Hücre Membranı

Hücre Prof Dr Selma Yılmazer  Hücreyi oluşturan bileşenler Ökaryotik Hücre I-Sitoplazma II-Nukleus I-Sitoplazma 1-Organeller 2-İnklüzyonlar 3-Sitoiskelet 4-Sitozol  Organeller Mitokondri Ribozom Endoplazmik retikulum (GER ve DER) Golgi kompleksi Lizozom...

Hücre Prof Dr Selma Yılmazer  Hücreyi oluşturan bileşenler Ökaryotik Hücre I-Sitoplazma II-Nukleus I-Sitoplazma 1-Organeller 2-İnklüzyonlar 3-Sitoiskelet 4-Sitozol  Organeller Mitokondri Ribozom Endoplazmik retikulum (GER ve DER) Golgi kompleksi Lizozom Peroksizom Sentriol  Sitoplazmik inklüzyonlar Gelip geçici, cansız elemanlar Depolanmış hücresel bileşenler Glikojen, Lipid tanecikleri, Protein kristalleri Salgı granülleri Pigment granülleri  Sitoiskelet Mikrotubuller Mikro filamentler Araçapta filamentler Hücre şeklini belirler Hücre hareketine katılır  Ökaryotik Hücre Nukleus 1- Nukleus zarfı 2- Kromatin 3-Nukleolus 4- Nukleus matriksi Hücre Membranı Prof.Dr.SELMA YILMAZER Haliç 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  *Membranın varlığını gösteren deneyler Mekanik mikromanipulasyon 1926 Chamber Fizyolojik deneyler Hipotonik solüsyon Hipertonik solüsyon İzotonik solüsyon Hücre şişer Hücre büzülür  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 Hücre membranının görevleri  Tüm Biyolojik Membranlar *Lipid ve Protein molekülleri içerirler Genel yapı; Çift tabakalı bir lipid tabakası Lipid tabakası içine gömülmüş protein molekülleri Özellikleri Membranlar, dinamik sıvı (akışkan) yapılardır, Moleküllerinin çoğu hareketlidir Asimetrik yapıdadır Hücre membranının yapısı. A-Eritrosit plazma membranının elektron mikroskobundaki görüntüsü. B- ve C-İki boyutlu ve üç boyutlu molekül yapısı  Lipidler membranın esas yapısal elemanıdır Çift tabaka halinde dizilmiş fosfolipidler membranın sınırlayıcı yapısını oluşturur Lipidler Seçici geçirgen bariyer oluşturur (Küçük hidrofobik gazlar; O2, CO2, N2, küçük yüksüz moleküller; su, etanol, gliserol, üre diffüzyonla geçer)  Figure Hücre membranı Seçici geçirgen bir bariyer oluşturur. (Küçük hidrofobik gazlar; O2, CO2, N2, küçük yüksüz moleküller; su, etanol, gliserol, üre diffüzyonla geçer) Glukoz, Amino asitler, iyonlar difüzyonla geçemez. Memeli hücresinde hücre içi ve dışındaki iyon konsantrasyonlarının karşılaştırılması Hücre içindeki Hücre dışındaki konsantrasyonu (mM konsantrasyonu (mM  Lipid-protein oranı değişkendir Myelin membranı ; %82 lipid %18 protein Mitokondri iç membranı; %25 lipid %75 protein ( fonksiyonel olarak aktif membran) Tipik bir plazma membranında proteinler membranın % 50 sini oluşturur  MEMBRAN LİPİDLERİ I- Fosfolipidler II-Kolesterol III- Glikolipidler Tüm Lipidler Amfipatik moleküller Bir hidrofilik ve hidrofobik uca sahiptir  I-Fosfolipidler (Membranda en çok bulunan lipidlerdir) Hidrofilik bir baş grubu ve 2 hidrofobik kuyruk (hidrokarbon zinciri) içerir Fosfolipid çeşitleri Fosfatidilkolin * Fosfatidiletanolamin* Fosfatidilserin * (negatif yüklü) Sfingomyelin * Fosfatidilinositol ( az miktarda bulunur fakat hücre sinyalleşmesinde çok önemli rol oynar) (*)Memranda en çok bulunan fosfolipidler Membran Fosfolipidlerinin Yapısı  MEMBRAN LİPİDLERİ Lipidler membran oluşturmak için ideal moleküllerdir) Amfipatik özelliği sonucu; Fosfolipidler kendiliğinden 2 tabakaoluşturur (sulu ortamda) Kendiliğinden Kapalı kompartman oluşturur.Yırtılırsa kendini tamir eder açığı kapatır. Lipidler Akışkan bir yapı oluşturur (Bu nedenle Lipidler membran oluşturmak için ideal moleküllerdir) Fosfolipidlerin amfipatik özelliği sonucu sulu ortamda iki tabaka halinde dizilmesi  Eritrositler nüve ve organelleri içermediğinden yüzey membranı çalışmalarında kullanılır İnsan eritrositlerinin taramalı elektron mikroskobundaki görünüşü Çift tabakalı lipid (bilayer) yapının keşfi Gorter ve Grendel ‘ın ilk membran modeli (1925) Eritrosit membranı üzerindeki deneyler sulu ortamda lipidlerin iki tabaka oluşturacak şekilde dizildiğini gösterdi. Sentetik çift tabakalı lipidler (Yapay membranlar) yapılmaya başlandı. 1-Lipozomlar 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 Lipid asimetrisi Fosfatidilserin * ve fosfatidiletanolamin *sadece iç yaprakta, fosfatidilkolin* ve sfingomyelin* dış yaprakta  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. Membran fosfolipidlerinin hücre sinyalleşmesindeki rolü  Hayvan hücreleri lipid asimetrisini ölü hücreleri sağlam hücrelerden ayırt etmek için kullanır. Fosfatidil serin apoptotik hücrelerde dış lipid tabakasına geçer. (Takla hareketi ile) Normalde işlev gören Fosfolipid translokatör (flippase)inaktive olur Scramblase enzimi aktifleşir.  Hayvan hücreleri lipid asimetrisini ölü hücreleri sağlam hücrelerden ayırt etmek için kullanır.. Fosfatidil serin apoptotik hücrelerde dış lipid tabakasına geçer. (Takla hareketi ile) Enerji harcayarak enzim etkisiyle oluşur fosfatidilserin ölü hücrelerin yüzeyinde görünür hale geçer ve makrofajların kendini tanıyarak fagosite etmesi için bir işaret (sinyal ) oluşturur.  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 Kolesterol moleküllerinin fosfolipidler arasındaki yerleşimi  Membran içindeki lipid molekülleri hareketlidir (1970) Lipid Hareketleri 1-Lateral difüzyon (1 sn'de 2 µ) 2-Rotasyon hareketi 3-Kuyrukların fleksiyonu 3-Takla hareketi (çok nadir) ER membranlarında Enzim:fosfolipid translokatör takla hareketini katalizler Lipid moleküllerinin membran içindeki hareketleri  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) Hücre membranının yapısı. A-Eritrosit plazma membranının elektron mikroskobundaki görüntüsü. B- ve C-İki boyutlu üç boyutlu molekül yapısı  MEMBRAN PROTEİNLERİ 1-Periferal (ekstrinsik) proteinler Yüzeyde bulunan diğer proteinlere tutunurlar (protein-protein etkileşimi) 2-İntegral (İntrinsik) proteinler Çift tabakalı Lipidlerin hidrofobik bölgesi ile etkileşirler Transmembran proteinler tek geçişli alfa heliks, (örn.Reseptör tirozin kinazlar) çok geçişli alfa heliks (örn.kanal ve transpot proteinleri Beta tabakalı fıçı şeklindeki transmembran proteinler (porinler,dış mitokondri membranı kloroplast ve bakteri membranlarında, K ve su kanalları)  MEMBRAN PROTEİNLERİ Sitozolik lipid tabakasına gömülü amfipatik ɑlfa heliks şeklinde tutunan proteinler Sitozole bakan lipid tabakasına bir veya daha çok yağ asidi zinciri ile tutunan proteinler (lipid çapalı proteinler) Sinyal proteinleri örn. Ras , Src Dış yapraktaki fosfotidilinositole bir oligosakkarit zinciri ile tutunanlar (glikozile fosfatidil inositol GPI çapalı) (örn.membrana bağlı enzimler örn alkalin fosfataz ,amino peptidaz )  Membran proteinleri çift tabakalı lipide çeşitli şekillerde tutunurlar 1-Tek geçişli ɑ heliks transmembran protein 2-Çok geçişli ɑ heliks transmembran protein 3-β tabakalı fıçı 4-iç lipid tabakasına gömülü ɑ heliks 5- iç lipid tabakasına bir veya daha çok yağ asidi zinciri ile tutunan protein (lipid çapalı ) 6-glikozile fosfatidil inositol (GPI) çapalı protein 7 ve 8-Periferal proteinler  Beta fıçı şeklindeki membran proteinleri Porinler, dış mitokondri membranı, kloroplast ve bakteri dış membranlarında bulunur, K ve su kanalları)  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 Dondurup-Kırma Yöntemi Sıvı- mozaik model ,Singer ve Nicholson 1972 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 hareketliliğini ispatlayan hücre-füzyonu deneyi (Frey ve Edidin 1970)  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 Çeşitli membran modelleri  MEMBRAN KARBOHİDRATLARI %5-10 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 geçişini önleyen bariyer oluşturur 3-Sindirim enzimleri, safra tuzları etkisine karşı koruyucu (barsak epiteli) 4-Hücre-hücre tanıması, (lenfosit-endotel tutunması; selektinler; CH tanıyan proteinler) 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 membranının %40ı) 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 GM2 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: kolera ve tetanus toksinleri, bazı viruslar ve bakteriler) Gangliosid GM1 Kolera toksini için reseptör Kolera toksini GM1 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