Hücre Fizyolojisi Yrd.Doç.Dr. Önder AYTEKİN

Hücrelerin Fonksiyonel Özellikleri Ortamdan ham materyali alırlar Enerji üretirler. Bu enerji iç ortam dengesini sağlamak ve sentez reaksiyonlarını yürütmek için gereklidir. Kendi moleküllerini sentez ederler Organize bir şekilde büyürler Çevresel uyarılara cevap verirler Çoğalırlar (bazı istisnalar hariç)

Hücrelerin yapısal özellikleri Kalıtsal bilgiler DNA içinde saklanır Genetik kod temelde aynıdır Bilgi DNA dan proteinlere RNA aracılığı ile geçer Proteinler Ribozomlar tarafından yapılır Proteinler hücrenin yapısını ve fonksiyonunu düzenlerler Bütün hücreler seçici geçirgen bir zar olan plazma membranı ile çevrilidir.

Hücreleri birbirinden ayıran özellikler Eukaryot-Prokaryot

Hücrenin Organizasyonu Hücreyi oluşturan farklı maddeler topluca protoplazma adını alır. Protoplazma temel olarak 5 farklı maddeden oluşmuştur. Su, Elektrolitler, Proteinler, Lipidler, Karbonhidratlar

Su Su, hücrelerin temel sıvı ortamıdır. Birçok hücrenin %75-80 i sudan oluşmuştur. Hücre içindeki kimyasal maddelerin çoğu suda çözünmüş durumdadır.

Elektrolitler Hücreler için gerekli inorganik kimyasallardır Hücre içindeki en önemli elektrolitler; Potasyum, Magnezyum, Fosfat, Sülfat, Bikarbonat, Sodyum, Klor ve Kalsiyum dur

Proteinler Sudan sonra hücredeen fazla bulunan maddelerdir. Normalde hücre kitlesinin %10-20 sini oluştururlar Hücre proteinleri yapısal proteinler ve genellikle enzim işlevi gören globüler proteinler diye ikiye ayrılırlar

Lipidler Yağ çözücülerde eriyen maddelerdir Çoğu hücredeki en önemli lipidler fosfolipid ve kolesterol dür Fosfolipid ve kolesterolün dışında hücrede, nötral yağ olarak da adlandırılan trigliserid lipidler de bulunmaktadır

Karbonhidratlar Glikoproteinlerin bir parçası olmak dışında yapısal olarak pek önemli değillerdir Ancak, kolay ve anaerobik ortamda enerji sağlamaları nedeniyle hücrelerin beslenmesinde önemli rolleri bulunmaktadır

Hücre

Hücre Zar yapıları çok ince olduğundan ışık mikroskobunda görülemez. Ancak eektron mikroskobuyla izlenebilir. Işık mikroskobunda ancak hücrenin sitoplazmik sınırları görülebilir. Hücrelerde ışık mikroskobuyla görülebilen temel elemanlar Hücre zarı Sitoplazma Çekirdek zarı Çekirdek

Zarlar (Membranlar): İki anlamda kullanılır! Zar (membran) sözcüğü iki farklı anlamda kullanılır. Bunlardan birisi organları saran ve ince bir hüre tabakasından oluşan organ zarları; diğeri de hücre zarıdır. Bu terimler birbirlerinden tamamen farklıdır. Zarsı (membranöz) dokular: Örnek: Perikard zarı Epitel dokular: birkaç hücre kalınlığında Hücre zarı

Perikardiyal zar kalbi çevreleyen dokudur. Gevşek bağ doku Hücre kalp Perikardiyal zar: bağ doku ile desteklenmis yassı Perikardiyal zarı ouşturan her hücre epitel hücreleri hücre zarı ile çevrilidir Fosfolipid çift tabakadan oluşan hücre zarı

Hücre zarı, çok farklı özelleşmeler yapabilen son derece kompleks bir örtüdür. Hücrenin canlılığı için en önemli yapıdır.

Hücre Zarı (Plazmalemma) Kalınlığı 7.5-10 nanometre İki sıralı fosfolipit tabakası + düzensiz dağılmış protein molekülleri %55 protein, %25 fosfolipit, %13 kolestrol, % 4 diğer lipitler, %3 karbonhidrat Seçici-geçirgendir. Küçük, yüksüz ve yağda eriyen moleküller hücre zarından kolay geçerken; büyük, yüklü ve yağda erimeyen moleküller kolay geçemezler.

Hücre Zarı (Plazmalemma)

Hücre zarının görevleri Maddelerin hücreye giriş çıkışını düzenler Hücreyi korur ve örter Diğer hücre ve dokuların tanınmasını ve onlarla haberleşmeyi sağlar Hücre iskeletinin bir parçasıdır

Zar proteinleri Hücre zarında fosfolipid tabakası içinde yüzen protenler periferal (zarın sadece bir yüzüne bakan) veya integral (zarın her iki yüzeyine uzanan; zarı boydan boya kat eden) proteinler olabilirler. Periferal proteinler İntegral proteinler

Zar proteinleri Zar proteinlerinin farklı işlevleri Taşıma Enzimatik Aktivite Sinyal iletimi için reseptör

Zar proteinleri Zar proteinlerinin farklı işlevleri Hücreler arası yapışma Hücre adhezyon molekülleri (CAM) Hücrelerarası tanıma Glikoproteinler Hücre iskeleti ve hücredışı matrikse bağlanma

Zar karbonhidratları Glikokaliks Hücre dışına uzanan glikoproteinler ve Glikolipitler Proteoglikanlar küçük proteinlerle hücrenin dış yüzeyine tutunmuş karbonhidratlardır. Görevleri 1. Hücrenin tanınma bölgelerini (kan grubu, immün yapı vs) oluştururlar. 2. Negatif yüklü hücre yüzeyi oluştururlar 3. Hücrelerin birbirine tutunmasını sağlarlar 4. Reseptör (insülin vb) olarak görev yaparlar

Protoplazma Su (%70-85) İyonlar K, Mg, PO4, SO4, HCO3, Na, Cl, Ca Protein (%10-20) Yapısal (mikrotübül, filament vs) İşlevsel (enzim) Lipitler Fosfolipitler ve kolestrol (%2), zar yapılarda bariyer görevi Trigliserid (yağ hücresinde %95) Karbonhidratlar (%1)

Sitoplazma ve sitozol Çekirdek zarı ile hücre zarı arasında jel benzeri sıvı sitoplazma İçinde partiküllerin bulunduğu berrak sıvı kısmı sitozol Çözünmüş protein, elektrolit ve glikoz vb Küçük ve büyük partiküller ve organeller Yağ kürecikleri, glikojen granülleri, ribozom

Sitoplazmik organeller Özelleşmiş hücresel yapılar: Organeller Zarlı olanlar Mitokondri, peroksizomlar, lizozomlar, endoplazmik retikulum ve Golgi cihazı Zarsız olanlar Hücre iskeleti, sentriyoller ve ribozomlar

Hücredeki zarlı yapılar Hücre zarı Çekirdek zarı Endoplazmik retikulum Mitokondri Lizozomlar Peroksizomlar Golgi Aygıtı

Mitokondri Çift zarlıdır. Sayısı değişkendir (100 birkaç bin) Yapısında DNA da bulunur. Bölünebilir. Matriks çözünmüş enzimlerle doludur. ATP üretimi iç zar ve matriks kısmında yapılır Oksijen ve besin moleküllerini alıp, CO2, H2O ve enerji (ATP) üretir.

Mitokondri

Ribozomlar %35 protein, %65 ribozomal RNA dan yapılmıştır. Protein üretimi... Serbest veya bağlı halde bulunurlar. Çekirdekçikte yapılıp sitoplazmaya geçerler.

Ribozomlar

Endoplazmik retikulum Sitoplazmik kanalcıklar ve kesecikler sistemi Endoplazmik matriks sitoplazmadan farklı sulu bir sıvıyla dolu Granüllü endoplazmik retikulum (GER) Düz endoplazmik retikulum (DER)

Endoplazmik retikulum Granüllü ER Protein yapılı salgı maddelerin üretimi İntegral zar proteinleri ve fosfolipit üretimi Düz ER Karaciğerde steroid hormonların üretimi, lipit ve kolestrol metabolizması, toksinlerin yok edilmesi Steroid yapılı hormonların üretimi İnce bağırsakta yağların emilimi, sentezi ve taşınması İskelet ve kalp kasındaki düz ER ye sarkoplazmik retikulum denir. Ca depolanmasından sorumludur

Golgi aygıtı Paketleme merkezi Salgı yapan hücrelerde gelişmiş durumdadır. Kompleks proteinli maddelerin (hormon, enzim) modifiye ve konsantre edilerek, paketlenip hücre dışına salgılanmasında rol oynar. Lizozomları da oluşturur Hyalurnik asit ve kondroitin sülfat sentezi yapar.

Golgi aygıtı

Lizozomlar Savunma ve sindirim organelidir. 250-750 nm çapında kesecik ER ve golgi kompleksinde üretilen hidrolaz (sindirici) denilen parçalayıcı enzimleri içerirler. Büyük moleküllü besin maddelerini (glikojen vb) Bakteri, virüs (fagositik vakuol), toksinleri Bozulmuş hücre organellerini (otofajik vakuol) sindirirler. Kemikte Ca salarlar

Peroksizomlar Lizozomdan farkları Kendi kendilerini çoğaltırlar Oksidaz ve katalazlar içerirler H2O2 (hidrojen peroksit), katalaz Ör; alkolün karaciğer hücrelerindeki peroksizomlarda detoksifikasyonu Serbest radikallerin detoksifikasyonu

Hücre iskeleti Hücre iskeleti üç temel tip lif yapısı içerir. En ince olanlar mikrofilamentler dir ve genellikle aktin iplikçiklerinden olulur. Orta kalınlıkta olan ara filamentlerdir. Ara filamentler farklı tipte proteinlerden oluşurlar. En kalınları ise mikrotübüllerdir ve tübülin moleküllerinin birleşmesinden oluşurlar.

Hücre iskeleti

Hücre iskeleti Sitosolü bir arada tutan iskelet... Hücre zarı aracılığıyla diğer hücrelere tutunup dokunun stabilitesinde de rol oynar Çoğunluğu protein yapılar Filamentler: Aktin, miyozin vs Mikrotübüller; polimerize tübülin moleküllerinden oluşur.

Hücre hareketi

Çekirdek Çekirdek zarı, çekirdekçik ve kromatinin yer aldığı nukleoplazmadan oluşur Hücrenin gen içeren kontrol merkezidir Neredeyse bütün hücresel proteinlerin kalıbını oluşturur Sentezlenecek proteinlerin çeşidi ve miktarını belirler

Çekirdek Zarı ve Çekirdekçik

Kromatin ve DNA DNA ve histonlar =kromatin Hücre bölünmeye başladığı zaman kısalıp yoğunlaşır

Motor moleküller Harekette görev yapan protein yapılar ATP den enerji alırlar Organellerdeki reseptörlere tutunurlar

Sentrioller Çekirdeğin yakınında sentrozomda yerleşik 9 tane 3 lü mikrotübülden oluşur Mitozda iğcikleri yapar Siliya ve kamçının kaidesidir.

Siller (cilia) ve Kamçılar (flagella)

Silia hareketi Ritmik kinosilya hareketi

Silia hareketi Kinosilyalar ritmik olarak vuruş hareketi yaparak solunum sistemindeki mukus salgısını ağız ve üst solunum yollarına doğru sürekli hareket ettirirler ve böylece mukusa yapışan tüm yabancı maddelerin ciğerlerden uzaklaştırılmasını sağlarlar.

Kubbecikler Kubbecikler (Vaults) henüz ne işe yaradıkları tam bilinmeyen ama her hücrede bir kaç bin adet bulunan nano-taneciklerdir. Çekirdekten sitoplazmaya özellikle rrna ve mrna taşınmasında aracılık ettikleri düşünülmektedir.

İntegral Yapısal Membran Proteinleri Hücre iskeletinin zar ve zar proteinleri ile ilişkisi. Ekstrasellüler sıvı Membranı kateden protein Hücre iskeleti proteini İntrasellüler sıvı Periferal protein

İntegral Yapısal Membran Proteinleri İntegral zar proteinleri genellikle hücre zarını bir kaç kez kat eden alt birimlerden oluşan uzun ve kompleks protein zincirleridir. Ekstrasellüler sıvı Karbonhidrat Hücre zarı Fosfat Sitoplazmik kıvrım Membranı 7 kez kateden bir integral membran proteini İntrasellüler sıvı

Molekül Bağlayan Membran Proteinleri Hücre zarına bağlı olan enzimler hem iç hem de dış tepkimelerin yürütülmesini sağlarlar. Ayrıca reseptör olarak işlev gören moleküller kimyasal mesajların hücre içine iletilmesini sağlarlar. Membrana bağlı enzimler Dış reaksiyonlar İç reaksiyonlar Ligand-Reseptör kompleksi Ligand Ekstrasellüler sıvı Reseptör Özgül molekül bağlayan reseptörler (almaçlar) Örnek: Hormonlar Hücre zarı İntrasellüler sıvı Hücre içi olaylar

Taşıyıcı Proteinler Kanal proteinleri Açık Kapılı Taşıyıcı proteinler Molekülleri geçici olarak bağlayan proteinler Yavaş taşıma yaparlar

Kanal proteinlerinin alt birimlerinin yapılanması

Taşınım Proteinleri (a) Açık kanallar (b) Kapılı kanallar ESS Hücre membranı Açık Kapalı

Kanallar Su kanalı Aquaforinler İyon kanalları Özgül iyon kanalları Özgül olmayan kanallar Kapılı kanallar Kimyasal kapılı kanallar Voltaj kapılı kanallar Mekanik kapılı kanallar

Taşıyıcı Proteinler Açık kanallar: porlar (b) Taşıyıcılar ESS Hücre membranı ESS Taşıyıcı İSS ya doğru açık Taşıyıcı ESS ya doğru açık

Zarlardan Taşınım Mekanizmaları ENERJİ GEREKSİNİMİ ATP den enerji gerektiren Enerji gerektirmeyen Difüzyon Endositoz Basit Difüzyon Molekül Lipid çift katmandan direkt geçer Kolaylaştırılmış Difüzyon Sekonder Aktif taşınım Aracılı taşınım membran proteini gerektirir FİZİKSEL GEREKSİNİM Primer Aktif taşınım Ekzositoz Fagositoz Membranda Vezikül Oluşumu gerektirir

Difüzyon: Difüzyon hızı = Yüzey Alanı. Derişim farkı Zar direnci. Zar kalınlığı Yağda çözünebilirlik Zar direnci = Molekül boyutu

Taşıyıcı Aracılı Taşınım: Kotransport Glukoz Glukoz Uniport Kotransport Simport Antiport Uniport taşıyıcı Simport taşıyıcı Antiport taşıyıcı

Kolaylaştırılmış Difüzyon Taşıyıcı protein kullanılır

Kolaylaştırılmış Difüzyon

Primer Aktif Taşınım (pompa) Taşıyıcı molekülün hareketi için enerji gerekir Konsantrasyon farkına zıt yönde taşınım

Primer Aktif Taşınım (pompa) Na+- K+ATP az Pompası Ca2+ATP az Pompası H+ATP az Pompası H+- K+ATP az Pompası

Na+- K+ATP az Pompası

Sekonder Aktif Taşınım Kotransport Moleküllerin kinetik enerjisi kullanılır

Membranlardan Veziküllerle Taşınım Partiküllerin taşınımı Büyük moleküller Fagozom Fagositoz

Endositoz and Ekzositoz: Pinositoz: Seçici olmayan Reseptör aracılı endositoz: Özgül substrat Fagositoz