞKANLIK AZALIR 77 Doğal yolla oluşan yağ asitleri Doç.Dr. cis konfigürasyonuna Erdal Balcan sahiptir. 78 HÜCRE MEMBRANINDA YER ALAN PROTEĐNLER 1.ĐNTEGRAL PROTEĐNLER (TRANSMEMBRAN ya da değil) 2.PERĐFERAL PROTEĐNLER 79 80 20
GATA Fizyoloji 2002/2003 - Dönem1/4 81 81 82 FONKSĐYONEL SINIFLANDIRMA: 1. TRANSMEMBRAN PROTEĐNLERĐ: a. Đyon kanalı: özel iyonları su dolu porlar aracığı ile membranın diğer tarafına taşır. Bir çok plazma membranı çeşitli iyonlar için spesifik kanallar içerir b. Transporter: Şekillerini değiştirerek özel maddeleri membranın diğer tarafına taşır. Örn. Amino asitler c. Reseptör: Spesifik ligandı tanırlar ve hücrenin fonksiyonunu değiştirir. 83 84 21
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. ❶ Membranı bir kez geçen transmembran proteinleri (Tip I, II, III) (α heliks) ❷Membranı birden fazla geçen transmembran proteinleri (Tip IV) (α heliksler) ❸ Beta-sheet yığınları (β-barrels-roll up β-sheet): Sadece Gram negatif bakterilerin dış membranlarında, Gram pozitif bakterilerin hücre duvarlarında ve mitokondri ve kloroplastların dış membranlarında bulunur. 85 86 2. PERĐFERAL MEMBRAN PROTEĐNLERĐ 2. PERĐFERAL MEMBRAN PROTEĐNLERĐ 87 Proteinler, ❹Membranın sitosolik yüzeyine α-heliks yapısı ile, ❺Sitosolik taraftan bir lipid zinciri (yağ asidi zinciri ya da prenil grubu) ile, ❻Bir oligosakkarit aracılığı ile fosfatidilinozitol üzerinden (GPI), ❼❽ Non-kovalent olarak ❼❽ bağlanırlar 88 22
TRANSMEMBRAN PERĐFERAL 1. Tek α heliks 2. Birden fazla α heliks 3. Roll up β-sheet 4. Membranın sitosolik yüzeyine α-heliks yapısı ile 5. Sitosolik taraftan bir lipid zinciri (yağ asidi zinciri ya da prenil grubu)ile, 6. Bir oligosakkarit aracılığı ile fosfatidilinozitol üzerinden (GPI), 7,8. Non-kovalent olarak 89 Figure 10-20 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science Doç.Dr. 2008) Erdal Balcan 90 GATA Fizyoloji 2002/2003 - Dönem1/4 92 91 92 23
Membranda oligosakkaritler şeklinde proteinlere kovalent olarak bağlanarak glikoproteinleri, sfingolipidlerle birleşerek glikolipidleri oluştururlar. HÜCRE MEMBRANINDA YER ALAN KARBOHĐDRATLAR Plazma membranlarının bu kısmına Glikokaliks adı verilir. Oligosakkaritler dışında heksozlar (glukoz, galaktoz, mannoz, fukoz), pentozlar (arabinoz ve ksiloz) ve türev şekerler (glikozamin, galatozamin ve sialik asit) membran yapısında yer alır. Kan Grupları Karbohidratlar, hücreler arası tanıma olaylarında antijenik bileşenler olarak görev yapar. Eritrositlerin yüzeyinde bulunan kan grubu (A, B ve 0) antijenleri birer karbohidrat yapısı taşımaktadır. 93 94 Eritrositlerin yüzeyinde bulunan insan kan grubu (A,B,0) karbohidratları lipidlere ve proteinlere bağlı oligosakkaritlerdir. 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. ABO sınıflaması Sadece A antijeni varsa A grubu Sadece B antijeni (antijeni) varsa B grubu Hem A, hem B antijeni varsa AB grubu Ne A, ne B antijeni varsa O grubu AB kan grubuna sahip insanlarda hem A hem de B antijenleri sentezlenir. 96 95 96 24
anti-b antikor anti-a antikor Aglütininler (antikorlar) Sadece A antijeni varsa A grubu Antikor yok Sadece B antijeni varsa B grubu Anti-A Anti-B antikorlar A kan grubunda anti-b aglütinini, B kan grubunda anti-a aglütinini, O kan grubunda her iki aglütinin bulunurken, AB kan grubunda hiç aglütinin bulunmaz. 97 Hem A, hem B antijeni varsa AB grubu Ne A, ne B antijeni varsa O grubu 97 98 98 Figure 10-28b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science Doç.Dr. 2008) Erdal Balcan 99 Figure 10-28a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science Doç.Dr. 2008) Erdal Balcan 100 25
SĐTOSOL: Metabolitlerin organeller arasında taşınması Hücre şeklinin oluşumun Motilite 101 102 mitokondri iki membranla sarılıdır hücrenin başlıca enerji kaynağıdır enerji oluşumu sırasında O 2 harcanır az miktarda DNA içerirler Đç membran kardiolipin (difosfatidil gliserol) Oksidatif fosforilasyon enzimleri Membranlar arası boşluk çeşitli enzimler (özellikle kinazlar) Dış membran transferaz, fosfataz, fosfolipaz Matriks TCA, beta-oksidasyon, mitdna replikasyonu, mitokondriyel protein sentez. 103 104 26
Đç membranda kolesterol hiç bulunmaz, bunun yerine kardiolipin (difosfatidil gliserol) bulunur. Metabolitlerin giriş ve çıkışının düzenlendiği taşıma sistemlerinin bulunduğu iç membranın kıvrımlarında elektron taşıma zinciri ve oksidatif fosforilasyon enzimleri yer alır. Mitokondrilerin dış ve iç membranları ile membranlar arası boşluk ve matrikslerinde özel işlevleri olan enzim sistemleri bulunur. Dış membran küçük moleküller için geçirgendir ve transferazlar, fosfatazlar ve fosfolipazlar gibi enzimleri içerir. Membranlar arası boşlukta adenilat kinaz, nukleozit monofosfat kinaz ve nukleozid difosfat kinazlar ve kreatin kinaz gibi daha çok nukleotid metabolizması ile ilgili enzimler yer alır. Matriks, trikarboksilik asit döngüsü, yağ asitlerinin β oksidasyonu, mitokondriyal DNA replikasyonu ve mitokondriyal proteinlerin biyosentezinde rol alan enzimleri taşır. Đç membran Birçok küçük molekül ve iyonlara geçirgen değil Elektron taşıyıcıları (kompleks I-IV) ADP-ATP tranlokazlar ATP sentetaz (F 0 F 1 ) Diğer membran transporterlerini içerir Matriks Đçerdikleri: Piruvat dehidrogenaz kompleks Sitrik asit döngüsü enzimleri Yağ asidi β-oksidasyon enzimleri Amino asit oksidasyon enzimleri DNA, ribozomlar Bir çok enzim ATP, ADP, P i, Mg +2, Ca +2, K + Birçok soluble metabolik ara ürün 105 106 ribozomlar membranı yoktur protein sentezinin yapıldığı yerlerdir. endoplazmik retikuluma tutunmuş halde ya da sitoplazmada serbest olarak bulunabilirler endoplazmik retikulum (ER) en yaygın sitoplazmik organeldir bir membranlar ağı şeklinde görülür Çeşitli salgı proteinlerinin, enzimlerin, lipidlerin ve steroid hormonların sentezi ile ilişkilidir. Proteinlere karbohidrat eklenmesi (glikozilasyon) endoplazmik retikulum lümenlerinde gerçekleşir. Membran fosfolipidlerinde en çok doymamış yağ asitleri (linoleik asit, araşidonik asit...) bulunur. Bu bileşenler, membran yapısal şeklinin düzgünlüğü ve membrana bağlı enzimlerin etkin çalışması açısından önemlidir. 107 108 27
GRANÜLLÜ ER: sitoplazmik yüzeyinde ribozomlar bulunur; buralarda yapılan proteinleri diğer organellere dağıtmakla görevlidir DÜZ ER: yağ asidi ve steroid sentezi ile ilgili enzimler içerir, kas kasılması için de kalsiyum iyonu depolayabilir Aynı hücrede hem granüllü hem de düz ER bulunabilir. Hatta miktarları hücrenin o anki aktivite durumuna göre değişebilir. 109 Golgi aygıtı aparatı - sistemi yassı membran keseleri ve veziküller yumağıdır genel olarak nükleusa yakın ve bir tek golgi vardır yeni sentezlenen proteinleri biriktirme, konsantre etme ve salgı vezikülleri haline getirme gibi işlevleri vardır Salgıların ve endoplazmik retikulumda sentezlenmiş makromoleküllerin paketlenmesi ve olgunlaşmasında rol oynar. Polisakkarit oluşturmak için şekerleri katalize eden glikozil transferaz enzimi Golgi de boldur. Endoplazmik retikulumda başlayan proteinlere karbohidrat eklenmesi Golgi de son bulur. Golgi de meydana gelen glikozilasyonda oksijene bağlı oligosakkaritler eklenir. Salgı glikoproteinlerinin paketlenmesi, GER de sentezlenen proteinlerin işlenmesi, bazı polisakkarit ve glikoproteinlerin sentezlenmesi ve hücre membranı için yeni zar elemanlarının oluşturulması Golgi nin görevleri arasındadır. 110 lizozom hücrenin (hidrolitik) sindirim merkezidir hücre içine alınan ölü hücre artıkları, bakteriler, ya da hücrenin kendi eskiyen elemanlarını sindirir. Asit hidrolaz adı verilen enzimleri içerir. Bu enzimler C-O, C-N veya C-C gibi kovalent bağları hidrolize eder. peroksizom yapısal olarak lizozomlara benzer, bileşimi farklıdır (katalaz, oksidaz) yağ asidi oksidasyonu, H 2 O 2 ve serbest radikallerin yıkımı gibi işlevleri vardır oksijen tüketirler 2002/2003 - Dönem1/4 111 112 28
nükleus - çekirdek en büyük organel iki ayrı membranı ve bu membranda düzenli araklıklarla porlar bulunur proteinler ve RNA gibi büyük moleküller bu porlardan geçebilmektedir kromatin olarak bilinen ve hücre bölünmesi sırasında kromozomları oluşturan DNA iplikçiklerini içerir; bu şekilde genetik bilgiyi depolar Çekirdek içerisinde DNA, RNA, lipidler ve proteinler bulunur. DNA, kromozomların yapısında, RNA ise nukleoplazma ve çekirdekçikte bulunur. Lipidler (çoğunlukla fosfolipidler) çekirdek kılıfının yapısında yer alır. Proteinler, histonlar ve protamin gibi yapılar DNA ile birleşerek kromatini oluştururlar. nükleolus - çekirdekçik Çekirdekçik, nukleoplazma ile sarılı, fakat bir zarla ayrılmamış, ribozomal RNA ların sentezlendiği, öncü ribozom alt birimlerinin bir araya geldiği yerdir. nukleus içerisinde membranla çevrili olmayan bir yapıdır RNA yı oluşturan genleri içeren spesifik DNA molekülleri ile ilişkilidir ribozomların alt birimlerinin sentezi burada gerçekleşir 113 114 KAYNAKLAR 2002/2003 - Dönem1/4 1. Lehninger Principles of Biochemistry. Nelson DL, Cox MM, 4th ed. W. H. Freeman ed 2004 2. Basic Concepts in Biochemistry. HF second ed. McGraw Hill 2000. 3. Biochemistry. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. 5th ed. Freeman and Com. 2002 4. Calder PC and Yaqoob P Lipid Rafts Composition, Characterization, and Controversies. J. Nutr. 137: 545 547, 2007 5. Dodelet-Devillers, A., Cayrol, R., van. Horssen, J., Haqqani, A. S., de Vries, H. E., Engelhardt, B., Greenwood, J. and Prat, A. 2009. Functions of lipid raft membrane microdomains at the blood-brain barrier. J Mol Med 87(8):765-74. 6. Becher A, McIlhinney RA (2005) Consequences of lipid raft association on G-protein-coupled receptor function. Biochem Soc Symp 72:151 164 115 116 29