Organeller-3 PDF

LİZOZOM (LYSOSOME) Dr. Öğr. Üyesi Merve ERKISA GENEL Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji ABD LİZOZOM : Parçalayıcı bölmeler / İntihar Kesecikleri Lysis: Eritme; Soma: Vücut  LİZOZOM : Parçalayıcı bölmeler / İntihar Kesecikleri ▪ 1955 yılında Christian de Duve t...

LİZOZOM (LYSOSOME) Dr. Öğr. Üyesi Merve ERKISA GENEL Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji ABD LİZOZOM : Parçalayıcı bölmeler / İntihar Kesecikleri Lysis: Eritme; Soma: Vücut  LİZOZOM : Parçalayıcı bölmeler / İntihar Kesecikleri ▪ 1955 yılında Christian de Duve tarafından keşfedilmiştir. Duve, ayrıca, hücrenin önemli bileşenlerinden biri olan peroksizomları da keşfetmiştir. ▪ Hücrenin yapısal ve işlevsel organizasyonunun aydınlatılmasına yaptıkları katkılardan dolayı, 1974 yılı Nobel Tıp veya Fizyoloji Ödülü Albert Claude, George E. Palade ve Christian de Duve arasında paylaştırılmıştır.  Temizlik zamanı☺ ▪ Lizozomlar bütün ökaryotik hücrelerde bulunan, düzgün bir membranla sınırlı sitoplazmik organellerdir. ▪ Çekirdeği olan tüm hayvan hücrelerinde bulunan lizozomlar olağanüstü sindirim yeteneğine sahiptir: Hücredeki tüm yapıları sindirebilirler.  Lizozom zarı hücre zarına benzer: ▪ Ancak zarın lipid ve karbohidrat yapısında bazı farklılıklar vardır; iç kısmı da özel karbohidrat birimleriyle kaplı olduğu için asit ve enzimlerin olumsuz etkisinden korunur. ▪ Birkaç membran proteini lümendeki lizozomal proteazlardan korunmaları için glikolize edilirler. ▪ Membranın lipid yapısı farklılıklar gösterir. Fosfatidilkolin (PC) dominant lipiddir. Membran hücrenin geri kalanıyla sindirim enzimlerini ayıran koruyucu bir bariyer olarak işlev görür!  LİZOZOM : Parçalayıcı bölmeler / İntihar Kesecikleri ▪ Her hücrede çok sayıda (ortalama 300 kadar) lizozom bulunur. ▪ Lizozom 50’den fazla farklı enzim içerir. ▪ Bu enzimlerin özelliği asidik ortamda makromolekülleri parçalayabilmeleridir: ✓ Yani hepsi hidrolitik enzimlerdir ve optimal faaliyetlerini yaklaşık pH 4.6' da gösterirler. ✓ Canlı hücrelerde bu enzimler; proteazlar, fosfolipazlar, fosfatazlar, lipazlar, glikozidazlar, sülfatazlar, nükleazlar (RNAaz, DNAaz) vb. Lizozomlar iç ortamlarındaki pH düzeyini sitoplazmaya göre düşük tutmayı nasıl başarır? Lizozomlar kendi iç pH düzeylerini düşük tutabilmek için özel pompalar kullanır. Lizozom zarında bulunan bu pompalar sitoplazmadan lizozom içine proton (hidrojen iyonu, H+) pompalayarak pH değerini düşük tutmaya çalışır. Bu süreçte ATP harcanır. Lizozomlar iç ortamlarındaki pH düzeyini sitoplazmaya göre düşük tutmayı nasıl başarır?  Hücreler Lizozomlara Neden İhtiyaç Duyarlar ? ▪ Sentez kadar yıkım da yaşamsal bir olaydır. ▪ Hücre içi proteinlerin çoğu, hücrenin yaşam süresine göre daha kısa ömürlüdür: ✓ Görevleri tamamlanan, yanlış sentezlenen, normal işlevleri sırasında hasar gören proteinlerin yıkılması (temel yapıtaşlarına ayrıştırılması) gerekir. ✓ Bu proteinler genellikle lizozomlar yerine hücre içinde, özel protein yıkım birimleri olan ubikuitin proteozom sisteminde yıkılır. ▪ Uzun ömürlü proteinler, zar proteinleri ve hücre dışı proteinler ise lizozomlarda yıkılır. ✓ Hücrede sadece proteinler yıkılmaz; karbohidratlar, lipidler, nükleik asitler gibi büyük moleküller, hücrenin organelleri, hücrelerarası ölü doku parçacıkları ve mikroorganizmalar da lizozomlarda yıkılır.  Ubikuitin Proteozom Sistemi ▪ Yanlış katlanmış proteinlerde ilk savunma hattı (UPS) ▪ Ubikitin (Ubi), proteinlerle esas olarak lizin kalıntılarıyla konjuge olab 76 amino asitlik iyi korumuş ökaryotik bir peptittir. ▪ Yanlış katlanmış proteinler ve kısa ömürlü proteinlerin UPS’e bağlı bozunması, şaperonların ve übikitin ligazın, substratların yüzeyinde açığa çıkan hidrofobik kalıntılar ve uygun olmayan disülfid bağları gibi katlanmalardaki anormallikleri fark etmeleri ile başlamaktadır. ▪ UPS’deki protein bozunmasına yaklaşık 500-1000 proteinden oluşan bir enzimatik reaksiyon eşik eder. Proteozom holoenzimleri, birkaç ubikitin ligaz enzimi ve çok çeşitli deubikitinasyon enzimleri olmak üzere 3 ana bileşen bu sürece eşik eder.  Lizozom enzimleri GER’da üretildikten sonra golgi kompleksine gönderilir. ▪ Golgi kompleksinde proteinler gidecekleri yere göre paketlenir ve öyle gönderilir: ✓ Lizozom enzimleri golgide mannoz 6-fosfat adlı bileşik ile işaretlenir. ✓ Golgi kompleksinden lizozoma gidecek vezikülde, mannoz 6-fosfat reseptörü bulunur, dolayısıyla, bu veziküle sadece mannoz 6-fosfat taşıyan proteinler alınır. Mannoz 6 fosfat (M6P) Reseptörü: Lizozomal proteinlerin kimlik kazanması Lizozomal enzimler ve lizozom membranına ait proteinler GER’ye bağlı ribozomlarda sentezlenirler. Golgi kompleksi boyunca ilerlerken glikozilasyona uğrarlar. Golgi’de cis sisterna içerisinde fosforillenerek, mannoz-6- fosfat (M6P) eklenir. Trans Golgi membranında M6P reseptörleri bulunur. Bu reseptörler lizozomlara ait proteinlerdeki M6P yapılarını tanıyarak bir cep içinde sadece lizozomal enzimlerin toplanmalarını sağlar. Trans Golgi’deki sisternaların ucunda yoğunlaşan proteinleri içeren cep tomurcuklanarak ayrılır. Trans Golgi’den klatrin kaplı veziküller ile ayrılırlar. Lizozom içindeki asidik ortam lizozomal enzimlerin reseptörden ayrılmasını sağlar. Kargosunu boşaltan M6P reseptörleri veziküller şeklinde ayrılarak tekrar kullanılmak üzere Golgi’ye geri döner.  Endositoz ve Lizozomlar Lizozomlara yıkılmak üzere hem hücre içinden hem de hücre dışından maddeler gelir. Özellikle hücre dışı maddelerin yıkımı önemli bir yer tutar. Yıkılacak maddeler hücre içine endositoz ile alınır: ✓ Bu amaçla hücre zarının belirli bir kısmı hücreye alınacak maddeleri sararak cep şeklinde içe doğru tomurcuklanır; bu yapı hücre zarından kopar. ENDOZOM Endozomların görevi, dışarıdan aldıkları maddeleri lizozomlara aktarmaktır. Ancak endozomlar lizozomlarla kaynaşmadan önce pek çok işlemden geçer. Çünkü lizozomlar hücreye yeni alınan ve işlenmemiş endozomlarla kaynaşmaz. Yeni endozomlar öncelikle golgi kompleksinden gelen ve lizozom enzimleri taşıyan vezikülle (primer lizozom) kaynaşır. Endozomlarda görevli proteinlerin, yıkılacak proteinlerden ayırt edilip geri gönderilmesi çok önemlidir : Nasıl ayırım yapar? ▪ Endozom içi pH kademeli olarak düşürülür: ✓ pH düşürülmeye başlandığında görevli proteinler (Örn: mannoz 6-fosfat reseptörleri) de ayrılmaya başlar. ▪ Olgunlaşan endozom, lizozomla kaynaşarak endolizozom adını alır. ▪ Yıkımın devam ettiği endolizozomlar sonuçta içinde yavaş yıkılan molekülllerin kaldığı olgun lizozoma dönüşür. ▪ Lizozomlar, farklı organellerden oluşan heterojen bir koleksiyon ! Lizozomlar sadece endozomların değil gerektiğinde hücre içi organellerin yıkımını da sağlar. Hücre içi organellerin yıkımı yani hücrenin kendini yemesi «otofaji» olarak bilinir. ▪ Hücre içi organellerin ve büyük moleküllerin lizozomlarda parçalanmasını sağlayan bir mekanizmadır. ✓ Hücredeki organeller belli bir süre sonra işlevselliklerini ve dolayısıyla verimliliklerini yitirmeye başlar. ✓ Örneğin karaciğer hücrelerindeki mitokondrilerinin ortalama yaşam süresi 10 gündür ve 10 gün sonra lizozom tarafından yıkılırlar.  OTOFAJİ 2016 Nobel Tıp Ödülü, otofaji alanındaki çalışmaları nedeniyle Japon bilim insanı Yoshinori Ohsumi'ye verildi.  Otofaji: Bir Hücresel Stres Yanıtı ve Ölüm Mekanizması “Self-eating” Otofaji, hücre içi makro moleküllerin ve organellerin bir kesecik içine alınarak lizozomlara yönlendirilmesi ve lizozomla birleşerek burada parçalanmasına yol açan bir mekanizmadır. Kısa ömürlü proteinlerin ubikitin-proteozom sisteminde parçalanmasına karşın, uzun ömürlü proteinler ve hücre içi organeller otofaji sistemi tarafından parçalanırlar ve oluşan yapı taşları (Örn. aminoasitler) hücre kullanımı için yeniden kazandırılırlar.  Otofaji: Bir Hücresel Stres Yanıtı ve Ölüm Mekanizması “Auto&phagy” Son on yılda yapılan çalışmalar ise otofajinin; metabolizmanın düzenlenmesi, morfogenezis, hücre farklılaşması, yaşlanma, hücre ölümü ve bağışıklık sistemin bir parçası olarak hücre içi patojenlerin yıkımında da etkili bir rol oynadığını ortaya koymuştur. Otofaji: Bir Hücresel Stres Yanıtı ve Ölüm Mekanizması “Auto&phagy” Otofaji → hücresel içeriği otofagozom (çift zarlı vezikül ) tarafından saklanan ve degredasyonu lizozomal olarak yapılan katabolik bir süreçtir. Hücre içi yapılar için; - alternatif kaynak - enerji üretimine substrat sağlamaktır. Otofaji sadece işlevlerini kaybetmeye başlayan organellerin yenilenmesi için değil aynı zamanda açlık döneminde, özellikle de hücredeki amino asit miktarı belli bir düzeyin altına düştüğünde, hücrenin ayakta kalabilmesi için gereksinim duyduğu besin maddelerinin karşılanabilmesi için de önemli bir kaynak sağlar. HÜCREDE HAYATTA KALMA (SURVIVAL) MEKANİZMASI Otofaji: Bir Hücresel Stres Yanıtı ve Ölüm Mekanizması Ayrıca araştırmalar, otofaji anormalliklerinin, kanser, enfeksiyon hastalıkları ve nörodejeneratif hastalıklar gibi önemli sağlık sorunlarının da nedenleri arasında yer aldığını göstermektedir.  Otofaji: Bir Hücresel Stres Yanıtı ve Ölüm Mekanizması Otofaji; makrootofaji, mikrootofaji ve şaperon aracılıklı otofaji şeklinde en az üç farklı mekanizma ile gerçekleşmektedir. Bunlardan makrootofaji, pek çok hücrede bazal düzeyde oluşmakta, protein parçalarının ve hasar görmüş organellerin parçalanmasında en önemli rolü üstlenmektedir. Mikrootofaji, lizozom membranın içe çökmesi ile sitoplazmanın lizozom tarafından doğrudan yenilmesi ve içeriğinin lizozom içinde hazmedilmesidir. Şaperon aracılıklı otofaji ise KFERQ motifli proteinlerin lizozom zarına seçiçi biçimde taşınmasını sağlamaktadır.  Makrootofaji 1. İndüksiyon Açlık, düşük enerji seviyesi, hipoksi, düşük hormon seviyesi gibi çeşitli stres koşulları 2. Otofagzom formasyonu (Atg (Autophagy-related proteins) proteinleri, Beclin-1, LC3A/B ) 3. Vezikül füzyonu (autophagolysosome, otofagolizozom) ve otofagazom bozulması Autophagosome-lysosome fusion (LAMP2 and small GTPase Rab7) 4. Degredasyon Asit hidrolazlar tarafında kargolar degredasyona uğrar. (cathepsins) Meléndez A, Levine B. Autophagy in C. elegans. In: WormBook: The Online Review of C. elegans Biology, 2005-2018.  Devamı hücre ölümü dersinde devam edecek☺  Yıkım ürünleri nereye gidiyor? Lizozomlarda makromoleküllerin yıkımıyla elde edilen temel yapıtaşları sitoplazmaya geçerek hücrede yeni moleküllerin sentezinde kullanılır : Geri dönüşüm ünitesi ▪ Yıkım sonucu elde edilen tüm ürünlerin yeniden hücrenin kullanımına sunulması: ✓ Bu maddelerin lizozom dışına çıkışı sızma yoluyla veya lizozomun parçalanmasıyla değil lizozom zarında bulunan özel taşıyıcı proteinlerle gerçekleşir : Kontrollü geri dönüşüm PEROKSİZOM (PEROXISOME)  PEROKSİZOM : Microbody ▪ Yaklaşık 0,5 µm çapında, küre biçimli ▪ Diğer hücre içi organeller gibi bir zarla çevrilmiştir. ▪ Çekirdeği olan tüm hücrelerde bulunur. ▪ Büyüklükleri iş yüküne göre değişiyor. Örneğin şekerle beslenen maya mantarlarında peroksizomlar küçük iken, aynı maya mantarları metanol ile beslendiklerinde peroksizomların büyüdüğü gözlenmiştir. Değişen ortamlara mükemmel uyum sağlarlar.  PEROKSİZOM : Microbody ▪ Mitokondri gibi oksijen kullanan organeldir. Ancak ATP sentezi yapmazlar. ▪ Peroksizomun esas görevi spesifik organik substratları okside etmektir. ▪ Peroksizomlar ~50 farklı enzim içerirler. Enzim içerikleri hücre tipine göre değişkenlik gösterir. ✓ Oksidasyon reaksiyonlarında görevli enzimler ✓ Peroksizom proteinlerinin %40’ını katalaz oluşturur ! ✓ Katalaz; peroksizomlarda yağ asitlerinin oksidasyonu sonucu oluşan hidrojen peroksiti su ve oksijene parçalar.  PEROKSİZOM : Microbody ▪ Peroksizomal proteinler = Peroksinler ✓ 23 farklı protein nuklear genomdan sentezlenirler. ▪ Peroksizomal proteinler sitozolde serbest ribozomlarda yapılırlar, mevcut veya yeni oluşmuş peroksizomlara katılırlar. ▪ Peroksizom proteinleri sitozoldan seçici bir şekilde içeriye alınırlar: ✓ Her bir protein kendilerini peroksizomlara yönlendien peroksizom hedef (targeting) sinyaline (PTS) sahiptir. ▪ Peroksizom zarında madde alış verişi ile ilgili çok sayıda protein bulunur: ✓ Bunlar işlenecek maddelerin peroksizomlara alınmasını, işlenmiş ürünlerin de dışarıya verilmesini sağlar.  PEROKSİZOM : Microbody Pex5, PTS1 (C-terminal peroksizom hedefleme sinyali) taşıyan proteinleri peroksizomlara taşır.  PEROKSİZOM : Microbody ▪ Yeni peroksizomlar bölünerek oluşabilir: ✓ Mitokondriler ile birlikte ve aynı zamanda bölünüyorlar. ✓ Çünkü bölünmede görev alan bazı proteinler her iki organelde de ortaktır. ▪ Endoplazmik retikulum zarından kopma sonucu da oluşabiliyorlar.  PEROKSİZOM : Microbody Peroksizom işlevleri açısından en geniş çeşitliliğe sahip organellerden biridir: ▪ Detoksifikasyon ✓ Alkol ve diğer zararlı maddeleri detoksifiye ederler. ✓ Taşıdıkları enzimler peroksitlerin toksik etkilerini ortadan kaldırır. ▪ Oksijen kullanımı ▪ Fazla yağ asitlerinin kırılması ▪ Oksidatif stresin düzenlenmesi ▪ Lipid biyosentezi (Kolesterol ve safra asitlerinin sentezi)  Reaktif Oksijen Türlerinin (ROS) Detoksifikasyonu: Peroksizomlar, hidrojen peroksit gibi reaktif oksijen türlerini (ROS) parçalamak için katalaz enzimi gibi enzimler içerir. Bu, hücredeki oksidatif stresi azaltmaya yardımcı olur. Detoksifikasyon, hem endoplazmik retikulumda hem de peroksizomlarda gerçekleşir. ER, genellikle ilaç metabolizması ve kimyasal dönüşümlerle ilişkilidir. Peroksizomlar ise reaktif oksijen türlerinin detoksifikasyonu ve yağ asidi oksidasyonu gibi süreçlerde rol oynar.  PEROKSİZOM : Microbody Yağ Asitlerinin Yıkımı (β-oksidasyon) ▪ Memeli hücrelerinde β-oksidasyon hem mitokondri hem de peroksizomlarda gerçekleşir: ✓ Mitokondrideki yollar ile 20 karbona kadar olan yağ asitleri yıkılabilir. ✓ Peroksizomlar yağ asitlerinin farklı özellikteki kuyruk kısmını yeniden şekillendirir ve onları kısaltarak mitokondrilerin kabul edeceği bir hale getirir. Ardından bunları mitokondriye gönderir. ▪ β-oksidasyon maya ve bitki hücrelerinde sadece peroksizomlarda yapılır. MAVİ EKRANNNNNNNN!!! Beta-oksidasyon da ne demek hocam☺ Yine aşırı bilimsel konuştunuz dememeniz için ☺ Yağ asitlerinin mitokondride 2 karbonlu ünitelere parçalanarak katabolize edildiği, enerji ihtiyacının karşılanmasında çok önemli olan bir ana metabolik yoldur. Peroksizom işlevsel olarak bazı açılardan mitokondriye benzer ; yapısal olarak çok farklıdır. ✓ Öncelikle mitokondriden farklı olarak tek zarla çevrilidir. ✓ Mitokondri gibi kendi genetik malzemesi ve protein sentezleyen üniteleri yoktur. ✓ Yapısal proteinleri için gerekli tüm bilgi hücrenin çekirdeğindeki genlerde saklıdır.  PEROKSİZOM : Microbody Serbest Oksijen Radikalleri ve Peroksizomlar ▪ Moleküler oksijeni kullanarak bazı organik bileşiklerden hidrojen alır ve hidrojen peroksit (H2O2) sentezler. Organelin ismi buradan gelir. ▪ Peroksizom bu bileşiği kullanarak dışardan gelen başka zararlı bileşikleri etkisiz hale getirir: ✓ Ancak hidrojen peroksit zararlı bir bileşiktir. Bu nedenle fazla üretildiğinde veya kullanılmadığında mutlaka ortamdan uzaklaştırılmalıdır. ▪ Peroksizom hidrojen peroksidi sentezleyen enzimleri içerdiği gibi yıkan enzimleri de içerir. ▪ Peroksizomda yağ asitlerinin yıkımı sırasında da H2O2 açığa çıkar. Açığa çıkan H2O2 katalaz adlı enzim tarafından hemen etkisiz hale getirilir. Çivi çiviyi söker mi? Aslında hidrojen peroksit çok zararlı bir bileşiktir. Fakat peroksizom bunu hücreye zarar versin diye sentezlemez. Tam tersine, “çivi çiviyi söker” dedikleri gibi, peroksizom bu bileşiği kullanarak dışardan gelen başka zararlı bileşikleri etkisiz hale getirir. Peroksizomlar apoptoz, hücre yaşlanması ve karsinogenezde oksidatif streste düzenleyici fonksiyonların dolayı önemli role sahiptirler.  PEROKSİZOM : Microbody Yağlardan Şeker Sentezi ▪ Bitkilerin, özellikle tohumların çimlenme döneminde, henüz fotosentez yapılmadığı için glukoza ihtiyacı vardır : Bu durumda peroksizomların özel bir tipi olan glioksizomlar devreye girer. ▪ Çimlenme döneminde bitki tohumları glioksalat döngüsü olarak da bilinen özel tepkimelerle yağlardan şeker sentezini gerçekleştirir. ✓ Glioksalat döngüsü her zaman etkin değildir, çimlenme döneminde etkinleşir. ✓ Bitki fotosentezle glikoz sentezlemeye başlayıncaya kadar bu döngü geçici olarak devreye girer ve glukoz kaynağını oluşturur.  PEROKSİZOM : Microbody Asetat ve yağ asitlerinin karbonhidratlara dönüştürülmesinde önemli bir rol oynayan bir biyokimyasal döngüdür.  Merak edenler için☺ Bitkilerde, bazı omurgasızlarda, E.coli ve maya gibi bazı mikroorganizmalarda asetatın - hem yüksek enerji kaynağı olarak - hem de karbonhidrat sentezi için fosfoenolpirüvat kaynağı olarak görev görmesi önemlidir. Bu organizmalar, asetatı oksaloasetata dönüştüren, glioksilat döngüsü denen bir döngüye sahiptirler. Glioksilat döngüsünde izositrat, izositrat liyaz vasıtasıyla süksinat ve glioksilata yıkılır; daha sonra glioksilat, malat sentaz tarafından katalizlenen bir reaksiyonda malat oluşturmak üzere asetil-CoA ile kondense olur. Bir lizozomal depo hastalığı: Gaucher Lipitleri parçalayan enzimlerin üretilmesinden sorumlu olan GBA genindeki mutasyonlar bu durumun ortaya çıkmasına neden olur. Bunun sonucunda beta glukoserobrozidaz enzimi az üretilir veya hiç üretilemez. Vücutta bulunan lipitler parçalanamadığı zaman biriken yağ dolu Gaucher hücreleri, dalak ve karaciğer gibi hayati öneme sahip organlarda birikerek çeşitli sistemik rahatsızlıklara neden olabilir. Tay sach hastalığı Tay-Sachs hastalığı, genetik bir nörolojik bozukluktur ve özellikle beyin ile omurilikteki sinir hücrelerini etkileyen bir lizozomal depolama hastalığıdır. Tay-Sachs, Hex-A enzimi (Hekzoaminidaz- A(HexA)) olarak bilinen bir enzim eksikliği nedeniyle meydana gelir. Bu enzim, gangliosid adı verilen bir yağ asidinin (GM2 gangliosid) parçalanmasında kritik bir rol oynar. Belirtileri genellikle bebeklik döneminde başlar ve hastalık ilerleyici bir seyir izler. Henüz kesin bir tedavi bulunmamakla birlikte, semptomları yönetmeye yönelik destekleyici bakım sağlanmaktadır. Muayenede, gözde makulada, kiraz kırmızısı renginde “Cherry-red spot” nokta görünümü olup, ilerleyen dönemde bu bölgede küçülme ile kademeli olarak tamamen körlük gelişir. GOLGİ İLİŞKİLİ HASTALIKLAR   Kistik fibrozis, genetik bir hastalıktır ve CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) genindeki mutasyonlardan kaynaklanır. Bu hastalık, vücuttaki mukus ve diğer sıvıların yapısını ve dengesini etkiler, bu da çeşitli organ sistemlerinde sorunlara yol açar. Kistik fibrozis genellikle solunum sistemi, sindirim sistemi ve üreme organlarını etkiler. Kistik fibrozis hastalarında, CFTR proteininin Golgi aygıtında birikmesi, normal işlevini yerine getirmesini engeller. Bu, hücrelerin su ve tuz dengesinin bozulmasına neden olur, bu da kalın ve yapışkan mukus oluşumuna yol açar.