Hücre Membranı Ders Notları PDF

GÖRSEL EKLEYİNİZ Hücre Membranı Dr. Öğr. Üyesi Yemliha Yıldız Tıbbi Biyoloji A.D. Kurul: Tıbbi Bilimlere Giriş I 15/10/...

GÖRSEL EKLEYİNİZ Hücre Membranı Dr. Öğr. Üyesi Yemliha Yıldız Tıbbi Biyoloji A.D. Kurul: Tıbbi Bilimlere Giriş I 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 1 Ders Öğrenme Çıktıları 1) Membran yapısı ve fonksiyonlarını tanımlar. 2) Hücreler arası iletişimde membranların rolü ve membranların oluşum sürecini açıklar. 3) Membranlardan madde geçişlerini tanımlar. 4) Membran lipidlerini listeler. 5) Membran protein, lipid ve karbonhidrat fonksiyonlarını karşılaştırır. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 2 Hücre Hücrenin şekil ve büyüklüğü ne olursa olsun hepsinde 3 öğe mutlaka bulunur; genetik materyal, stoplazma ve en dışta plazma zarı. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 3 Hücre Zarı Tüm hücrelerin etrafını saran ve hücre bütünlüğünü koruyan 75-100 Angström (7.5-10 nm) kalınlığında az çok esnek, üzerinde fizyolojik olayların yer aldığı dinamik bir zardır. Zarın esas çatısını, çift katlı lipid (fosfolipitler) tabakası oluşturur. Fosfolipit tabaka, çeşitli proteinlerin içerisinde yüzdüğü bir lipid göl olarak hizmet eder. Bu dizayn sıvı mozaik model olarak bilinir. Büyüklü küçüklü protein molekülleri yağ tabakasına düzensiz olarak gömülmüştür. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 4 Hücre zarı, fosfolipid iki tabaka içerir; bu tabakalardaki lipidlerin hidrofilik “baş kısımları” zarın bir tarafında, hücrenin sıvı kısmı içerisine doğru, diğer tarafında ise hücre dışı ortama doğru bakar. Proteinler ve diğer moleküller lipidler içerisine gömülüdür. Zar, sert ve statik bir yapı değildir. Daha ziyade içerisinde proteinlerin ve lipidlerin sürekli olarak hareket halinde olduğu yağlı bir sıvıdır. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 5 Hücre Zarı Karbonhidratlar proteinlerin bazılarına bağlanarak Glikoproteinleri, yağ moleküllerinin bazılarına bağlanarak da Glikolipidleri oluştururlar. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 6 Fosfolipitler Yağ asidinden farklı olarak üç yerine iki tane yağ asidi kuyruğuna sahiptirler. Gliseroldeki üçüncü hidroksil grubu, eksi elektrik yükü taşıyan bir fosfat grubuna bağlanmıştır. Fosfolipidler suya karşı iki yönlü davranış gösterirler ( Amfipatik davranış )(Amfipatik bileşikler polar ve polar olmayan bölgeler içerirler). 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 7  1972 Singer- Nicolson Akıcı Mozaik Modeli Molecular cell Biology, Lodish et.al 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 8  Hücre zarı fonksiyonları Plazma zarı, bir seçici geçirgen bariyer olarak davranır; böylece bazı maddelerin kendisinden geçmesini önlerken, diğer maddelerin hücreye girmesini ve hücreyi terk etmesine izin verir. Plazma zarı, hücrenin hemen hemen sabit olan iç ortamını korumasına izin verir (Homeostasis). Zarın bunu yapmasının bir yolu zardan madde taşınmasına aktif olarak düzenlemektir. Bu, dinamik bir süreç olup, bir molekülün büyüklüğüne bağlı daha pasif olan süreç olan difüzyondan farklıdır. Plazma zarı, dış çevre ile hücrenin sınırı olarak, komşu hücrelerle iletişimde ve dış çevreden gelen sinyallerin alınmasında önemlidir. Plazma zarı çoğunlukla kendisinden dışarıya doğru uzanarak çıkıntı yapan proteinlere sahiptir; bu proteinler komşu hücrelere bağlanmak ve tutunmaktan sorumludur. Böylece plazma zarı, önemli yapısal rol oynar ve hücrenin biçimine katkı yapar. Plazma zarı diğer hücre içi membranlar ile ilişkilidir. Hücrenin içerisine endoplazmik retikulum olarak devam eder ve nukleusun etrafını sarar. Golgi cisimciği, lizozom ve mitokondri gibi organellerin zar yapısını oluşturur 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 9 Hücre Zarı Hücre zarının bileşenleri - Lipid Fosfolipidler (Fosfogliseritler, Sfingolipidler) Glikolipidler Kolesterol - Protein Periferal İntegral -Karbonhidrat Hayvan hücresi plazma zarının modeli (kesit görüntüsü) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 10 Hücre zarının bileşenleri: Lipidler Hücre zarında bulunan lipitler başlıca 3 büyük gruba ayrılır. -Fosfolidler: Memeli hücre membranında baskın olan fosfolipidler; Sfingomyelin, fosfatidilkolin, Fosfatidilserin, fosfatidiletanolamin ve fosfotidilinositol -Kolesterol: Fosfolipid moleküllerinin baş kısımlarına OH grupları ile bağlanırlar ve membran akışkanlığını düzenlerler. -Glikolipidler: Hüce-hücre tanınmasında, hücrelerin dış etkenlere karşı korunmasında rol alır. Hücre zarı asimetrik bir yapıya sahiptir. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 11  Membran lipitlerinin yapısı Kolesterol Fosfolipitler Glikolipitler 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 12 1-En çok bulunan membran lipidleri fosfolipitlerdir Fosfat içeren polar bir baş grubu ve iki hidrofobik kidrokarbon kuyruğundan oluşur. Hayvanlarda genelde bu kuyruklar farklı uzunlukta olan (14-24 arası carobon atomu içeren) doymuş yağ asitleridir. Bir kuyruk tipik olarak bir yada daha fazla çift bağ içerir (doymamış), diğeri ise çift bağ içermez (doymuş) Fosfolipitler, 37°C’de biyolojik bir zar boyunca yaklaşık 1x108 cm2/s Fosfolipitlerin lipit çift katmanı içindeki hareketi hızla yanal olarak hareket edebilirler; bu durum en yakın komşularıyla saniyede yaklaşık 107 kez yer değiştirdikleri anlamına Goodman's Medical Cell Biology, Academic Press, 2020 gelir. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 13 Fosfolipit-Fosfogliserit Birçok hayvan hücresinde bulunan temel fosfolipit fosfogliseritlerdir. Burada gliserole iki uzun yağ asidi ve 3.karbon atomuna bir adet fosfat grubu bağlanmıştır. Bu fosfat grubuna da çeşitli tipte başka gruplar bağlanıp farklı fosfogliseritler oluşmasını sağlamaktadır Farklı grupların bağlanması farklı fosfogliseritleri oluşturur: ❖Fosfotidiletanolamin ❖Fosfotidilserin ❖Fosfotidilkolin Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 14 Fosfolipit-Sfingolipit Gliserolden ziyade sfingozinden yapılmıştır Sfizgozin bir amino (NH2) ve diğer tarafta ise iki hidroksil grubu taşıyan uzun açil zinciridir En çok görülen Sfingolipit: ❖Sfingomiyelin Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 15 2-Glikolipit Şeker içeren lipit moleküllerine glikolipit denir. Genelde dış memebrandaki lipit moleküllerinin %5’ini oluştururlar. Ayrıca bazı hücreiçi memebranlarda da bulunabilirler. En kompleks glikolipitler gangliositlerdir. Buradaki oligosakkaritler bir yada daha fazla sialik asit taşıdığından, gangliosite net negatif yük verir. Sinir hücreleri plazma membranlarında en çok bulunan 40’dan fazla gangliosit tanımlanmıştır (Bunların ağırlığı, sinir hücrelerindeki toplam lipit ağırlığının yaklaşık %5-10 kadar etmektedir) Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 16 3-Kolesterol Steroidler birbirleriyle kaynaşmış dört adet halka içeren karbon iskeletine sahip lipitlerdir. Bir steroid olan kolesterol hem hayvan hücre zarlarının bir bileşenidir, hem de diğer steroidlerin sentezine öncülük eder. Kolesterolün yapısı Kolesterol çift tabakalı lipitte kendisinin hidroksil grubunu komşu fosfolipid molekülünün polar baş kısmına yakın olacak şekilde konumlandırır. Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) Membranda kolesterol molekülü 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 17 Fosfolipitler kendiliğinden çift katman oluşturur Fosfolipid moleküllerinin şekli ve amfipatik doğası, sulu ortamlarda kendiliğinden çift katmanlar oluşturmalarına neden olur. Hidrofilik moleküller su molekülleri ile uygun elektrostatik etkileşimler veya hidrojen bağları oluşturabilen yüklü gruplar veya yüksüz polar gruplar içerdiklerinden suda kolayca çözünürler. Hidrofobik moleküller, aksine, suda çözünmezler çünkü atomlarının hemen hemen tamamı yüksüzdür ve polar değildir ve bu nedenle su molekülleri ile uygun etkileşimler oluşturamaz. Suya dağılırlarsa, bitişik su moleküllerini hidrofobik molekülü çevreleyen kafesler gibi yeniden düzenlemeye zorlarlar. Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 18 Lipid Çift katmanının akışkanlığı içeriğine bağlıdır Lipid çift katmanının akışkanlığı içeriğine ve sıcaklığına bağlıdır Çift bağlar, zincirleri bir arada paketlemeyi daha zor hale getirerek lipit çift tabakasının dondurulmasını zorlaştırır. Ek olarak, doymamış lipidlerin hidrokarbon zincirleri daha fazla yayıldığından, bunları içeren lipit çift katmanlar, yalnızca doymuş lipitlerden oluşan çift katmanlardan daha incedir. Kolesterol, lipit çift katmanlarının özelliklerini düzenler. Fosfolipidlerle karıştırıldığında, lipit çift tabakasının geçirgenlik özelliklerini arttırır. Dolayısıyla, kolesterol, hayvan hücre zarı akışkanlığının, geçirgenliğinin ve organizasyonunun temel bir belirleyicisidir. Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 19 Lipit Salları Spesifik membran proteinleri ve lipidlerin, özel membran bölgelerinin oluşumuna izin veren protein- protein etkileşimleriyle kolaylaştırılan daha geçici ve dinamik bir şekilde yoğunlaştığı görülmektedir. Bu bölgelere lipit salları denir. Hücre dışı sinyalleri hücre içi sinyallere dönüştürdüklerinde olduğu gibi, membran veziküllerinde taşıma veya protein topluluklarında birlikte çalışmak için membran proteinlerini organize etmeye ve konsantre etmeye yardımcı olurlar A model of a raft domain. Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 20 Lipit Çift tabakanın asimetrik olması fonksiyonel olarak önemlidir Çift katmandaki her iki tarafın yükünü etkiler Özellikle ektraselüler sinyallerin intrasellüler sinyallere dönüşmesinde önemlidir Hayvanlar, canlı ve ölü hücreleri ayırt etmek için plazma zarlarının fosfolipid asimetrisini kullanırlar. Hayvan hücreleri apoptoz geçirdiğinde, normalde plazma membranı lipit çift katmanının sitosolik (veya iç) tek katmanıyla sınırlı olan fosfatidilserin, hızla hücre dışı (veya dış) tek katmana geçer. Hücre yüzeyinde açığa çıkan fosfatidilserin, makrofajlar gibi komşu hücrelere, ölü hücreyi fagosite etmek ve sindirmek için sinyal verir. İnsan eritrosit hücrelerinin lipit çift tabakasındaki fosfolipidlerin ve glikolipidlerin asimetrik dağılımı. Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 21  Hücre zarı bileşenleri : Proteinler İntegral Proteinler: Lipid tabakası içine gömülü halde bulunurlar. -Periferal proteinler: Membran yüzeyine gevşek olarak bağlıdırlar. Fonksiyonları: -Hücre içine ve dışına moleküllerin taşınması (Transport kanalları) -Hücre-hücre tanınması ve etkileşimi -Hücrelerin sito sikeletona ve hücre dışı matrikse tutunması Hayvan hücresi plazma zarının modeli (kesit görüntüsü) -Sinyal iletimi -Enzimatik aktivite 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 22 Membran proteinleri farklı şekilde bulunabilir Çoğu membranı proteini memebranı farklı şekilde geçer (1) tek bir α helix, (2) çoklu α helixler, (3) katlanmış β sheet (a β barrel). (4) Bazıları ampifilik α helixle sitozol iç yüzeyine bağlanmıştır, (5) bazıları çiftkatmanın lipit zincirine kovalent olarak bağlanmıştır, (6) bazıları oligosakkaritlerle. (7, 8) Bazıları da membrandaki membran bağlı proteinlerle kolavalent olamayan interaksiyonlarla bağlanmıştır. Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 23 Bir çok membranın proteini glikozillenmiştir Hayvan hücrelerindeki çoğu membranın proteini glikozillenmiştir. Oligosakkarit zinciri daima membranın sitozolik olmayan kısmında bulunur. Çünkü ökaryotik hücrelerde çoğu plazma membranlarının dış yüzeyindeki proteinler glikozillenerek karbonhidratla kaplanmıştır. Glikokaliks terimi genelde hücre yüzeyindeki karabonhidrattan zengin bölgeyi tanımlar. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 24 Hücre zarı bileşenleri :Karbonhidratlar -Glikoprotein ve glikolipid yapısında bulunurlar. -Glikokaliks; Hücre zarının en dışında bulunan, karbonhidrat zincirlerinin meydana getirdiği yüzey örtüsüdür. -Membranın dış ortama bakan yüzeyine yerleşirler. -Hücre yüzeyine negatif yük verirler. -Hücre yüzeyine antijenik özellik kazandırırlar. -Hücrelerin birbirlerini tanımaları ve hücre adezyonunda rol alırlar. Hücre yüzeyinin karbonhidrat tabakası: Glikokaliks 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 25 Hücre zarının görevleri: Hücreye şekil vererek sınırlarını belirler, böylece hücre içini ve dışını birbirinden ayırır. Moleküllerin geçişinde seçici geçirgen özellik sağlayarak hücre bileşenlerini belirler. Yapısında bulunan pompa ve kanal proteinleri ile hücre içi molekül ve iyon konsantrasyonunu düzenler. Yapısında bulunan karbonhidratlar ve sinyal proteinleri ile dış ortam ve diğer hücrelerle etkileşir. 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 26 Zardaki taşıma olayları Maddelerin biyolojik zarlardan geçişiyle ilgili temel olarak iki farklı süreç vardır: A) Pasif taşıma: Enerji kullanmadan membrandan bir maddenin geçmesi –Basit difüzyon, –Kolaylaştırılmış difüzyon, –ozmos ve –filtrasyon B) Aktif taşıma: Düşük konsantrasyondan, yüksek konsantrasyona doğru enerji gerektiren taşınma şekilleridir. –Aktif Transport, –endositoz ve –ekzositoz 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 27 Kaynaklar; Goodman’ın Tıbbi Hücre Biyolojisi, Ankara Nobel Tıp Kitapevi, 2024 Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of The Cell, Sixth Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group, 2015. Sadava D.E., Hillis D.M., Heller H.C., Hecker S.D., Life: The Science of Biology, 11th Edition, W.H. Freeman, 2017. Lodish H., Berk A., Kaiser C.A., Krieger M., Bretscher A., Ploegh H., Amon A. Martin K.C. Molecular Cell Biology, Eighth Edition, 2016. David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry, Seventh Edition. W. H. Freeman and Company, 2017 Goodman's Medical Cell Biology, Academic Press, 2020 Cooper G. M., The Cell: A Molecular Approach 8th Edition, 2018 15/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 28