Biyomembranlar PDF

biyomembranlar Dr. Ali AKBAŞ TIBBİ BİYOKİMYA  Membran yapısı plazma zarı (Hücre zarı) hücrenin organellerini ve sıvı içeriğini saran ve hücreye yapısal bütünlük sağlayan, seçici geçirgen bir yapıdır. Hücrelerdeki reaksiyonlar sulu ortamda meydana geli...

biyomembranlar Dr. Ali AKBAŞ TIBBİ BİYOKİMYA  Membran yapısı plazma zarı (Hücre zarı) hücrenin organellerini ve sıvı içeriğini saran ve hücreye yapısal bütünlük sağlayan, seçici geçirgen bir yapıdır. Hücrelerdeki reaksiyonlar sulu ortamda meydana gelir Reaksiyonlar için gerekli sulu ortam hücre membranlarının varlığı ile sağlanmaktadır.  Membran yapısı Akışkan/sıvı-mozaik modeli Membranda esas olarak fosfolipidler ve kolesterol bulunmaktadır. En çok bulunun fosfolipid, fosfatidilkolin (Lesitin) dir. Fosfolipid moleküllerin hidrofob (yüksüz) uçları birbirine, hidrofil (yüklü) yüzleri hücre iç ve dış yüzüne bakacak biçimde düzenlenmiştir. Membran proteinleri integral periferal Biyokimyasal markeri Na-K ATPaz’dır.  Membran yapısı Özellikleri: Görevleri: Hücreyi dağılmaktan korur/dış etkilerden Canlı-saydam ve esnektir (yalıtım-izolasyon) Üzerinde porlar bulunur Madde alış-verişini sağlar (transport) Seçici geçirgendir Sinyal iletimi Zardaki proteinler enzim görevi yapar Hücre-hücre tanıması Akışkan bir yapıya sahiptir  Membran yapısı Hücre zarı başlıca çift katlı bir sıvı-mozaik modelini oluşturur (%50-60) sıvı tabaka içine gömülü halde bulunan proteinler mozaik bölümü (%40-50) Fosfolipit tabaka membranın sıvı bölümü Az miktarda karbonhidrat Membranlar dinamik yapılardır. 5-8 nm (50-80 Å) kalınlığındadır.  Membran yapısı Memrbran lipitleri hem hidrofobik hem de hidrofilik bölgeler içerdiğinden amfipatik karakterlidir. Hücre membranı da amfipatik karakterlidir. Hücre membranındaki doymuş yağ asitleri düz bir şekilde uzanırken doymamış yağ asitleri çift bağın olduğu noktalardan kırılmalar gösterir.  Hücre membranlarının yapısı miçel değil çift tabakalıdır. Çift tabakalı lipit yapısı sayesinde de miçellerde olduğu gibi hidrofobik kısımlar sulu ortamdan uzaklaştırılmış olur.  Membran yapısı Hücre tipine göre zarların yapıları farklılık gösterdikleri gibi hücre organellerinin de zarları farklılık göstermektedir. Farklı hücrelerdeki farklı membran yapıları hücrelerin görevlerinin çeşitliliği ile de uyumludur. Membran yapısı  Membran yapısı H. membranları asimetrik olup membranda yer alan moleküller arasında non- kovalent bağlar üzerinden bir araya gelmişlerdir. Hücre membranlarının ana lipidi fosfolipit, glikosfingolipit ve kolesteroldür. fosfogliseritler hücre membranında en çok bulunan fosfolipitlerdir.  Membran yapısı Eritrosit membranlarının dış ve iç yapraklarının lipit kompozisyonu farklılık gösterir.  Eritrosit membranının dış yaprağında en çok bulunan iki lipit fosfotidilkolin ve sfingomiyelindir iç yaprağında ağırlıklı olarak bulunan fosfotidilserin, fosfotidiletanolamin ve fosfotidilinozitoldür.  Membran yapısı-lipit Hücre membranında bulunan fosfolipitlerin diğeri sfingomiyelinlerdir. Sfingomiyelinler gliserol yerine sfingozin içerirler.  Membran yapısı-lipit Hücre membranındaki glikosfingolipitler ise serebrositler ve gangliositler gibi KH içeren lipitlerdir.  Membran yapısı-kolesterol Hücre membranında bulunan başlıca sterol kolesteroldür. Kolesterol ağırlıklı olarak hücre membranında, organellerin membranlarında daha az miktarlarda yer alır.  Membran yapısı-kolesterol Kolesterol daha fazla hücre membranının dış kısmına doğru olan alanda yer alır. kolesterolün en önemli görevi, yüksek ısı gibi iç ya da dış etkenlerin zar akışkanlığını artırmasını engelleyerek, zar dayanıklılığının sürdürülmesini sağlamaktır.  Membran yapısı-kolesterol Lipit çift tabaka yapısı kompakt bir yapı sergiler. Isı azaldıkça membran esnekliği azalır hatta yarı katı bir jel halini alır.  Membran yapısı-PL hareketi PL aynı tabakanın kendi içinde veya bir tabakadan karşı tabakaya hareket edebilir. tabakalar arasında geçiş çok yavaş olur. Flippazların katalizörlüğünde PL yer değiştirmesi çok hızlı olur.  Membran yapısı-PL hareketi Yağ asitlerinin lateral hareketi herhangi bir enzimin katalizörlüğüne ihtiyaç duymaz ve çok hızlı bir şekilde gerçekleşir.  Membran yapısı-Protein H. membranında yüz farklı protein bulunabilir. İntegral proteinler genellikle globuler yapılı ve amfipatiktirler. H. membranındaki proteinler enzim, transport proteini yapısal proteinler, reseptörler veya antijenler olabilir. Çeşitli hücrelerin membranları da farklılık arz ettiğinden tipik bir hücre membranı yoktur.  Membran yapısı-Protein H. membranları asimetrik yapılıdırlar. Bu asimetrik yapının altında yatan nedenlerden biri de proteinlerin düzensiz dağılımlarıdır. Ayrıca H. membranının dış yüzüne lokalize olan karbonhidratların da bu asimetride önemli rolü bulunmaktadır.  Membran yapısı-Protein yağ asitlerinde olduğu gibi membran içinde lateral hareket edebilirler. Ancak bazen bazı proteinler hücre yüzeyinde bir araya toplanırlar ve bunların membran içinde hareket etmeleri söz konusu değildir. Yine bazı transmembran proteinleri stoplazmada bulunan bazı moleküllere bağlanırlar ki bu onların membran içinde hareketini sınırlar.  İntegral proteinler membran lipitleri ile hidrofobik etkileşim içindedirler.  Membran yapısı-Protein İntegral proteinlerin izolasyonu için deterjanlara ihtiyaç duyulurken periferal proteinler tuz çözeltileri kullanılarak elde edilebilmektedirler.  Membran yapısı-Protein Hücre membranındaki proteinlerin transmembran kısmı α-heliks yapısındadır. Bakteriorodopsin lipid bilayer tabakasını 7 kez geçmektedir.  Membran yapısı-Protein Her bir α-heliks yapısı yaklaşık 20 amino asitten oluşur ve membran boyunca uzanır. 20 amino asit yaklaşık 30 Å kalınlığında olan membran genişliğini doldurmaktadır (α-heliks yapısındaki her amino asit 1,5 Å’luk bir alanı kaplar).  Membran yapısı-Protein α-heliks yapısı lipitler ile kurulan hidrofobik etkileşimler ile stabilize hale getirilmeye çalışılır.  Membran yapısı-Protein İntermembran proteinlerinin bir kısmı da β-fıçı yapısı gösterirler. β-konformasyonunda amino asitlerin membranı geçmeleri için α-heliks yapısının aksine 7-9 amino asit yeterli olmaktadır. Porin yapısı β-fıçı özelliği gösterir.  Membran yapısı-Protein β-fıçı yapısında her iki amino asitten biri hidrofobik olup lipit molekülleri ile genellikle aromatik yapılar üzerinden etkileşim içine girerler.  Membran yapısı-Protein Periferal proteinler fosfolipitler ile doğrudan etkileşim içinde değildirler. Periferal proteinler integral proteinlerin hidrofilik kısımlarına zayıf bağlar ile bağlı halde bulunurlar.  Membran yapısı-Protein Eritrosit membranlarının yapısında bulunan glikoforin plazma membranını boydan boya kat eder. Glikoforin’in amino terminal ucu hücre membranının dış yüzeyinde yer alır ve karbonhidrat üniteleri içerir.  Membran yapısı-Protein Glikoforin’in transmembran kısmı ağırlıklı olarak hidrofobik amino asitlerden meydana gelir. Glikoforin membranda asimetrik olarak lokalize olmuştur.  Membran yapısı-Protein Bazı proteinler lipitler ile kovalent olarak bağ yapmaktadırlar. Proteinin bağlandığı lipit hidrofobik bir bağlantı noktası oluşturur ve yüzey proteinlerinin membrana bağlı kalmasını sağlar.  Membran yapısı-Protein Yağlar üzerinden bağlanan membran proteinleri üç tip lipit grubuyla bağlanırlar. Açilasyon-prenilasyon-GPI’ ye bağlanma Birinci tip bağlanmada (açilasyon); bir yağ asiti zinciri (miristic veya palmitic acid) bir amid bağı aracılığıyla, sitozolik yüzde, proteinin amino ucundaki glisine kovalent olarak bağlanır. İkinci tip bağlanmada (prenilasyon); bir prenyl grubu (farnesyl veya daha uzun olan geranyl grubu) bir thioeter bağı ile, sitozolik yüzde, proteinin karboksil ucundaki 4. sırada yer alan sistein'e bağlanır. Bu prenilasyonu takiben uçtaki 3 amino asit ayrılır ve yeni oluşan karboksil uç metillenir, böylece protein zara yerleşmiş olur.  Membran yapısı-Protein Üçüncü tip bağlanmada; proteinler, zarın dış yüzünde yer alan Glikozilfosfatidilinositol (glycosylphosphatidylinositol) (GPI)'a bağlanır. GPl'ın yapısı hücreler arasındafarklılık gösterebilir.  Membran yapısı-Protein Bu yapı genel olarak fosfatidilinositol ve fosfatidiletanolamin içerir. Fosfatidilinositolün iki yağ asidi zarda uzanırken fosfatidiletanoamin bu lipid yapıyı proteine bağlar.  Membran yapısı-Protein/KH Transmembran proteinlerin çoğu glikozillenmiştir (şeker grupları eklenmiştir). Şeker molekülleri bu proteinlere endoplazmik retikulum ve Golgi Kompleksinde eklenir ve proteinlerin oligosakkarit zincirleri daima ekstraselüler yüzde yer alır.  Membran yapısı-Protein/KH Proteinlerin sergiledikleri asimetri, sahip oldukları diğer ilave gruplar ve çeşitli bağlar tarafından daha da artırılır. Bunlardan, sülfidril (sulphydril = SH) grupları sitoplazmik yüzde, disülfit (S-S) bağları ekstraselüler yüzde yer alır  Membran yapısı-Protein/KH Hücre membranının bazı bölgeleri glikosfingolipitlerce (Serebrosit, gangliosit) zengindir. Bu lipitler uzun zincirli yağ asitleri içermektedir. GÖREVLERİ: 1-Hücreyi dağılmaktan korur/dış etkilerden (yalıtım-izolasyon) 2-Madde alış-verişini sağlar (transport) 3-Sinyal iletimi 4-Hücre-hücre tanıması  1- yalıtım Hücre membranı hücreleri birbirinden ayırır. Hücre membranı sayesinde hücreler birbirinden ayrılır Hücre içindeki membranlar aracılığıyla da hücre içinde kompartımanlar( Mitokondri, ER, golgi, lizozom, sekrasyon granülleri, nukleus) meydana gelir.  2-Madde alış-verişini sağlar (transport) Hücre membranında bulunan bazı kanal ve pompalar ile endositoz ve ekzositoz mikanizmaları hücrelere madde alış verişini düzenler.  2-Madde alış-verişini sağlar (transport) Hücre membranı seçici geçirgendir. Seçici geçirgenlik sayesinde hücre içi ve dışı maddelerin kompozisyonları farklılık sergiler.  Steroit hormonlar gibi lipit yapılı maddeler de hücre membranından kolayca geçebilmektedirler. Lipit yapılı olmayan büyük moleküllerin hücre membranından geçişine membran proteinleri aracılık etmektedir. Oksijen, karbondioksit, azot gibi küçük moleküller solventler ile etkileşimleri düşük olduğundan membranların hidrofobik kısımlarını kolayca geçebilirler.  Hücre membranlarının en önemli özelliklerinden biri de bütünlüğünü kaybetmeden diğer membranlar ile fizyon yapabilmesidir. Eksositoz, endositoz, sperm yumurta birleşmesi, yeni sentezlenen moleküllerin membranlar içinde başka yerlere taşınması membranların fizyonu ile olabilmektedir.  3-Sinyal iletimi Plazma membranın iç yüzünde adenilat siklaz, fosfolipaz gibi bazı enzimler için bağlanma yerleri bulunmaktadır Plazma membranın dış yüzeyinde ise peptid hormonlar, nörotransmitterler, immunglobulinler, lipoproteinler gibi düzenleyici molekülün özgün reseptörüne bağlanması enzimler aracılığıyla sinyalin hücre içine iletilmesini sağlar ve metabolik süreçlerin işleyişi kontrol edilir  3-Sinyal iletimi Kaveolin iki globuler bölgesi bulunan ve bir de proteini hücre membranının stoplazmik yaprağına bağlayan toplu iğne şeklinde hidrofobik kısmı olan bir proteindir. Proteinin karboksi terminal ucuna üç palmitoil grubu bağlanır.  3-Sinyal iletimi Kavaolinin bulunduğu bölgede sitoplazmaya doğru bir çöküntü (Caveolae) meydana gelir. Kaveolinin bulunduğu bu şişkin bölgeler hücreler arası membran trafiğinde, eksternal sinyallerin iletilmesinde önemlidir.  3-Sinyal iletimi İnsülin ve büyüme hormonlarının reseptörleri ile bazı GPI proteinleri ve protein kinazlar bu çöküntülerde yer almaktadır.  İntegrinler sadece adezyon molekülü olmayıp her iki yönlü sinyal iletiminde de rol oynarlar.  Çok sayıda integral protein hücreler arası ve hücre-ekstrasellüler matriks arası bağlantıların oluşmasına aracılık eder. Alfa ve β ünitelerinden oluşan bir heterodimer olan integrin kollojen ve fibronektin için bağlantı noktaları içerir.  4-Hücre-hücre tanıması Hücre membranlarında bulunan adezyon molekülleri komşu hücreleri bir arada tutar.  İntegrinler trombositlerin agregasyonunda, yara iyileşmesinde, immun sistem hücrelerin aktivasyonunda ve tümör invazyonunun da etkilidir.  4-Hücre-hücre tanıması Kaderinler, immunglobilin benzeri proteinler ve selektinler de hücreler arası ve hücreler ile ekstrasellüler matriks arası adezyonda rol alırlar.