Hücre Membranı Prof.Dr.SELMA YILMAZER Prof.Dr.TURGUT ULUTİN İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
HÜCRE MEMBRANI PLAZMA MEMBRANI PLAZMALEMMA 75-80 Aº Elektron Mikroskobu ile görülebilir * Mekanik mikromanipulasyon ( 1926 Chamber) * Fizyolojik deneyler; hipotonik, hipertonik ortamlarda hücrelerin şişme ve büzülmesi
Fonksiyonları 1.Sitozol ve dış ortam arasındaki farklılığın sürdürülmesi 2.İyon ve makromolekül trafiği 3.Hücre-hücre tutunması, adhezyonu 4.Hücre-hücre haberleşmesi 5.Hücre tanıması (antijenik makromoleküller içerir) 6.Reseptörler ile hücre dışındaki sinyaller ( örn.hormonlar) alınır
Tüm Biyolojik Membranlar *Lipid ve Protein molekülleri içerirler Genel yapı; İnce bir lipid tabakası (çift tabakalı) Lipid tabakası içine gömülmüş protein molekülleri Özellikleri Membranlar,dinamik sıvı yapılar, Moleküllerinin çoğu hareketlidir Asimetrik yapıdadır
Lipid-protein oranı değişkendir Myelin membranı ; %82 lipid %18 protein Mitokondri iç membranı; %25 lipid %75 protein Lipidler membranın esas yapısal elemanıdır Çift tabaka halinde dizilmiş fosfolipidler membranın sınırlayıcı yapısını oluşturur Seçici geçirgen bariyer (Küçük hidrofobik gazlar; O 2, CO 2, N 2, küçük yüksüz moleküller; su, etanol, gliserol, üre diffüzyonla geçer)
MEMBRAN LİPİDLERİ Amfipatik moleküller I- Fosfolipidler II-Kolesterol III- Glikolipidler
I-Fosfolipidler (Membranda en çok bulunan lipid) Fosfatidilkolin * Fosfatidiletanolamin* Fosfatidilserin * (negatif yüklü) Sfingomyelin * Fosfatidilinositol ( az miktarda bulunur fakat hücre sinyalleşmesinde çok önemli rol oynar) (*)Memranda en çok bulunan fosfolipidler
Amfipatik özelliği sonucu; *Kendiliğinden 2 tabaka (sulu ortamda) oluşturur *Kapalı kompartman oluşturur *Sıvı oluşu MEMBRAN LİPİDLERİ (Bu nedenle Lipidler membran oluşturmak için ideal moleküllerdir)
Çift tabakalı lipid (bilayer) yapının keşfi Gorter ve Grendel ın ilk membran modeli (1925) Eritrosit membranında lipidlerin düzeni üzerindeki deneyler Sentetik çift tabakalı lipidler : (Yapay membranlar) 1-Lipozomlar 2-Siyah membranlar
Lipid asimetrisi 2 tabaka farklı fosfolipid içeriğine sahiptir. Fosfatidilserin ve Fosfatidiletanolamin sadece iç yaprakta, Fosfatidilkolin ve Sfingomyelin dış yaprakta Lipid asimetrisi membran fonksiyonları açısından önemlidir
Ökaryotik membranlar neden farklı fosfolipidlerin bir karışımını içerir? *Bazı membran proteinleri sadece belirli fosfolipidler varlığında iş görebilir *Bazı enzimler membranın sitozolik yüzündeki özel lipid baş gruplarına bağlanırlar. Örn.Protein kinaz C (PKC) fosfatidilserinin yoğun olduğu iç yüze bağlanır ve bu (-) yüklü fosfolipid varlığında aktif olur.
II.Kolesterol Ökaryotik plasma membranları çok miktarda kolesterol içerir 1- Membran sıvılığını belirler 2- Membran geçirgenliğini azaltır. 3- Membranın dayanıklılık ve esnekliğini arttırır. Bakteri plasma membranlarında kolesterol yoktur
Membran Sıvılığını Belirleyen Faktörler 1-Kolesterol miktarı 2-Lipid bileşenleri 3-Sıcaklık
Lipid salları Plazma membranı sfingolipid, kolesterol ve bazı membran proteinlerinden zengin topluluklar içerir (lipid yamaları veya lipid salları)
Membran içindeki lipid molekülleri hareketlidir (1970) Lipid Hareketleri 1-Lateral difüzyon (1 sn'de 2 µ) 2-Rotasyon hareketi 3-Takla hareketi (çok nadir) ER membranlarında Enzim:fosfolipid translokatör
MEMBRAN PROTEİNLERİ *Protein molekülleri küresel tanecikler şeklindedir ve *Çoğu lipid içinde gömülüdür.(sıvı -Mozaik Model) *Membran işlevlerinin çoğunu yerine getirir. *Membran proteinleri asimetrik yerleşirler. *Çoğu membran proteini amfipatik moleküllerdir. *Membran proteinleri hareketlidir. (Frey ve Edidin 1970)
MEMBRAN PROTEİNLERİ 1-Periferal (ekstrinsik) proteinler Yüzeyde bulunan diğer proteinlere tutunurlar (protein-protein etkileşimi) Sitozole bakan lipid tabakasına bir yağ asidi zinciri ile tutunan proteinler Dış yapraktaki fosfotidilinositole bir oligosakkarit zinciri ile tutunanlar 2-İntegral (İntrinsik) proteinler Lipidlerin hidrofobik bölgesi ile etkileşirler Transmembran proteinler (tek geçişli alfa heliks, çok geçişli) Beta tabakalı fıçı şeklindeki transmembran proteinler
Proteinlerin membran içine gömülü yuvarlak tanecikler şeklinde olduğunun keşfedilmesi (Steere ve Moor 1961) Dondurup-Kırma Yöntemi 1-Fiksasyon (glutaraldehit) 2-Kriyoprotektan içine koyma (örn.gliserin) 3-Dokuyu dondurma (-150ºC sıvı nitrojen) 4-Kırma 5-Platin ve karbonla yüzeyi kaplama (replika) 6-Elektron mikroskobunda gözleme
Membran proteinleri hareketlidir (Frey ve Edidin 1970 Membran proteinleri çift tabakalı lipid içinde lateral hareketler yaparlar Membran proteinlerinin hareketliliği hücre füzyonu deneyleri ile ispatlandı
Membran proteinlerinin fonksiyonları 1-Hücre içine, dışına molekül transportu (Transport proteinleri Örn. Na-K + ATPaz) 2-Hormonlar ve çevredeki diğer kimyasal maddelerden sinyaller alır ve bunları hücre içine iletir. (Reseptör proteinler) 3-Ekstraselüler matriks elemanları için tutunma yerleri oluşturur. (Ekstraselüler matriks reseptörleri. Örn. İntegrin)
Membran proteinlerinin fonksiyonları 4-Sitoiskelet elemanları için tutunma yerleri oluşturur (Örn.Katenin) 5-Hücrenin diğer hücrelere tutunması (Örn.Kaderin) 5-Membrana bağlı enzimler olarak çeşitli kimyasal reaksiyonların katalizlenmesi 6-Hücrenin antijenik özelliklerinin sağlanması. (Hücre yüzey antijenleri Örn.MHC proteinleri)
Hücre yüzey antijenleri (Hücre-hücre tanıması) İnsanda hücre yüzey antijenleri HLA (İnsan lökosit antijenleri)= MHC molekülleri (doku uyumu antijenleri) MHC Proteinleri 1-MHC sınıf I (tüm nukleuslu hücre yüzeyleri) 2-MHC sınıf II (B lenfosit ve makrofaj yüzeyleri)
MHC Proteinleri Sabit Bölgeler (tüm bireylerde aynı) Değişken Bölgeler (bireyler arasında farklılıklar var) Her bireyin MHC molekülleri diğerlerinden farklı (tek yumurta ikizleri hariç) En polimorfik molekül MHC değişkenliği doku transplantasyonunu önler. MHC antijenleri=transplantasyon antijenleri
MEMBRAN KARBOHİDRATLARI %2-10 Eukaryotik hücre membranının sadece dış yüzünde bulunur (asimetrik) Glikokaliks (Hücre mantosu) oluşturur Glikoproteinler (Membran dış yüzündeki proteinlere) Glikolipidler (Dış yapraktaki lipidlerin hidrofilik uçlarına) Sitozolik yüzde "CH" yok
Membran Karbohidratlarının Fonksiyonları : 1-Hücrelerarası temas ve adhezyon (Doku bütünlüğü) 2-Büyük taneciklerin geçişi için bariyer 3-Sindirim enzimleri, safra tuzları etkisine karşı koruyucu (barsak epiteli) 4-Hücre-hücre tanıması, hücre matriks tanıması 5-Reseptör (peptid hormonlar, hücre zehirleri örn.kolera ve tetanus toksinleri) virus, bakteri tutunma bölgeleri 6-Kan grubu antijenleri (A,B,O)
Glikolipidler (Dış yapraktaki lipidlerin %5 i) Tüm hayvan hücre membranlarında ve bazı iç membranlarda bulunur Sinir hücrelerinde ve beyinde çok bulunur *Galaktoserebrosit (Myelin %40) *Gangliosidler (En kompleks glikolipid): Bir veya daha çok sialikasit= N-asetil nöraminik asit NANA içerir, Membrana (- ) yük verir
Gangliosidler Sinir hücrelerinde tüm lipidlerin %5-10 nunu oluşturur 40 farklı gangliosid belirlenmiştir Glikolipid metabolizması bozukluğu Tay-Sachs hastalığı GM 2 normal dönüşümü yapılamaz, birikir Sonuç: Beyin ve sinir fonksiyon bozukluğu, zeka geriliği, erken ölüm
Glikolipidler ve glikoproteinler hücre içine alınan bazı maddeler için bağlanma bölgeleri oluşturur (örn: bazı peptid hormonlar, kolera ve tetanus toksinleri, bazı viruslar ve bakteriler) Gangliosid GM 1 Kolera toksini için reseptör Kolera toksini GM 1 e bağlanır. Hücre içine girer İntraselüler c-amp artışı Na+ ve su atılımı CD4 (T lenfosit hücre yüzey glikoproteini) HIV (AIDS) virusu için bağlanma bölgesi
Kanser hücrelerinde plazma membranı karbonhidratlarında değişiklikler görülür Embriyonik gelişimde programlanmış değişiklikler oluşur
Kan grubu antijenleri Glikoprotein, glikolipid CH grubu antijenik belirleyici A grubu olan bireyin CH düzeni B grubu olan bireyden farklı A ----- B = immun cevap Kan nakli Donör ve alıcı aynı gruptan ise immun cevap oluşmaz.
Tüm bireylerde O antijenini sentezleyen enzimler vardır. O antijeni, fukoz, galaktoz, N-asetilglukozamin, glukoz zincirinden oluşur A grubu; O antijenine bir N-asetil galaktoz amin ekleyen enzime sahip B grubu; galaktoz ekleyen enzime sahip AB grubu; hem A hem B antijenlerini sentezler O grubu; sadece O antijenini sentezler
Kan Grubu Antijen Alabileceği Kan Grubu A A A ve O B B B ve O AB A ve B Hepsi O Hiçbiri O