Organeller ve Yapısal Özellikleri PDF

ORGANELLER VE YAPISAL ÖZELLİKLERİ Arş.Gör. Dr. Tuğcan KORAK Kocaeli Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji AD.  ÖĞRENİM HEDEFLERİ P RO K A RY O T V E Ö K A RY O T H Ü CRE FA RK L I L IKL A RI ORGANELLER VE GÖREVLERİ O R G A N E L L E R V E H A S TA...

ORGANELLER VE YAPISAL ÖZELLİKLERİ Arş.Gör. Dr. Tuğcan KORAK Kocaeli Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji AD.  ÖĞRENİM HEDEFLERİ P RO K A RY O T V E Ö K A RY O T H Ü CRE FA RK L I L IKL A RI ORGANELLER VE GÖREVLERİ O R G A N E L L E R V E H A S TA L I K İ L İ Ş K İ L E R İ  HÜCRE 1- Canlıların temel yapı ve işlevsel birimidir 2- Bütün canlılar bir yada daha fazla hücreden meydana gelmiştir. Canlılığın en büyük özelliklerinden birisi hücresel yapıya sahip olmalarıdır. 3- Kalıtım materyali hücre içinde bulunur. 4- Yeni hücreler var olan hücrelerin çoğalması ile oluşur. 5- Canlılarda hayatsal olaylar hücre içinde gerçekleşir.  HÜCRE Modern Hücre Teorisine göre Canlılarda gördüğümüz her türlü yapısal ve işlevsel faaliyeti hücrede görebiliriz. Yani bir hücre büyüme, boşaltım, üreme, hareket gibi, canlılığa özel işlevleri tek başına yerine getirebilir. Hücreler, basit bir tanımla zar içerisindeki sitoplazma ve genetik bilgiyi çevreleyen bir çekirdekten meydana gelir ve ancak mikroskop yardımı ile görülebilirler.  PROKARYOT HÜCRE Hücreler çekirdek yapılarına göre iki grupta incelenir 1- Prokaryot Hücre Çekirdek zarı ve zarlı organelleri yoktur. Genetik materyal (DNA) sitoplazmaya dağılmıştır. Sadece ribozom organeli bulundururlar Hücre çeperleri vardır Örn: Bakteri ve mavi-yeşil algler  ÖKARYOT HÜCRE 1- Ökaryot Hücre Çekirdek zarı ile çevrilmiş bir çekirdek ve sitoplazmadan oluşurlar. Üstlenecekleri özel görevlere göre farklılaşarak özel şekiller alırlar ve buna göre yapılarında farklılık görülür. Ökaryot hücreler kas ve sinir hücreleri gibi çok farklılaşabilirler veya üreme hücreleri, embriyonik blastomerler gibi çok az farklılaşabilirler. Ayrıca epitel ve bağ dokusu hücreleri gibi nisbeten basit olabilirler. PROKARYOT VE ÖKARYOT HÜCRE FARKLILIKLARI  PROKARYOT VE ÖKARYOT HÜCRE FARKLILIKLARI Hücre büyüklüğü 10-100 Hücre büyüklüğü 1-10 mikrondur. mikrondur. Genellikle çok hücrelidir Genellikle tek, nadiren (doku organ ve sistemler çok hücrelidir. gelişmiştir). Kromozomları halkasal Kromozomları düz yapıdadır. yapıdadır. DNA sitoplazmada DNA çekirdek içinde ve serbest haldedir. bazı organellerdedir.  ÖKARYOT HÜCRE-SİTOPLAZMA Sitoplazma iki kısma ayrılır; 1- Sıvı Kısım 2-Organeller  SİTOPLAZMA Sitoplazma iki kısma ayrılır; Hücre zarı ile çekirdek zarı arasında kalan hücre 1- Sıvı Kısım bölümünü kaplayan homojen nitelikte ve devamlı değişim halindeki eriyiktir. Büyük oranda sudan ibaret olduğu halde ne sıvı ne de katı özellik gösterir yani kolloidal (yarı sıvı) yapıdadır. İnorganik maddeler: iyon, tuz, asit, bazlar. Organik maddeler: protein, yağ, karbonhidrat, hormonlar %60-95 arası değişen miktarda sudan oluşmaktadır. İçerisinde organelleri barındırır. Görevi: 1-Biyokimyasal reaksiyonlar için zemin oluşturmak 2- Organellere yataklık etmek ve hareketini sağlamak  ORGANELLER Sitoplazma iki kısma ayrılır; 2-Organeller Temel hücresel olayların gerçekleştirildiği birimlerdir. Hücre hayatsal faaliyetlerini gerçekleştirebilmesi için bu organellere ihtiyaç duyar Hayvan ve bitki hücresinde farklılık gösterebilir.  ORGANELLER 2-Organeller Sitoplazma içinde bulunan organeller şunlardır: Ribozom Endoplazmik retikulum Golgi aygıtı (cisimciği) Lizozom Mitokondri Peroksizomlar Koful Sentrozom RİBOZOM  RİBOZOM RİBOZOM Hücrenin protein üretim yeridir. Temel görevi protein sentezi sırasında mRNA daki bilginin özgün amino asit dizisine çevirmektir Bütün hücrelerde bulunur (virüsler hariç) Çekirdekçikte üretilir. Zarsız bir organeldir. Stoplazmada serbest olarak, endoplazmik retikulum üzerinde, mitokondri ve kloroplast içinde bulunur. Ribozomlar hücre içinde çeşitli bölgelerde bulunmakla beraber ribozomun lokasyonu hücrenin işlevine bağlı olarak değişebilir.  RİBOZOM RİBOZOM RİBOZOM = PROTEİN +RNA’dan oluşur. Büyük ve küçük alt birimlerden oluşurlar. Bu alt birimler nükleolusta (çekirdekçik)’te üretilir ve nükleus (çekirdek) zarındaki porlardan sitozole (sitoplazmanın sıvı kısmı) geçerler. Protein sentezi olmadığı zamanlar alt birimler birbirinden ayrı dururlar.  RİBOZOM RİBOZOM Prokaryotlardaki ribozomlar 70 S olup büyük alt birim 50S, küçük alt birim 30Sdir. Ökaryot ribozomlar 80 S olup alt birimlerden büyük olanı 60S, küçük olanı 40S’dir. Prokaryotlarda 3, ökaryotlarda 4 rRNA molekülünün oluşturduğu karmaşık yapılardır. (S= Svedberg birimi olup molekülün büyüklüğüne göre ultrasantrifüjdeki çökme hızıdır.)  RİBOZOM RİBOZOM Protein sentezi sırasında küçük alt birim tabanıyla mRNA’ya bağlanır. Bunun da karşısına büyük alt birim gelerek ribozom son şeklini alır. Bu olayda Mg2+ iyonları da rol oynar.  RİBOZOM RİBOZOM Hücre içinde iki şekilde bulunurlar: A) Serbest ribozomlar B) Bağlı ribozomlar ER bağlı ribozomlar Serbest ribozomlar  RİBOZOM RİBOZOM A) Serbest ribozomlar Sitozolde bulunurlar. Tek bir ribozom veya poliribozom grupları şekilde bulunabilirler. Üretilen protein hücre içinde kalacak ise (hücre dışına veya hedefe taşınmayacak ise)bağlı ribozomdan daha fazla bulunurlar. Sitoplazma sıvısında bulunan proteinlerin/ sitoplazmik yapısal proteinlerin sentezinden sorumludurlar.  RİBOZOM RİBOZOM A) Bağlı ribozomlar Endoplazmik retikulum (ER)’nin dış yüzeyinde bağlı olarak bulunurlar Üretilen proteinin salgılandığı hücrelerde serbest ribozomlardan daha fazla bulunurlar. Membran yapısında yer alan proteinlerin, sitoplazmada vezikül içinde depolanacak proteinlerin yada hücre dışına salgılanacak proteinlerin sentezinden sorumludurlar.  RİBOZOM RİBOZOM A) Bağlı ribozomlar ER bağlı ribozomlar tarafından sentezlenen proteinler ER’nin kesecikli yapıları olan sisternalara geçerek hücre içi bölgelere (Örn: Golgi) ve orada çeşitli modifikasyonlardan sonra hücre dışına iletilirler (Örn: Sindirim enzimleri gibi) ENDOPLAZMİK RETİKULUM  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Hücre membranının sitoplazma içinde devamı olan hücre zarı ile nükleus zarı arasında uzanan ince kanalcık ve keseciklerden yapılmış zar sistemine Endoplazmik Retikulum (ER) denir. Bir hücrenin toplam membranının yarısından fazlasını oluşturan ER membran sistemi hücre içinde her yöne dallanarak sitosolün her tarafına uzanan yassılaşmış keseler, dallanmış tubullerle labirent şeklinde bir ağ oluşturur.  ENDOPLAZMİK RETİKULUM ER membranı genellikle nukleus ve golgi aygıtı arasında yer alır. Memelilerde eritrosit ve trombositler hariç tüm hücrelerde bulunmaktadır.  ENDOPLAZMİK RETİKULUM ER dış nukleus zarının devamı olarak sürekliliğini sağlar. ER membranı arasındaki boşluk lümen olarak adlandırılır. TEMEL GÖREVLERİ 1.Protein ve Lipid Sentezi 2.Hücre İçi Madde Taşınması 3.Kalsiyum Depolama ve detoksifikasyon  ENDOPLAZMİK RETİKULUM ER üzerinde granüller şeklinde ribozom taneciklerinin bulunup bulunmamasına göre iki tiptir: Üzerinde ribozom olanlar granüllü endoplazmik retikulum (GER), Ribozom olmayanlar granülsüz (düz yüzlü-düz) endoplazmik retikulum (DER) adını alır.  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Granüllü endoplazmik retilulum (GER) GER’in asıl işlevi protein sentezi ve işlenmesidir. Aynı zamanda, hücre organellerinin çoğunun lipit kısımlarının senteziyle de ilgilidir. GER’e ait kanalcık ve keseciklerin sitozole bakan yüzeylerinde aralıklarla oturmuş ribozom ve polizomlar (çok adet ribozom) bulunur Polizomdakiler de dahil, tüm ribozomlar keseciklerin yüzeylerine büyük olan üniteleri aracılığı ile bağlanırlar.  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Granüllü endoplazmik retilulum (GER) GER boşluklarında görülen ve değişik türlerde olan proteinler membranların yüzeylerindeki bu ribozom ve polizomlar tarafından sentezlenirler. Yapılan proteinlerin büyük çoğunluğu retikuluma ait keseciklerin boşluklarına geçer ve burada globüler biçim kazanırlar.  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Boşluklara geçen proteinler burada tekrar modifikasyona uğrar ve daha yüksek/ileri boyutlu olan proteinlere dönüştürülürler  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Proteinlerden bir bölümü kesecikler tarafından Golgi bölgesine iletilir. Golgi’de bazı maddeler eklenerek olgunlaşması sağlanır. Golgi’ye gelen homojen proteinler çoğu hücrelerde granül haline dönüştürülür. Hücreden dışarı verilecek olanlar hücre yüzeyine gönderilir.  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Düz endoplazmik retilulum (DER) Membranları üzerinde ribozomlar bulunmaz. Sisternaları tübüler şekildedir. DER GER  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Düz endoplazmik retilulum (DER) Membranları granüllü endoplazma retikulumundan meydana geldiği için devamlılık gösterir.  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Düz endoplazmik retilulum (DER) Her hücrede az yada çok miktarda bulunabilir. Karaciğer epitel hücreleri,yağ bezleri ve kas hücrelerinde gelişmiş olarak bulunur. Steroid hormon salgılayan hücreler DER yönünden zengindir (Örn: testis,ovaryum,böbreküstü bezleri).  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Düz endoplazmik retilulum (DER) Midenin asit salgılayan hücrelerinde asit salgılamayla ilgili olarak iyi gelişir. Kolesterol, safra yapımı, zehirli maddelerin yok edilmeleri ve glikojenin değişim metabolizmasında rol alır. En önemli görevi; yağ asitlerini ve lipidleri sentezlemektir. Steroid hormon salgılayan hücreler DER yönünden zengindir (testis,ovaryum,böbreküstü bezleri). Çizgili kas hücresinde sarkoplazmik retikulum olarak bilinir ve kasılma ve gevşemede rol alır. Yağda eriyen ilaçların parçalanmasında (detoksifikasyon) görev alan enzimler içerir.  ENDOPLAZMİK RETİKULUM Düz endoplazmik retilulum (DER) Steroid salgılayan hücrelerde DER sitoplazmanın büyük kısmını oluşturur. GOLGİ AYGITI  GOLGİ AYGITI Granülsüz ER’a benzeyen düz ince kanalcık veya kompleks kesecikler halindedir. Organel yapısının heterojen oluşu nedeniyle “Golgi kompleksi, Golgi elemanı, Golgi Aparatı” gibi isimler verilir. Ribozom içermez.  GOLGİ AYGITI Golgi Aygıtının Organizasyonu Lipid membran ile kaplı, 3-20 adet düz, üst üste yığılmış keseye benzer sisterna adı verilen yapılardan oluşur. Hücredeki sayıları, hücre tipine bağlı olarak bir kaç tane ile yüzlerce arasında değişir. Nükleus ve sentrozom yakınına yerleşmiştir. Büyüklüğü, hücre tiplerine göre değişkenlik gösterir. Örneğin, sinir ve salgı hücrelerinde büyük; kas ve epidermis hücrelerinde küçüktür.  GOLGİ AYGITI Golgi aygıtı çok “polar”dır. Bir uçtaki membran yapı, bileşenleri ve kalınlık bakımından diğer uçtakinden farklıdır. Bu nedenle bir uç “alıcı” diğer uç “gönderici” rolü oynar. Alıcı bölüm ER ile yakın ilişkidedir (cis bölgesi). Gönderici bölge (trans bölgesi) ise hücrenin diğer bölmelerine yollanacak materyali taşıyan veziküllerin oluşumundan sorumludur.  GOLGİ AYGITI cis yüzü (cis-Golgi) = giriş veya oluşum yüzü. trans yüzü (trans-Golgi)= çıkış yüzü, olgunlaşma yüzü. İkisinin arasında da orta parça (medial-Golgi) bulunur.  GOLGİ AYGITI Cis-Golgi, GER ile yakın ilişkide olan kısımdır. Transport vezikülü ile cis-golgi yüzündeki sisterna membranları kaynaşır ve vezikül içerikleri Golgi’ye boşaltılır.  GOLGİ AYGITI ER’den gelen proteinler, ER-Golgi ara kompartımanına taşınır (ERGIC) ve ardından cis-Golgi bölümüne giriş yapar. Burada protein, lipid ve polisakkaritlerin modifikasyonu başlar. Daha ileri modifikasyonlar için Medial-golgi kompartmanları boyunca ilerledikten sonra, Trans Golgi bölümüne hareket ederler. Trans-golgi, bir sınıflandırma ve dağıtma merkezi olarak işlev görür.  GOLGİ AYGITI GER Protein Sentezi Farklı işleme ve sıralama olayları, Lizozomal proteinlerdeki Golgi kompleksinin oligosakkaritlerin fosforillenmesi farklı bölgeleri içerisinde, sıralı bir Mannoz çıkarılması biçimde gerçekleşir ve her golgi Mannoz çıkarılması sisternasının farklı bölgesinde spesifik N-asetil-glukozamin eklenmesi proteinler işlenir. Galaktoz eklenmesi N-asetil-nuraminik-asid (NANA) eklenmesi  GOLGİ AYGITI ER’de üretilen proteinler ve lipidler, golgi içerisinden geçerken modifiye edilirler ve hücre içerisindeki nihai varış noktalarına taşınmak için sınıflandırılırlar. !! Golgide gerçekleşen modifikasyonlar aşağıdaki gibidir: Glikozilleme Sülfitleme (Proteinlere ve GAG’lara -HSO3 eklenmesi) Fosforilleme Paketleme Yoğunlaştırma Sınırlı proteoliz Lizozomun yapımı  GOLGİ AYGITI Golgi, ER’den alınan protein, lipid ve polisakkaritlerin daha fazla işlendiği ve endozomlara, lizozomlara, plazma membranına ya da salgı olarak taşınmasına olanak sağlayan bir fabrika olarak işlev görür.  GOLGİ AYGITI-PROTEİN METABOLİZMASI Golgi içerisinde protein işlenmesi; proteinlere karbohidrat kısımlarının ilavesini ve modifikasyonunu içerir. !!!2 tip glikozilasyon işlemi yapılır: 1. N-bağlı glikozilasyon 2. O-bağlı glikozilasyon  GOLGİ AYGITI-PROTEİN METABOLİZMASI 1- N-bağlı glikozilasyon N-bağlı glikolizasyon, proteinlerin asparagin amino asidindeki azot atomuna bir şeker zincirinin bağlanmasıyla gerçekleşen, endoplazmik retikulumda başlayan golgi de devam eden post- translasyonel modifikasyondur.  GOLGİ AYGITI-PROTEİN METABOLİZMASI N-bağlı oligosakkaritlerin modifikasyonları ER’de başlar ve golgide devam eder.  GOLGİ AYGITI-PROTEİN METABOLİZMASI Modifikasyonları gerçekleştiren enzimler, golginin zar sistemi üzerinde yer alan integral membran proteinleridir.  GOLGİ AYGITI-PROTEİN METABOLİZMASI Bu modifikasyonlar aynı zamanda türler arasındaki farklılıkların belirlenmesinde önemlidir. Farklı türlerde farklı glikozilasyonlar meydana gelmektedir.  GOLGİ AYGITI-PROTEİN METABOLİZMASI 2- O-bağlı glikozilasyon O-bağlı glikolizasyon, proteinlerin serin veya treonin amino asitlerindeki oksijen atomuna şeker moleküllerinin eklenmesiyle genellikle Golgi aygıtında gerçekleşen bir post-translasyonel modifikasyondur.  GOLGİ AYGITI-LİPİD METABOLİZMASI Gliserofosfolipidler, kolesterol ve seramid, ER’de sentezlenir. ER’den golgiye geçen seramid ile, golgide glikolipidler ve sfingomiyelin sentezi gerçekleşir. Alternatif olarak, seramide karbohidratların eklenmesi ile çok sayıda farklı glikolipid oluşumu sağlanır. SONUÇ: Endoplazmik retikulumda başlayan protein ve/veya lipid ile ilişkili süreçler, Golgi aygıtında daha ileri modifikasyonlara uğrayarak daha karmaşık hale gelir ve fonksiyonel yapılarına kavuşur.  GOLGİ AYGITI-LİPİD METABOLİZMASI Sfingolipidler (Golgide sentezlenir) Seramid = Sfingozin+ yağ asidi (ER’de sentezlenir.) Sfingomyelin = Seramid + Fosforilkolin Serebrozidler = Seramid + Monosakkaritler Galaktoserebrozidler = Seramid + Galaktoz Glukoserebrozidler = Seramid + Glukoz Globozidler = Seramid + Oligosakkaritler Laktozilseramid = Cer-Glc-Gal Forssman antijen = Cer-Glc-(Gal)2-(GalNac)2 Gangliozidler = Seramid+ oligosakkaritler + NANA (NANA= n-asetil nöraminik asit)  GOLGİ AYGITI-VEZİKÜL TAŞINMASI VEZİKÜLLERİN TAŞINMASI (ER-golgi arası veya golgi’den salgılanacak veziküller) Transport Molekülleri ve Tomurcuklanma: Birçok transport molekülü, belirli proteinlerle kaplanarak membranlardan tomurcuklanır ve vezikül oluşumu sağlanır. Kaplı Veziküllerin Çeşitliliği: Farklı içerikler taşıyan kaplı veziküller, sitoplazmik yüzeylerinde farklı kaplayıcı proteinlere sahiptir. Kaplayıcı Mantonun Atılması: Veziküller, hedef membrana ulaşmadan önce üzerlerindeki kaplayıcı proteinleri atarak birleşmeye hazırlanır.  GOLGİ AYGITI-VEZİKÜL TAŞINMASI !!!Üç tip kaplı vezikül vardır: Klatrin kaplı veziküller: Golgi’den endolizozoma veya hücre zarına taşınmada KOPI-kaplı veziküller: ER yapısında kalacak proteinlerin yolakta geriye doğru taşınmasında görev alır. KOPII-kaplı veziküller: Kargosunu salgı yolağında ileriye doğru taşıyarak, Golgiye götürür. (KOP: Koatamer)  Koatamer kaplı vezikül Klatrin kaplı vezikül  KOPI (COPI), KOPII (COPII), Klatrin Klatrin-kaplı veziküller: Golgi'den endolizozom veya hücre zarına taşımada görev alır. KOPI-kaplı veziküller: ER'de kalması gereken proteinleri geri taşır. KOPII-kaplı veziküller: Kargoyu salgı yolağında Golgi'ye doğru iletir.  Klatrin-kaplı veziküller: Golgi'den endolizozom veya hücre zarına taşımada görev alır. KOPI-kaplı veziküller: ER'de kalması gereken proteinleri geri taşır. KOPII-kaplı veziküller: Kargoyu salgı yolağında Golgi'ye doğru iletir.  GOLGİ AYGITI-VEZİKÜL TAŞINMASI Proteinlerin Golgide Sınıflandırılması ve Dışarı Aktarılması Lipidler ve polisakkaritlerin yanı sıra proteinler de nihai varış noktalarına sekretuar yolak aracılığıyla taşınır. Bu yolakta; proteinler farklı çeşitteki transport veziküllerinde gruplandırılır. Bu veziküller trans-Golgi kısmından tomurcuklanır ve içeriklerini uygun hücresel lokasyonlara aktarır.  GOLGİ AYGITI-VEZİKÜL TAŞINMASI Golgi içerisinde görev yapacak proteinlerin, sekretuar yolak boyunca taşınmasından ziyade, organel içerisinde kalması gerekmektedir. ER’nin aksine, Golgi içerisinde kalacağı bilinen proteinlein tamamı Golgi membranı ile ilişkilidir. Golgi ile ilişkili proteinlerin, Golgi içerisinde tutulmasından sorumlu primer sinyal, bunların transmembran alan uzunluğudur. Ayrıca, ER membranına yerleşen proteinlerin KKXX dizileri gibi bazı golgi proteinlerinin sitoplazmik uçlarındaki sinyaller, bu proteinlerin sekretör yolaktaki sonraki kompartımanlardan geri alınmasına aracılık eder.  GOLGİ AYGITI-VEZİKÜL TAŞINMASI SNARE (SNAP Reseptor) Proteinleri Transport veziküllerinin doğru hedef membranı tanımaları ve o membran ile kaynaşmaları için özel proteinler (reseptörler) iş görür. LİZOZOM  LİZOZOM Lizozomlar- Yıkıcı enzimler içeren zarlı keseciklerdir. Bu enzimler endositozla hücre içine alınan yabancı moleküleri ve hücresel atıkları parçalar. Sitoplazmanın her tarafında bulunabilirler, belli bir lokalizasyonu yoktur. Lizozomal enzimler hücre içine salındığında hücreyi parçalar (otoliz).  LİZOZOM Lizozomlar sayesinde hücre için zararlı maddeler sindirilip hücre korunur, ayrıca dışarıdan alınan veya hücrede bulunan yüksek molekül ağırlıklı maddeler parçalanarak kullanıma hazır hale getirilir. Lizozomların hücre organellerinin yenilenmesinde de rolü vardır. Eskiyen hücreler veya organeller otolizizomlarda otofaji ile sindirilip yenileri yapılır. Bunun dışında kurbağa larvalarının kuyruğu, insan embriyosunun parmak aralarındaki zar da lizozomlar tarafından bu şekilde ortadan kaldırılır.  LİZOZOM Lizozomları belli bir şekilleri yoktur. Golgi tarafından salgı granülleri şeklinde oluşur ve daha sonra sindirilecek fagozomlarla birleşir. Lizozomlar hücre içi sindirim yapmaktadırlar.  LİZOZOM Lizozomların yaptıkları iş sindirilecek sübstrata göre iki grupta toplanır: 1-Heterofaji- Bu durumda sindirilecek yapı hücre dışından gelmiştir. Tek hücreli canlılarda endositozla alınan besinler sindirilirken, çok hücreli canlılarda bu olay daha çok savunma amaçlıdır.  LİZOZOM 2- Otofaji- Bu durumda sindirilecek yapı hücrenin kendi içinden gelir. Yaşlanmış mitokondri, zar parçaları vb. Otofagozom şeklinde zarla çevrilirler ve daha sonra lizozomla birleşerek sindirilirler. LİZOZOM  LİZOZOM Yapı ve içeriklerine göre iki tip lizozom bulunur: 1. Primer Lizozom- Golgi tarafından oluşturulan ve içerisinde inaktif enzimler içeren kesecikler. 2. Sekonder Lizozom- Primer lizozomların heterofagozom veya otofagozomlarla birleşmesiye oluşan, aktif yıkım enzimleri ve toksik kimyasalların bulunduğu keseciklerdir.  LİZOZOM Yıkım sonrasında arta kalan atık maddeler eksositozla dışarı atılır. LİZOZOM  LİZOZOM Lizozomunların yapısı: Lizozomlar çeşitli biyopolimer molekülleri monomerlerine parçalayan enzimler içerirler. Tüm bu enzimleri asidik ortamda etki gösterirler (pH≈4.5- 5.0) ve bu yüzden genel olarak asit hidrolazlar olarak adlandırılırlar. Bu ortamı sağlayan lizozom zarındaki ATP-bağımlı H+ pompasıdır. Bu proton pompası sayesinde H+/Cl- iyonları sitozolden lizozom içine pompalanarak asidik ortam oluşturulur. Asidik ortam proteinlerin üç boyutlu yapısını bozarak hidrolazların daha iyi etkilemesini sağlarlar.  LİZOZOM !!!Lizozomal enzim içeriğinin herhangi bir nedenle sitoplazmaya çıkması durumunda ne olur? Sitoplazmik pH : yaklaşık 7.2’dir. Bu pH değerinde lizozomal enzimler çok zayıf aktivite gösterirler. Bu durumda bu enzimlerin lizozomdan herhangi bir sebeple çıkması durumunda sitoplazmik komponenetleri kontrolsüz yıkımdan korur.  LİZOZOM Lizozomal enzimlerin hedeflenmesi Lizozomal enzimler GER’lede sentezlenirler. Lizozomal enzimlerin işaretlenip hedeflenmesinde N-bağlantılı oligosakkaritler görev alırlar. !!!trans-Golgi’de, lizozomal enzimlere bağlı Mannoz 6-fosfat (M6P) birimleri M6P-reseptörü’ne bağlanır. Bu bağlantı çok sıkı ve spesifiktir. LİZOZOM  LİZOZOM Lizozomal enzimlerin hedeflenmesi Lizozomal vezikül Golgi’den ayrıldıktan sonra H+ pompası aracılığıyla ortam pH’sı düşürülür ve M6P- reseptörüne bağlanmış M6P ayrılır. M6P reseptörleri toplanan boğum ayrılarak trans-Golgi’ye geri döner. Lizozomal enzimler, proenzim şeklinde inaktif olarak taşınırlar. Bu proenzimler katalitik olarak parçalanarak aktif enzim haline dönüşürler.  LİZOZOM Lizozomal hidrolaz Mannoz 6- fosfat öncüsü Klatrin örtü Reseptöre bağlı transport ADP + Pi ATP H+ Fosfatın M6P reseptörüne kalkması Fosfat bağlanma Transport eklenmesi vezikülü Olgun lizozomal hidrolaz Geç endozom Reseptörün geri dönüşü Cis Golgi Trans Golgi  Lizozomal enzimler ve fonksiyonları Nükleik asit degradasyonu Asit RNAase ve asit DNAase RNA ve DNA Karbonhidrat degredasyonu - galaktosidaz Galaktosidler -Glukosidaz Glukojen Bakteri hücre duvarı Lizozim Mukopolisakkarid degradasyonu -Glukorinidaz Mukopolisakkaridler Hiyaluronidaz Hiyaluronat ve kondraatin sülfat Protein degradasyonu Katepsin Proteinler Kollojenaz Kollojen Fosfat Asit fosfataz Fosfomonoesterler Asit fosfodiesteraz Oligonukleotidler Sulfat Arilsülfataz Organik sülfatlar  LİZOZOMAL HASTALIKLAR Tay-Sachs hastalığı: Bu hastalık lizozomal enzimlerden Heksozaminidaz enzim genindeki hasar sonucu enzimde eksiklik sonucu ortaya çıkar. Otozomal resesif bir hastalık olup, sinir hücrelerinde gangliozit birikimi sonucu mental gerilik, körlük, kas zayıflığı ile karakterize ölümcül bir hastalıktır.  LİZOZOMAL HASTALIKLAR I-hücre hastalığı: N-Asetilglukozamin (GlcNAc) fosfotransferaz enzimindeki mutasyona bağlı olarak M6P hedefleme sinyalinde eksiklik sonucu bazı lizozomal enzimlerin eksikliğine dayalı ortaya çıkar. Hastanın plazmasında lizozomal enzimleri yüksek oranda bulunur. İskelet anomalileri, eklem hareket kısıtlılığı, psikomotor bozukluklarla karakterize ölümcül bir hastalık hali oluşur.  LİZOZOMAL HASTALIKLAR Pompe hastalığı: lizozomal α-Glikozidaz enzimi eksikliği sonucu ortaya çıkar ve sitozolde glikojen granüllerinin birikimi ile karakteristiktir. Kardiyomegali ve erken ölüm gözlenir.  LİZOZOMAL HASTALIKLAR Hastalıklar Eksik olan enzim Etkilenen hücre Etkilenen doku GAUCHER -d-glikosidaz Makrofajlar/gliko Karaciğer ve lipid birikimi dalak METAKROMATİK Sülfataz Dermatan sülfat Çeşitli dokular LÖKODİSTROFİ birikimi HURLER L- iduronidaz Fibroblast ve İskelet ve sinir osteoblastlarda sistemi Dermatan sülfat birikimi TAY-SACHS Heksoaminidaz Sinir hücreleri Sinir sistemi Glikolipid birikimi SANFİLİPPO Heparin sülfat Fibroblastlarda İskelet sistemi SENDROMU sülfamidaz Heparan sülfat birikimi MİTOKONDRİ  MİTOKONDRİ Şekilleri (küremsi veya uzun silindirik) ve büyüklükleri (çap: 0,2-1 μm, uzunlukları: 2-6 μm) farklılıklar gösterir. Sayıları değişkendir (1-2500). Metabolik aktivitesi yüksek olan hücrelerde çok sayıda bulunurlar. (Karaciğer hücresinde 2500)  MİTOKONDRİ Hemen hemen bütün ökaryotik hücrelerde bulunur. Hücrenin enerji üretim merkezleridir, oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları ile enerji üretirler.  MİTOKONDRİ Hücre içindeki yerleşimleri farklılık gösterir. Kalp kasında kasılıp gevşemeyi sağlamak için miyofibriller arasında bulunur. Spermin kuyruk hareketini sağlamak için boyun bölgesine yerleşmiştir.  MİTOKONDRİ Mitokondri, çift membranla çevrili bir organeldir. 4 kısım ayırt edilir: 1. Dış membran (zar) 2. Membranlar arası alan 3. İç membran 4. Matriks  MİTOKONDRİ-DIŞ MEMBRAN 1. Dış membran Plazma membranının yapısına benzer. İç zara göre (50-60 Angström) daha kalın (70 Angström) Porin adı verilen kanal proteinleri, büyüklüğü 5000 dalton ve daha küçük molekülleri (su, iyonlar) içeri alır.  MİTOKONDRİ-MEMBRANLAR ARASI ALAN 2. Membranlar arası alan 40-80 Angström genişliğindedir. Porinler aracılığıyla membranlar arası alana giren iyonlar ve küçük moleküller nedeniyle bileşimi sitoplazmaninkine benzerdir. pH’ı sitoplazmaya göre düşüktür (elektron taşınımı sırasında matriksten pompalanan H iyonları nedeniyle).  MİTOKONDRİ-İÇ MEMBRAN 3. İç membran Yarı geçirgen özelliktedir. Bazı moleküller matrikse aktif transport ile geçer. İç membran dış membrana paralel seyreder, ancak matrikse doğru Krista denen kıvrımlar yapar. Amaç sitokrom gibi proteinlerin uygun ve etkin olarak fonksiyon gösterebilmeleri için yüzey alanı genişletmek. Enerji üretimi fazla olan hücrelerde krista sayısı fazladır. Örneğin, kalp kas hücrelerinin krista sayısı karaciğer hücrelerinin krista sayısından 3 kat fazladır.  MİTOKONDRİ-İÇ MEMBRAN 3. İç membran Yoğun fonksiyonel özelliğinden dolayı, iç membranın protein oranı diğer membranlara göre daha yüksektir.  MİTOKONDRİ-İÇ MEMBRAN 3. İç membran !!!İç membranda üç tip protein bulunur: 1. Elektron taşınım zincirinin oksidasyon reaksiyonlarını gerçekleştiren proteinler (enzimler, sitokromlar). 2. Matrikste ATP yapımını gerçekleştiren ATP sentaz 3. Metabolitlerin matrikse giriş çıkışını düzenleyen Permeaz adı verilen taşınım proteinleri. MİTOKONDRİ-İÇ MEMBRAN  MİTOKONDRİ-MATRİKS 4. Matriks İç zarın çevrelediği alandır. mtDNA, bol miktarda protein, ribozom ve tRNA içerir. !!!Aşağıdaki reaksiyonlar gerçekleşir; Trikarboksilik asid (TCA; sitrik asid; Krebs) siklusu, Yağ asidlerinin β-oksidasyonu, Amino asid oksidasyonu, mtDNA replikasyonu (Mitokondriyal genom= halkasal çift zincirli DNA’dan oluşur), Mitokondriyal proteinlerin sentezi.  MİTOKONDRİ-BİYOGENEZ Mitokondri biyogenezi  Mitokondriler, hücrenin enerji ihtiyacına göre hücre bölünmesinden bağımsız çoğalırlar.  Bu süreçte nükleer genom major rol oynar (%95).  Mitokondriler, bakteriler gibi enine ve boyuna bölünerek çoğalırlar.  Replike olan DNA, boğumlanma suretiyle ikiye bölünen mitokondrilere rastgele dağılır.  MİTOKONDRİ  Mitokondrinin büyümesi membrana protein ve lipidlerin girmesi ile olur.  Bu olay interfaz sırasında devamlı olarak gerçekleşir.  Mitokondriyal lipidlerin çoğu sitozolden alınır.  Mitokondriyal proteinlerin çoğu sitoplazmik ribozomlarda sentezlendikten sonra özel sinyal dizileri sayesinde mitokondrilere yönlendirilirler.  MİTOKONDRİ-BİYOGENEZ Sitoplazmada sentezlenen proteinler, mitokondriye TOM ve TIM adı verilen protein kanallar aracılığıyla girerler. !!!Dış zarda TOM ve iç zarda TİM kompleksleri, proteinlerin mitokondri içerisine alınmasında görevlidir.  MİTOKONDRİ Sitoplamik ve mitokondriyal ısı şoku proteinleri (HSP’ler), proteinlerin sitoplazmada ve mitokondride katlanmadan kalmasını sağlarlar.  MİTOKONDRİ FONKSİYONLARI ATP sentezi (oksidatif fosforilasyon) Sitrik asit döngüsü Üre sentezi Hem sentezi Keton cisimciklerinin sentezi Pek çok endojen ve eksojen bileşiğin metabolizması (iç membranda yerleşik sitokrom p450 enzim sistemi). Yağ asit oksidasyonu Apoptozis Isı üretimi Kalsiyum iyonlarının depolanması  SİTRİK ASİT DÖNGÜSÜ Karbonhidrat, yağ asitleri ve amino asitlerin metabolizmaları sonucunda oluşan asetil co A matrikse girerek okside olur. CO2, NADH ve FADH2 oluşur. Yüksek enerjili elektronları taşıyan FADH2 ve NADH, elektronlarını mitokondri iç membranındaki taşıyıcı proteinler aracılığıyla moleküler oksijene aktarır ve H2O oluşur. !!!Elektronların transferi iç membranda bulunan 4 protein kompleksi tarafından gerçekleştirilir; 1. NADH dehidrogenaz 2. Süksinat dehidrogenaz 3. Sitokrom c redüktaz 4. Sitokrom c oksidaz  Matriksteki protonların membranlar arası alana geçişiyle proton gradienti oluşur. ATP sentaz kompleksiyle protonlar matrikse geri gönderilirken ATP sentezi gerçekleşir. YAĞ ASİTLERİNİN BETA OKSİDASYONU İLE ATP SENTEZİ  MİTOKONDRİYAL HASTALIKLAR Bazı dokular mitokondriyal enerji üretimine yüksek oranda bağlı olduğundan mtDNA mutasyonlarından daha fazla etkilenirler. Büyüme bozukluğu Kas koordinasyonunda azalma Kas zayıflığı (miyopati; myo-: kas; patho-: hastalık) Görme, duyma bozukluğu Öğrenme bozukluğu Kalp, karaciğer, böbrek, gastro-intestinal, solunum yolları bozuklukları Nörolojik bozukluklar ve demans  MİTOKONDRİYAL HASTALIKLAR Mitokondriyal hastalıkların nedeni mtDNA’nın primer mutasyonlarından kaynaklanmayabilir. Örneğin, antikanser ilacı olan doxorubicin serbest radikaller üzerinden mtDNA’yı hasarlayabilir. Ayrıca mitokondriyal fonksiyonların çoğu nükleer genom tarafından sağlandığından nükleer mutasyonlar da mitokondriyal fenotipi değiştirebilir. Örneğin, mtDNA replikasyon enzimleri ile ilgili nükleer mutasyonlar mtDNA miktarının azalmasına yol açmaktadır.  BAŞLICA MİTOKONDRİYAL HASTALIKLAR LHON (Leber’in herediter optik nöropatisi) Leigh sendromu (subakut nekrotizan ensefalopati) MERRF (Miyoklonik Epilepsi ve Mitokondriyal Miyopati-Myoclonic Epilepsy and Ragged-Red Fiber) MELAS (Mitochondrial Encephalomyopathy Lactic Acidosis and Strokelike Episodes- Mitokondriyal Ensefalomiyopati, laktik asidoz sendromu) MMC (Miyopati ve kardiyomiyopati sendromu) KSS (Kearns-Sayre Sendromu) PEROKSİZOMLAR  PEROKSİZOMLAR Çapları 0.5 ile 1.2 µm arasında değişen oksidaz enzimleri içeren membranla çevrili yuvarlak organellerdir. Bazılarında yoğun bir öz bölge ile bunu çevreleyen açık bölge bulunur. Bunlara küçük cisim anlamında mikrocisim denir. Böbrek tübül hücrelerinde ve karaciğer hücrelerinde sık olarak izlenirler.  PEROKSİZOMLAR İlk kez 1954 yılında EM ile gözlemlenen ve ilk başlarda mikrocismicik adı verilen bu yapılar, daha sonra hidrojen peroksit (H2O2) üretmesi nedeniyle peroksizom adını almıştır. Eritrositler hariç tüm hayvansal ve bazı bitkisel hücrelerde bulunur. Bazı oksidaz enzimleri içerirler. Bu enzimler organik bileşikleri oksitlendiriken H2O2 açığa çıkar. Peroksizomlar ayrıca katalaz enzimi de içerirler ve bu sayede H2O2’in yıkımını gerçekleştirirler. Diğer bazı içerdiği enzimler: Ürik asit oksidaz, D-aminoasit oksidaz,  PEROKSİZOMLAR Bir hücredeki oksidasyon işlemlerinin %90’ı mitokondride ve % 10’u da peroksizomlarda meydana gelir. Bu organellerde, oksidasyon ürünü olarak hidrojen peroksit oluşur. Hidrojen peroksit en kuvvetli serbest radikal olup, hücreler için son derece toksiktir. Peroksizomlar, bu gibi durumlarda hücreyi hidrojen peroksitten, diğer serbest radikallerden ve toksik maddelerden korurlar. (Katalaz enzimi sayesinde)  PEROKSİZOMLAR !!Hidrojen peroksitin zararlı etkileri bu şekilde katalaz enzim aktivitesi ile elimine edilmiş olur. Peroksidatif reaksiyon olarak isimlenen bu işlemde organik substrattaki hidrojen uzaklaştırılırken su açığa çıkartılır. Peroksizomlar kana giren çeşitli toksik moleküllerin detoksifikasyonunu bu yolla gercekleştirirler. Örneğin içilen alkolün ~1/4’ bu şekilde asetaldehide oksidize edilir.  PEROKSİZOMLAR Peroksizomlarda görevli enzimler nükleer genomda bulunan genler tarafından kodlanırlar ve sitozolde serbest ribozomlarda sentezlenirler. Daha sonra bu enzimler peroksizomlara taşınırlar. Peroksizomlar ilave protein ve lipidlerle büyür ve mitokondri-kloroplastlarda olduğu gibi bölünerek çoğalırlar. Peroksizom içerisinde DNA ya da ribozom barındırmadığı için tüm proteinlerini zarından nakille alır  PEROKSİZOMLAR bölünme Bölünerek çoğalabilirlar  PEROKSİZOMLAR Peroksizomal proteinler sitozomal ribozomlar tarafından sentezlenir..  PEROKSİZOMLAR !!!Peroksizomal proteinlerin peroksizomlara yönlenmesinde rol oynayan iki dizi tanımlanmıştır. PTS1: Proteinin C- terminal bölgesindeki dizi; SKL (Ser-Lys-Leu). Proteinlerin büyük bir çoğunluğu bu diziyi taşır. PTS2: Proteinin N- terminal bölgesinde 9 amino asitten oluşan dizi; (Arg/Lys)-(Leu/Val/Ile)-X(5)-(His/Glu)-(Leu/Ala) ).  PEROKSİZOMLAR Peroksizomal proteinlerin hedefe taşınmasında görevli proteinler Peroksin (Pex) olarak adlandırılırlar Peroksizoma yönlendirici sinyal (PTS) taşıyan proteinler, peroksinler tarafından tanınarak peroksizom içine transport edilir.  PEROKSİZOMLAR ZELLWEGERS SENDROMU Peroksizomal bir hastalıktır (en ciddi formu). Peroksizomal biogenez ile ilgili genlerdeki (en azından 12 farklı gen mutasyonu) defektler peroksizom biogenezini bozar. Ciddi peroksizomal yetersizlik gelişir. Hücrelerin, içleri boş peroksizomlar taşıdığı bu tip hastalarda beyin, karaciğer ve böbreklerde ciddi anomaliler ortaya çıkar ve hastalar doğumdan hemen sonra kaybedilir.  PEROKSİZOMLAR ADRENOLÖKODİSTROFİ Uzun zincirli yağ asit oksidasyonunu yapan “Uzun zincir yağ asit sentetaz ” enzimini sitozolden peroksizomal matrikse nakledecek membran transport proteininde mutasyon vardır. X-kromozomal bir geçiş gösterir. Nörolojik semptomları olan bir hastalıktır. KOFUL  KOFUL Kofullar (vokuol), içleri kendilerine has bir özsu ile dolu yapılardır. Hücre içinde oluşan atıkların, besinlerin ve fazla sıvıların depolandığı keseciklerdir. Koful zarı tonoplast, koful sıvısına ise tonoplazma denmektedir. Genç hücrelerde küçük, yaşlı hücrelerde ise tek tek ve büyüktür.  KOFUL Hayvan hücrelerinde kofullar küçük, az sayıda ve geçicidir. Kofullar, ER, hücre zarı, golgi cisimciği veya lizozomdan oluşabilir Madde depolayıcı kesecikler olup farklı hücrelerde değişik maddeleri depolar. Tek hücrelilerin beslenme ve boşaltımında, bitkilerin su depolamasında, hayvanların besin depolamasında kullanılır.  KOFUL ÇEŞİTLERİ Koful çeşitleri 1) Kontraktil koful: Tatlı sularda yaşayan bir hücrelilerde osmozla hücre içerisine giren fazla suyu kasılıp gevşeyerek hücre dışına boşaltan kofulduır. Çalışması sırasında ATP harcanmaktadır.  KOFUL ÇEŞİTLERİ 2) Besin kofulu: Fagositoz veya pinositozla alınan besin maddelerinin tutulduğu kofuldur. 3) Sindirim kofulu: Besin kofulunun lizozomla birleşmesi sonucu oluşan kofuldur.  KOFUL ÇEŞİTLERİ 4) Boşaltım kofulu: Fazla su ve metabolizma atıklarının bulunduğu kofuldur. 5) Depo kofulu: Metabolizma sonucu meydana gelen zehirli maddeler ve tuzlarla birleştirilir ve kristal halde bu kofullarda biriktirilir. SENTROZOM  SENTROZOM Birbirine üçer üçer bağlanmış dokuz grup, mikrotübül iplikçiklerinin birleşmesiyle sentriol oluşur. İki sentriolün birbirine dik olarak konumlanmasıyla oluşan yapuya sentrozom denir. GÖREVİ: Hücre bölünmesi sırasında iğ ipliklerini oluşturur ve kromozomların kutuplara hareketini sağlar.  SENTROZOM Hücre bölünmesinin erken evresinde her sentriolün yan tarafından kendisine dik bir tomurcuk belirir. Bölünme esnasında her sentriol kendi tomurcuğu ile kutuplara gider. Kutuplarda bir çift sentriol sentrozomu oluşturur. Sentrozomdan kromozomlara uzanan mikrotübüller metafaz evresindeki kromozomları sentromerlerinden yakalayarak kutuplara çeker.  SENTROZOM Mikrotübül organize edici merkezler; Bazal cisimcikler Sentrioller Kromozomların sentromerleridir. KLOROPLAST  KLOROPLAST Kloroplastın Yapısı 1.Çift zarlı bir organeldir, iç ve dış zar bulunur. 2.İç zar sisteminde tilakoid adı verilen yapılar yer alır. 3.Tilakoidlerin yığın halinde bir araya gelmesine granum denir. 4.Stroma, tilakoid zarlarının dışında bulunan sıvı kısımdır.  KLOROPLAST Kloroplastın İşlevi 1.Fotosentez yapan bitki hücrelerinde bulunur. 2.Işık enerjisini kimyasal enerjiye (glikoza) dönüştürür. 3.Tilakoidlerde ışığa bağımlı reaksiyonlar, stromada ise Calvin döngüsü gerçekleşir. 4.ATP ve NADPH üretimi, fotosentezin temel ürünleridir.  KLOROPLAST Kloroplastın Genetik Yapısı 1.Kloroplastlar, kendi DNA’larına sahiptir. 2.Halkasal bir DNA molekülüne sahiptirler. 3.Endosimbiyoz teorisine göre, kloroplastlar eski bir prokaryotik hücrenin evrimleşmesiyle oluşmuştur. 4.Kendi proteinlerini sentezleyebilir, ancak çoğu protein çekirdekten gelen genler tarafından kodlanır.  KLOROPLAST Kloroplast ve Bitki Hücresi 1.Kloroplast sadece bitki hücrelerinde ve bazı alglerde bulunur. 2.Bitkilerdeki yeşil rengin nedeni, kloroplastlardaki klorofildir. 3.Klorofil, ışık enerjisini emerek fotosentezin başlamasını sağlar. 4.Kloroplast, oksijen üretimi ve atmosferin dengesi açısından büyük önem taşır. ÖZET