Hücre Zarının Yapısı.pdf

Prof.Dr. Hülyam KURT [email protected] ESOGU Tıp Fak. Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı, Eskişehir, 1  HÜCRENİN YAPISI HÜCRENİN YAPISI Hücre Zarı ve Görevleri Hücre Zarı ile İlgili Görüşler...

Prof.Dr. Hülyam KURT [email protected] ESOGU Tıp Fak. Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı, Eskişehir, 1  HÜCRENİN YAPISI HÜCRENİN YAPISI Hücre Zarı ve Görevleri Hücre Zarı ile İlgili Görüşler Hücre Zarını Oluşturan Moleküller Lipidler Fosfolipidler Glikolipidler Kolesterol Lipidlerin Asimetrisi Proteinler Proteinlerin Zardaki Yerleşim Şekilleri Zar Proteinlerinin Saf Olarak Elde Edilmesi Zar Proteinlerinin Eritrositlerde İncelenmesi Proteinler Zarda Difüzyona Uğrarlar Karbohidratlar Karbohidratlar Zardaki Asimetriye Katılırlar  Hücreler su, inorganik iyonlar ve karbon içeren organik moleküllerden oluşmuştur. Su en çok bulunan molekül olup toplam kütlenin %70 veya daha fazlasını oluşturur. Dolayısı ile su ile diğer bileşenlerin etkileşimi önemlidir. H H O H2O 12.10.2023 3  Suyun kritik önemi hidrojen atomlarının kısmi pozitif yük oksijenin kısmi negatif yük taşımasıdır. Bu polarite (kutuplaşma) nedeniyle, su molekülleri ya kendileri ile, yada diğer polar moleküller ile hidrojen bağları oluşturabilirler. Ayrıca pozitif veya negatif yüklü iyonlar ile etkileşime girebilirler. 12.10.2023 4  Bu etkileşimler sonucu iyonlar ve polar moleküller suda kolayca çözünürler (hidrofiliktirler). Buna karşın nonpolar moleküller, su ile etkileşemediklerinden, sulu ortamda zayıf bir çözünürlüğe sahiptir. Yani nonpolar moleküller kendi aralarında birleşip, su ile teması en aza indirgeme eğilimindedirler. POLAR ve NONPOLAR moleküllerin su ile etkileşimleri, hücre zarları gibi biyolojik yapıların oluşumunda önemli rol oynar. 12.10.2023 5  Hücrenin sodyum, potasyum, magnezyum, kalsiyum, fosfat, klorür, bikarbonat gibi inorganik bileşenleri kütlesinin ancak %1’rini oluşturur fakat hücre metabolizmasında kritik roller üstlenirler. Hücrenin özgün bileşenleri Organik moleküllerdir. Bunların çoğunluğu dört sınıf molekülden birine aittir: – karbohidratlar – lipidler – proteinler – nükleik asitler 12.10.2023 6  HÜCRENİN YAPISI Ökaryotik bir hücre;dıştan içe doğru; genel olarak üç kısımdan meydana gelir: sitoplazma Hücre Zarı Sitoplazma Nukleus (çekirdek) 7  Tüm hücrelerin etrafı yaklaşık 7.5- 8 nm kalınlığında bir zarla çevrilmiştir. Bu zar Işık mikroskobu ile görülmez. Sadece elektron mikroskobu ile görülür. 8  HÜCRE ZARI=HÜCRE MEMBRANI =plazma zarı (plasmalemma - cytolemma) Her hücre sitoplazmasının yüzeyinde bulunur. Hücrelerin yapı ve işlevleri zarlara bağlıdır. Bitkisel ve hayvansal bütün hücrelerde bulunan canlı ince ve esnek bir yapıdır. Ancak bitki hücrelerinde hücre zarının Hayvan hücresi dışında yer alan bir hücre kılıfı veya Hayvan hücresi hücre çeperi (selüloz yapıda) bulunur. Biyolojik zarlar, lipidlerin özelliklerine dayalıdır ve ortak bir yapısal düzen içinde proteinlerle ilişkili fosfolipid çift tabakalar halinde bulunurlar. Bitki hücresi 9  SiTOPLAZMA Hücre zarı ile çekirdek arasını dolduran çiğ yumurta akı kıvamındaki sıvıdır. Sitoplazma daima hareket halindedir. İçerisinde bol miktarda su, inorganik maddeler, organik maddeler ve hücre organelleri vardır. 10  1. ÇEKİRDEK (Nukleus) Yönetim merkezi olan çekirdek üç kısımda incelenir; 1. Çekirdek zarı İki katlıdır. Madde giriş çıkışını sağlayan delikleri (por) bulunur. 2. Çekirdek sitoplazması : Çekirdeğin içini dolduran sıvıdır. İçerisinde çekirdekteki DNA, proteinlerin beraber oluşturduğu kromatinleri bulundurur. por 3. Çekirdekçik (Nukleolus) Çekirdek sıvısındaki koyu renkli yapılardır. RNA sentezi yapar. 11  Hücre Zarının Görevleri 1. Hücrenin sınırlarının belirlenmesi: Hücrenin ve hücrenin zarla çevrelenmiş çeşitli kısımları (organeller ) farklı içeriklere sahiptir. Böyle bölümlere ayırmanın nedeni özelleşmiş aktivitelerin dışarı ile minimum etkileşimle yürütülebilmesi ve birbirlerinden ayrı düzenlenebilmesidir. Örneğin kloroplastta fotosentez, mitokondride oksidatif fosforilasyon gibi. 2. Biyokimyasal aktiviteler için iskelet oluşturma : Hücre içeriğini saran zar ayrıca farklı hücre içi yapıları da kuşatır ve bağlantı kurarak bileşenlerin etkileşimini sağlayan bir yapı iskeleti oluştururlar. 12 3. Seçici geçirgen bir bariyer sağlama: Hücre zarları yarı geçirgen özelliğe sahip hücrenin dış ve iç yüzeylerini sınırlar. Böylece belirli besin maddelerinin, suda çözünmüş halde bulunan elementlerin hücreye alınmasına, hücrede üretilen salgı granüllerinin ve hücresel metabolizma sonucu üretilen artık maddelerin hücre dışına atılmasını sağlarlar. Ayrıca hücrelerdeki reaksiyonlar için gerekli iyonların hücreden ayrılmalarını önler. Bu yolla hücre sitoplazmasında belirli bir iyon kompozisyonunun,pH değerinin ve hücre içi osmotik basıncın korunmasına yardımcı olurlar. 13 4. Eriyiklerin geçişi: Hücre zarı bir taraftan diğer bir tarafa fiziksel olarak taşınan maddeler için mekanizmalar içerir. Çoğunlukla eriyikler yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona doğru geçiş gerçekleştirirler. Hücre zarı kendi üzerinde bir iyon gradiyenti meydana getirerek özgül iyonları taşıyabilir. 14 5. Dış sinyallere (uyaranlara) cevap verme: Hücre zarı sinyal iletimi olarak bilinen dış uyaranlara, hücrenin cevabında önemli bir rol oynar. Hücrenin dışındaki çeşitli sinyallerin alınması için özelleşmiş reseptörler içerir, böylece hücre davranışları bu sinyallere göre düzenlenir. 15 6.Hücrelerarası etkileşim: Çok hücreli organizmaların hücre zarları diğer komşuları arasındaki ilişkilere aracılık eder. Hücre-hücre haberleşmesine imkan veren özelleşmiş bölgeler , diğer hücrelere tutunmasını sağlayan moleküller ve bağlantı kompleksleri içerir. Böylece hücre zarı bir hücrenin diğer bir hücreyi tanımak ve sinyal göndermek, uygun olduğunda bağlanmak gibi görevleri yerine getirir. 16 7.Enerji dönüşümü: Hücre zarları enerjinin bir tipten diğerine dönüştürülmesi ile de yakından ilgilidir. En temel enerji dönüşümü zara bağlı pigmentler tarafından emilen güneş enerjisinin karbohidratlar da bulunan kimyasal enerjiye dönüştüğü fotosentez sırasındaki enerji dönüşümüdür. Zarlar karbohidrat ve yağlardaki kimyasal enerjinin ATP’ye transferi ile de ilgilidir. Bu dönüşüm işlemi ökaryotlarda kloroplast ve mitokondri zarlarında yer alır. 17  Hücre zarının görevlerini Özetlersek; -Hücreyi dış ortamdan ayırır ve korur. -Hücreye şekil verir. -Madde giriş çıkışını düzenler. -Hücreye alınacak maddeleri hormon v.b. tanır. -Hücrenin beslenmesine yardımcı olur. -Metabolizma atıklarının dışarı atılmasını sağlar. 18  Hücre zarı Tüm hücrelerin zarları proteinler, lipidler ve karbohidratlardan oluşur. Hücre zarı 6-10 nm kalınlığında dinamik bir yapıdır. Hücre türüne ve fonksiyonuna göre değişiklik göstermelerine karşın hücre zarlarında (membranlarında), % 50-60 oranında protein % 40-80 oranında lipid % 5 oranında da karbohidrat bulunur. 19  2. Hücre Zarıyla İlgili Görüşler Bu güne kadar hücre zarıyla ilgili pek çok görüş ileri sürülmüştür. Çeşitli tekniklerin gelişmesiyle de bu bilgiler güncelleşerek günümüze kadar gelmiştir. 20 Hücre Zarıyla İlgili Görüşler Charles E. OVERTON (1890) Hücrenin kalın bir lipid tabakası ile çevrili olduğunu belirtti. Irving LANGMUIR (1900) Hücre zarının tek tabakalı lipid den yapılı olduğunu belirtti 21 Hücre Zarıyla İlgili Görüşler E. GORTER ve R. GRENDEL (1925) Hücre zarlarının çift tabakalı lipid (lipid bilayer) içerdiklerini öne sürdüler. Hugh DAVSON ve James DANIELLI (1935) Zarların çift tabakalı lipidden ibaret olup, bunların her iki yanlarının globüler PROTEİN tabakalarla örtülü olduklarını ileri sürdüler. 22  DAVSON ve DANIELLI modeli, 1954 de biraz değiştirilmiş, Hidrofilik proteinlerin zarın herhangi bir yerinde polar bir delik (por) meydana getirmek üzere zarın içine 23 doğru girmesi gerektiği, yoksa oldukça kuvvetli bir hidrofobik tabaka oluşacağı ileri sürülmüştür. Bu zar modelinin esas önemi, zar yapısında proteinlerin varlığını ve önemlerini ortaya koymuş olmasıdır.  J.D. ROBERTSON (1950) Lipid çift tabakanın her iki yüzünde, globüler proteinlerin uzayarak tek tabaka halinde yer aldığını ileri sürmüş ve bu genel yapıya ünit zar (unit membran) adını verdi. 24 Eğer uzamış bir protein tabakası varsa, aktif globüler proteinler nasıl aktif olarak kalıyordu? Yani proteinin şeklindeki herhangi bir değişiklik protein aktivitesinde değişikliğe sebep olmaktadır. Aynı zamanda bu modelde, kimyasal olarak da, lipid bileşiklerinden bazı proteinler kolaylıkla ayrılabilirken bazı proteinlerin zarlardan ayrılmalarının neden zor olduğu açıklanamıyordu.  Robertson’un Ünit zar modeli oldukça değişik tip hücre ve organel zarlarının aynı karakteristik yapıda olduğunu göstermesi açısından önemlidir. 25 Ancak zarlar kaynaklandıkları hücreye göre önemli derecede değişik kalınlıklara sahip olabilmektedir. Zarda ortalama %55 protein, lipid çeşitleri olarak %25 fosfolipid, %5 glikolipid, %13 kolesterol, %3 kadar diğer lipidler bulunur. Kaynaklandıkları hücrelere göre lipidlerin yapısı ve proteinlerin lipidlere oranı farklılık gösterebilmektedir (%). 26  Zarların protein içeriğindeki bu tür değişiklikleri unit zar modeliyle açıklamak oldukça güçtür. Bu nedenle, zar proteinleri izole edilmiş ve çoğunun zarın iki yüzeyinde tabakalar şeklinde uzanmayan 27 globüler proteinler olduğu görülmüştür. Bunun sonucu akıcı (sıvı)- mozayik zar modeli fikri ortaya atılmıştır. Akıcı (sıvı) mozaik model (fluid mosaic model)  S.J. SINGER VE G. NICOLSON Unit zar modeline benzer, zarın lipid çift tabaka ve onun yüzeyinde veya gömülmüş halde zarın her iki tarafında düzgün sıralanmayan proteinlerden meydana geldiğini ve bu durumunda; protein-protein, lipid-protein ve lipid-lipid 28 etkileşimleri ile zarın yapı ve dinamiğine katkıda bulunduğunu ileri sürmüşlerdir. Bu model hala geçerliliğini sürdüren Akıcı (sıvı)-Mozaik Zar Modelidir. Akıcı mozaik model (fluid mosaic model)  akıcı mozaik modelde; lipid çift tabakasının hidrofobik iç kısmına karşı değişik afinitede olan ve bu yüzden de değişik oranlarda lipid tabakasına giren farklı iki protein varlığı kabul edildi. Bu model halen geçerli olan hücre zar modelidir. 1- İntegral (veya intrinsic veya transmembran) zar proteinleri 2- Peripheral (veya extrinsic) zar proteinleri Akıcı (sıvı) mozaik zar modelde globüler proteinler fosfolipidlerin oluşturduğu bir matriks içinde dağılmıştır. 29  İntegral (veya intrinsic) zar proteinleri, zarların iç kısmına yerleşmişlerdir. Bunlar genellikle oldukça hidrofobik proteinlerdir. Standart protein elde etme teknikleriyle izole edilmeleri çok zordur. Zar proteinlerinin çözünmesini 30 sağlayan ajanlar deterjanlardır. Bunlar hem hidrofilik hem de hidrofobik gruplara sahip (amfipatik) maleküllerdir.  Hidrofobik olmalarına rağmen zarı, bir veya daha fazla sayıda delerek dışarı uzanmalarını sağlayan hidrofilik kısımlara da sahiptirler. Lipid tabakasına gömülme oranları onların hidrofilik ve hidrofobik yüzeylerinin oranlarına bağlıdır. 31  Peripheral (veya extrinsic) zar proteinleri tamamen hidrofilik karakterde olup zar yüzeyine yerleşmişlerdir. Bunların zara tutunmaları integral proteinlerin zardan dışarı doğru çıkıntı yapan hidrofilik kısımları 32 ile oluşan zayıf iyonik bağlarla zara dolaylı olarak bağlanırlar.  Periferal proteinler integral proteinlere göre daha kolay elde edilebilirler Sulu tuz çözeltileriyle çözündürülebilirler. 33  İntegral zar proteinlerini inceleme ve görünür hale getirmenin en iyi yolu dondurup-kırma (freeze- fracture) tekniğidir. Böylece zar ve hücrelerarası bağlantılar incelenebilir. Hücreler sıvı nitrojende dondurulur ve oluşan buz 34 kalıp, vakum altında kırılır. Kırılma lipid çift tabakanın hidrofobik bölgesinden geçecek şekilde meydana gelir.  Lipid çift tabaka iki tek tabakaya (monolayer) ayrılır. Bu açığa çıkan yüzler sonra platin ile kaplanır organik kısımlar asitle eritilip alınır yüzey özelliklerini ortaya koyan metal kalıp elektron mikroskopta incelenir Ayrılan bu lipid çift tabakanın sitoplazma tarafındaki parçasının hidrofobik yüzüne P yüzü, ekstraselüler tarafındaki parçasının hidrofobik yüzüne E yüzü denir. 35  Dondurulmuş zar bu şekilde bölündüğünde integral proteinler her iki yarımdan birinde yer alırken, onların boşlukları diğer yarımda kalır. Ekstrasellüler kısım 36 Sitoplazmik kısım  Zar kalınlıklarında gözlenen farklılıklar, – kalın zarlarda önemli miktarda periferal proteinlerin varlığına, – ince zarlarda ise önemli miktarda integral 37 proteinlerin varlığına bağlıdır. Mitokondri zarının kalınlığı 50 Ao dan biraz fazladır. Ama yalnız başına lipid tabakasının kalınlığı da 50 Ao kadardır. Buradan mitokondri zarının çok az periferik proteine sahip olduğu, bu yüzden onun asıl kalınlığını lipid tabakası ile lipide gömülü olan integral proteinlerin sağladığı anlaşılmaktadır.  HÜCRENİN YAPISI HÜCRENİN YAPISI Hücre Zarı ve Görevleri Hücre Zarı ile İlgili Görüşler Hücre Zarını Oluşturan Moleküller Lipidler Fosfolipidler Glikolipidler Kolesterol Lipidlerin Asimetrisi Proteinler Proteinlerin Zarlardaki Yerleşim Şekilleri Zar Proteinlerinin Saf Olarak Elde Edilmesi Zar Proteinlerinin Eritrositlerde İncelenmesi Proteinler Zarda Difüzyona Uğrarlar Karbohidratlar Karbohidratlar Zardaki Asimetriye Katılırlar  3. Hücre Zarını Oluşturan Moleküller 1. LİPİDLER Suda çözünmeyen Kloroform gibi organik çözücülerde eriyebilen biyomoleküllerdir. 39 Lipidler yüksek konsantrasyonda enerji depolayan ve zar bileşeni olarak da değişik rollere sahip moleküllerdir. Bir hayvan hücresinde, hücre zarının yaklaşık % 50’si lipid dir.  Zarda yer alan lipidler 3 büyük grup altında toplanırlar. Bunlar; 40 Fosfolipidler, Glikolipidler ve Kolesterol’dür. Bu lipidlerin üçü de amfipatik özelliktedirler, yani bir hidrofilik bir de hidrofobik uçları vardır. Lipidlerin bu amfipatik yapısı onların sıvı ortamda kendiliğinden çift tabakalı (bilayer) olarak şekillenmesini sağlar.  A. Fosfolipidler Fosfolipidler, membranın iki katlı yapısını oluşturan esas yapılardır. Fosfolipidler fosfat içeren hidrofilik bir baş kısma ve bu başa bağlanmış iki adet hidrofobik yağ asiti zincirinden oluşan amfipatik moleküllerdir.. 41  A. Fosfolipidler Yağ asiti kuyrukları suda zayıf çözünürlüğe sahip olduklarından, fosfolipidler sulu çözeltilerde kendiliğinden çift-tabaka oluştururlar. Hidrofobik kuyruk kısımlar zarın iç bölümüne gömülüdür ve polar baş kısımlar zarın her iki yüzeyinde, su ile 42 temas halindedir. Bu fosfolipid çift tabakalar iki sulu kompartman arasında kararlı bir bariyer oluşturur ve biyolojik zarların temel yapısını oluşturur.  Fosfolipidler dört bileşenden oluşurlar; yağ asidi grubu, negatif yüklü bir fosfat grubu, bir alkol grubu ve bunları birbirine bağlayan bir omurgaya sahiptir. bu omurga ya üç karbonlu bir alkol olan gliserol den, ya da çok kompleks bir alkol olan sfingozin den meydana gelir. Gliserol’den meydana gelen fosfolipidler, fosfogliserit ve/veya gliserofosfolipid olarak adlandırılır. Sfingozin den meydana gelen tek bir fosfolipid vardır: Sfingomiyelin 43 Gliserofosfolipidlerin ön maddesi membran yapısında az miktarda bulunan fosfatidik asit‘tir. En basit fosfolipid olan fosfatidik asit, gliserol-3-fosfatın iki yağ asidi ile esterleşmesi sonucu oluşur. Fosfatidik asidin fosfat grubuna, serin, etanolamin ve kolin gibi yüksüz bir alkolün bağlanmasıyla farklı gliserofosfolipidler oluşur. Bir fosfogliserit veya gliserofosfolipid yapısal olarak; bir gliserol, 2 yağ asiti zinciri ve bir fosfatlanmış alkol ihtiva eder. 44 Zarda bol bulunan fosfolipidlere örnek olarak; -Fosfatidilkolin, fosfat grubuna kolin bağlıdır. Kolinerjik nöronlarda asetilkolin sentezinin bir kaynağıdır. -Fosfatidiletanolamin, Fosfat grubuna etanolamin bağlıdır. Beyin ve omurilikte, ayrıca bakterilerin hücre zarlarında çok miktarda bulunur. - Fosfatidilserin Fosfat grubuna serin bağlıdır. Beyin hücreleri arası iletişimde görevli olan kimyasal mesajcılar için bağlanma bölgesi oluşturur. ve -Sfingomyelin Bunun omurgası, sfingozin adlı bir amino alkoldür. Fosfat grubuna bir kolin grubu bağlıdır. Beyin ve sinir dokusunda bol miktardadırlar. Miyelinli nöronların aksonlarını saran ve izole eden miyelin kılıf, iyi bir sfingomiyelin kaynağıdır. Zarda daha az miktarda bulunanlara örnek; -Fosfatidilinositol de fosfat grubuna inositol bağlıdır. Hücre içi sinyalizasyonda kullanılır. 45  Fosfolipid ve glikolipidlerdeki yağ asidi zincirleri genellikle çok sayıda karbon atomu ihtiva eder, tipik olarak bu sayı 14-24 arasındadır. Ama en çok 16 ve 18 karbonlu yağ asitleri 46 gözlenir. Yağ asidi kuyruklarından biri çift bağ taşımazken (doymuş yağ asidi) diğeri bir veya daha fazla sayıda çift bağ taşır (doymamış Çift bağ yağ asidi). Çift bağ o bölgede bir bükülmeye neden olur.  Lipid tabakanın akıcılığı; zarda yer alan lipidlerin kompozisyonuna, fosfolipidlerin hidrofobik karakterdeki kuyruk kısımlarının yapısına ve sıcaklığa bağlıdır. Fosfolipidlerin kuyruk kısımları arasındaki Van der 47 Waals etkileşimleri ve hidrofobik etki kuyrukların bir araya toplanmalarını sağlar. Uzun, doymuş yağ açil zincirleri bir araya toplanmaya daha fazla eğilimlidir. Bu şekilde bir araya toplanarak zara nisbeten katı (jel benzeri) bir yapı kazandırırlar.  Kısa yağ açil kuyruklu fosfolipidler ve doymamış yağ asit zincirleri(çift bağ içeren) ise dirsek yaparak hidrokarbon kuyruklarının sıkıca paketlenmesini önler zara daha akışkan (sol benzeri) bir yapı kazandırırlar. Katı (Jel) yapıdaki zar tabakaları ısıtılacak olursa, yağ asidi kuyruklarının moleküler hareketinin artması nedeniyle zar daha akışkan (sol) bir karakter kazanır. 48  Bazı çalışmalarla, sentetik çift tabakalı yapıda lipid moleküllerinin hareket ettiği gösterilmiştir. Lipid tabakadaki fosfolipidlerin hareketi 4 tiptir: Örneğin; lipid molekülü lipid çift tabakanın bir 49 yüzünden diğer yüzüne göç eder, bu olaya flip-flop adı verilir.  Lipid çift tabakanın ayrıca bir yüzünde (monolayer) bir lipid molekülün kolayca kendi yanındaki komşusuyla yer değiştirmesine lateral difüzyon (saniyede yaklaşık 107 kere) adı verilir. 50  Tek tip lipid molekülünün çok hızlı olarak kendi uzun ekseni boyunca dönmesine ise, rotasyon hareketi adı verilir. Lipid çift tabakanın ortalarında, özellikle oldukça büyük açılarda yağ asidi zincirlerinin birbirine yaklaşması ve bükülmesine fleksiyon hareketi adı verilir. 51  B. Glikolipidler Membran karbohidratları, membranda %2-10 oranlarında bulunabilir. Bunlar hücrelerarası adezyon (tutunma) ve doku bütünlüğünü sağlama gibi işlevlere sahip olup bağırsak epiteli gibi özel dokularda sindirim enzimleri ve safra tuzu etkisine karşı koruyucu nitelik kazanabilir. Hücre etkileşimi, tanınması, reseptör etkileşimi, virüs- bakteri tutunmasında rol oynar. Kan grubu antijenlerinin (A, B, O) yapısına katılırlar. 52  B. Glikolipidler Glikolipidler karbohidratların(oligosakkarit) lipidlere bağlanmasıyla meydana gelen moleküllerdir. Hücrelerin pek çoğu, ekstrasellüler yani membran dış yüzüne bakacak şekilde karbohidrat bağlanmış lipid molekülleri içerir. Bunlara glikolipid adı verilir. 53 Özellikle sinir dokuda oldukça fazladır. Hücre zarındaki lipidlerin yaklaşık % 5 kadarını glikolipidler oluşturur.  Glikolipidlere örnek olarak galaktoserebrosit (myelinde %40) ve gangliosit verilebilir. Gangliositler en kompleks glikolipidlerdir. Bir veya daha fazla sialik asit içerirler. Bunlar zara negatif yük (-) kazandırır. (bu da hücreler ve bazı moleküller arasındaki bazı elektrostatik itme olaylarında olumlu sonuçlar verir). Gangliositler sinir hücrelerinde tüm lipidlerin %5-10'unu oluşturur. Yaklaşık 40 farklı tipte gangliosit belirlenmiştir. Glikolipid metabolizması bozukluğuna bir örnek olarak Tay- Sachs hastalığı verilebilir. Bu hastalıkta GM2 ganglioside adlı bir yağ molekülünün beyinde birikimi olur. Sonuçta beyin ve sinir sist bozukluğu, zekâ geriliği ve erken ölümle karşılaşılır. Not: (hegzozaminidase eksikliği sonucu) 54  Glikolipidlerin yapısı türler arasında olduğu gibi, aynı türün dokuları arasında da farklılık gösterir. Hücresel etkileşimler büyüme ve gelişmenin düzenlenmesinde rol oynar. Oldukça antijeniktirler. Kan grubu antijenleri, çeşitli embriyojenik antijenler vb. tanımlanmıştır. Ayrıca bazı virüsler için olduğu gibi difteri ve kolera toksinleri içinde hücre yüzey reseptörü olarak görev görürler. 55  C. Kolesterol o Zarlarda bulunan diğer bir lipid molekülü kolesteroldür. o Kolesterol molekülleri; hidroksil grupları ile, hücre zarında yer alan fosfolipidlerin baş kısımlarına, rijit, plaka benzeri steroid halkaları ile fosfolipidlerin hidrokarbon 56 zincirlerine bağlanır ve onların hareket yeteneğini azaltır. o Böylece lipid tabakaya daha katı bir karakter kazandırır.  Fosfolipidlerin kolesterol ile etkileşmemiş kısımları ise esnekliklerini sürdürürler.  Ortamdaki kolesterol konsantrasyonu azalacak olursa, steroid halka fosfolipidlerin hidrofobik kuyruklarından ayrılır ve zar daha akışkan bir karakter kazanır. Y 57  Soğukta ise yağ asiti hidrokarbon zincirleri arasına girerek zarın donmasını önleyerek akışkanlığın devamını sağlar.  Yüksek sıcaklıklarda kolesterolün başı fosfolipidlerin polar uçlarına doğru kayarak zarın çok fazla akışkan olmasını önleyerek zardan suda çözünen küçük moleküllerin ve suyun geçebilirliğini de azaltır. -Kolesterol molekülleri çok küçük bir polar baş kısma sahip olduğu için flip-flop hareketini kolayca yapabilir.  Kolesterol, fosfolipidlerin kuyruk kısımlarının daha düzgün olarak düzenlenmesini sağlarken, özellikle bir fosfolipid sınıfı olan fosfatidil kolinin boyunun uzamasına, dolayısıyla zar kalınlığının artmasına neden olur. 58 Kolestrol molekülünün zar kalınlığı üzerine etkisi  Lipid tabakaların diğer bir önemli özelliği, onların birlikte hareket eden yapılar olmalarıdır. Bu hareketler nonkovalent etkiler yardımıyla gerçekleşir. 59 Bu enerjik faktörler 3 önemli biyolojik sonuca neden olur. 1. Lipid tabakaları kendiliğinden genişleyebilme eğilimindedir. 2. Lipid tabakaları birbirlerine mümkün olduğunca yakın olma eğilimindedir. 3. Lipid tabakaları, kendi kendilerini tamir edebilir.  Lipidlerin Asimetrisi Lipid çift tabakanın her iki yarısının lipid kompozisyonu (bileşenleri) birbirinden farklıdır. Buna lipid asimetrisi adı verilir ve bu durum membranın fonksiyonu için önem arz eder. Örneğin; ekstrasellüler sinyallerin intrasellüler sinyallere dönüştürülmesinde önemlidir. Örneğin; insan kırmızı kan hücre zarında, lipid tabakanın dış yarısında 60 fosfolipidler baş gruplarında kolin veya sfingomiyelin ihtiva ederken iç yarısındaki bütün fosfolipidler etanolamin ve serin ihtiva ederler. Buna ilaveten fosfotidil serinin negatif(-) yüklü olması da farklılık oluşturur. İnsan kırmızı kan hücre zarında lipidlerin asimetrik dağılımları,  Zarın lipid kompozisyonu zardaki bükülmeleri de asimetriyi etkiler. Fosfatidil kolin gibi uzun bir kuyruğa ve iri bir başa sahip moleküller zarda silindirik bir şekil oluştururken, Fosfatidil etanolamin gibi küçük bir baş kısma sahip moleküller ise zarda konik bir şekilde yer alırlar. 61 Zarın bu karakteri, zarda görülen çeşitli girinti ve çıkıntılar, veziküller, mikrovillüsler gibi oluşumların ortaya çıkmasında önemli rol oynar.  2. Proteinler  Hücrenin yaşamıyla ilgili birçok özel fonksiyon proteinler tarafından gerçekleştirilir.  Zarda yer alan proteinlerin tipleri ve miktarları oldukça farklıdır. 62  Örneğin; Sinir aksonlarını kuşatan miyelin zarlarda, zarın toplam kütlesinin % 25 inden daha azı proteinken, mitokondri, kloroplast gibi enerji üreten yapılarda bu miktar % 75 kadardır.  Zarlarda 1 protein molekülüne karşılık yaklaşık 50 lipid molekülü yer alır.  Fosfolipidlere benzer olarak zar proteinleri de hidrofilik ve hidrofobik bölgelere sahiptirler (amfipatik özellik). Ayrıca, zar proteinleri, içinde bulundukları lipid yapıyla fiziksel bağlar yapar. Bu bağlar geçici olup proteinin fonksiyonuna göre zar üzerinde lateral ya da rotasyonel hareket yapmasına imkân tanır. Bazı zar proteinleri yalnızca bazı fosfolipidlerin işlerliğinde fonksiyonel bir yapı kazanabilir. Bazı enzimler (proteinler) de zarın iç kısmında bulunan birtakım lipidlere bağlanarak işlevsel olur. Örneğin protein kinaz C(PKC) fosfatidilserinin yoğun bulunduğu iç yüzeye bağlanır ve o şekilde aktive olabilir. 63  Zar proteinleri, bahsettiğimiz üzere oldukça geniş işlevlere sahiptir. Örneğin bu proteinler hücre iskeleti için tutunma bölgeleri oluşturabilir (katenin), hücrelerin birbirleriyle tutunmasını sağlayabilir (cadherin), zara bağlı enzimler enzimatik süreçleri gerçekleştirip, hücre immünitesinde ve antijenik özelliklerine etkili olabilir (MHC proteinleri). İnsanda yüzey antijenlerine örnek olarak major histokompatibite kompleks (MHC) ve human leukocyte antigen (HLA) verilebilir. 64  Lipid tabakada bir taraftan diğer tarafa kadar uzanan proteinlere (1 ve 2) Transmembran (integral) proteinler adı verilir. Bu proteinlerin bazılarının hidrofobikliği kendilerine kovalent bağlı ve lipid tabakanın sitoplazmik yarısı içine gömülü yağ asidi zincirleri ile artabilir. Zarların sitoplazmik yarısına bağlanan bazı proteinler sadece yağ asiti zincirleri aracılığıyla lipid tabakaya tutunur (3). Bazı hücre yüzey proteinleri ise küçük bir fosfolipid olan fosfatidil inositol’e kovalent olarak bağlanarak lipid tabakanın dış yüzünde yer alırlar (4). 65  Bunların dışındaki proteinler ise zarın her hangi bir yüzeyinde yer alıp, hidrofobik bölgeye kadar uzanmazlar, zarda yer alan diğer proteinler ile nonkovalent olarak bağlanırlar (5 ve 6). Çok kolay ekstrakte edilebilen bu proteinlere,  periferal zar proteinleri adı verilir. 66 (Zarda yer alan proteinlerin yapısal ve lokasyonel tipleri. Şekilde integral transmembran ve periferik proteinlere örnekler görülmektedir). 67  Yağ asitlerine kovalent olarak tutunan proteinler (3 ve 4) zarda bulunan lipidlere kovalent olarak bağlanır. Bu proteinler üç tip lipid grubuyla bağlanırlar. 68  Birinci tip bağlanmada (açilasyon); bir yağ asiti zinciri (myristic veya palmitic acid) bir amid bağı aracılığıyla, sitozolik yüzde, proteinin amino ucundaki glisine kovalent olarak bağlanır. 69 Lipid çift tabaka  İkinci tip bağlanmada (prenilasyon); bir yağ asiti zinciri prenyl grubu (farnesyl veya daha uzun olan geranylgeranyl grubu) bir thioeter bağı ile, sitozolik yüzde, proteinin karboksil ucundaki sistein’e bağlanır. sitozol 70  Üçüncü tip bağlanmada; proteinler, zarın dış yüzünde yer alan glikozilfosfatidilinositol (glycosylphosphatidylinositol) (GPI) ile bağlanır. Hücreler arasında farklılık gösterir ancak bu yapı genel olarak fosfatidilinositol ve fosfatidiletanolamin 71 ihtiva eder. Ekstraselüler yüz Sitoplazmik yüz  Transmembran proteinlerin, polipeptid zincirinin lipid çift tabakanın hidrofobik bölgesine gömülü olan kısmı nonpolar yan zincirli amino asitlerden oluşurlar.  Bu proteinler, lipid çift tabakayı α-sarmal (α- heliks) halinde geçerler. 72  Transmembran proteinlerin, lipid çift tabakayı geçişi ya tek bir zincir şeklinde, tek geçişli (single-pass), veya birkaç tane α-sarmal zincir halinde, çok geçişli (multi-pass) olur. 73  Sentezlenen proteinler zarda lipid tabakaya endoplazmik retikulum ve Golgi Kompleksi yoluyla taşınırlar. 74 Bunlar hücre zarının sitoplazmik veya hücre dışı (ekstraselüler) yüzeylerinde asimetrik olarak dizilirler ve bu dizilişlerine göre onların fonksiyonları da farklılık gösterir.  Transmembran proteinlerin çoğu glikozillenmiştir. Glikozillenme proteinlere şeker gruplarının eklenmesidir. Bu eklenme endoplazmik retikulum ve Golgi Kompleksinde gerçekleşir. Proteinlerin oligosakkarit zincirleri daima ekstraselüler yüzde yer alır. Bu proteinlerin sergiledikleri asimetri, sahip oldukları diğer ilave gruplar ve çeşitli bağlar tarafından daha da artırılır. 75  Zar Proteinlerinin Saf Olarak Elde Edilmesi Genel olarak transmembran (integral) proteinler, lipid tabakayı tahrip ederek hidrofobik ilişkileri bozan çeşitli ajanlar tarafından çözündürülebilir. Bu ajanlar içinde en fazla kullanılan deterjanlardır. 76 Bunlar suda misel şeklinde toplanma eğilimi gösteren amfipatik moleküllerdir. Zarlarla karıştırıldıklarında deterjanların hidrofobik uçları zar proteinlerinin hidrofobik bölgelerine bağlanır, böylece lipid moleküllerin yerini değiştirirler. Polar baş grupların suda çözünmesi hidrokarbon kısımların su tarafından itilerek kümeleşmesi sonucu ortaya çıkan yapıya misel adı verilir.  Deterjan molekülünün diğer ucu polar olduğundan, protein molekülünün lipid tabakadan ayrılarak bir protein-deterjan kompleksi halinde solusyon içerisine geçmesini sağlar. -Deterjanlar dializ veya herhangi bir 77 kromatografi tekniği kullanılarak uzaklaştırılmadan önce ortama fosfolipidler karıştırılır. Böylece sadece o proteini ihtiva eden özel bir fosfolipid çift tabaka elde edilir ve o proteinin istenen fonksiyonu bu ortamda araştırılır. Zar Proteinleri çekirdek veya diğer organellere sahip olmadığından diğer iç zarlarla karışmadan, bol ve doğrudan saf olarak elde edilebildiği için en çok Eritrositlerde İncelenir.  İnsan eritrosit zarlarında, SDS poliakrilamit jel elektroforezi ile yapılan çalışmalarla, molekül ağırlığı 15 000 - 250 000 arasında değişen 15 büyük protein bandı elde edilmiştir. Bu proteinlerden üçü, spektrin (spectrin), 78 glikoforin (glycophorin) ve Band 3 tür. Bu proteinlerin zarda diziliş şekilleri farklıdır.  Spektrin (Spectrin) Eritrositlerdeki protein moleküllerinin çoğu lipid tabakanın sitoplazmik yüzüne tutunmuş olan periferal zar proteinleridir. Bunların içinde de en bol bulunanı 79 spektrin’dir. yaklaşık 100 nm uzunluktadır. İki büyük polipeptid zincirinden meydana gelmiştir. Esnek ince ve uzun yapıdaki bu zincirler birbirlerine birkaç noktada nonkovalent olarak tutunmuştur.  Zarın altında yer alan sitoplazma iskeletinin esas elemanıdır. Eritrosit zarlarına bikonkav bir şekil ve bütünlük sağlarlar. Bu bikonkav yapı özellikle kapillerlerden geçerken oluşan büyük basınca eritrositlerin dayanmasını sağlar. 80  Glikoforin (Glycophorin) İnsan eritrosit hücre zarında bulunan, amino asit dizilişi tam olarak bilinen ilk protein Glikoforin’dir. 81 Glikoforin, kütlesinin büyük kısmı zarın dış yüzeyindeki 131 amino asitten oluşmuş bir transmembran glikoproteindir. Tek geçişli bir proteindir.  Band 3 Protein Glikoforin gibi Band 3 proteini de bir transmembran proteindir. Glikoforinden farklı olarak Band 3 proteini çok geçişli (multipass) bir zar proteinidir. 82 Band 3 proteini lipid çift tabakayı 10 α-sarmal halinde kateden ve yaklaşık 900 amino asitten oluşmuş uzun bir proteindir.  Eritrositlerin başlıca görevi olan akciğerlerden dokulara oksijen, dokulardan akciğere karbondioksit taşıması anyon transport proteinleri olan Band 3 proteinler ile yapılır. Band 3 proteinleri dondurma-kırma elektron 83 mikroskobi teknikleriyle incelendiğinde zar içi partiküller olarak görülür.  Proteinler Zarda Difüzyona Uğrarlar 84 Lipidlerde olduğu gibi, proteinler de rotasyon ve lateral difüzyon şeklinde yer değiştirme hareketleri yaparlar fakat flip-flop hareketi yapmazlar.  3. Karbohidratlar Bütün ökaryotik hücreler ekstraselüler yüzeylerinde, protein moleküllerine kovalent olarak bağlanmış oligosakkarit ve polisakkaritler ile (glikoproteinler), lipidlere kovalent olarak bağlanmış oligosakkarit molekülleri (glikolipidler) taşırlar. Fakat iç mitokondriyal zar , kloroplast ve lamelleri ve çeşitli diğer hücre içi zarlarda bulunmazlar. Karbohidratlar toplam zar ağırlığının % 2 - 10 unu teşkil ederler. 85  Lipidler, sayı olarak proteinlerden daha fazladır. Proteinler, büyük moleküller olduğu için bir protein molekülüne karşılık 50-100 lipit molekülü denk gelir. Bir glikolipid molekülü bir oligosakkarit zincir taşırken, bir glikoprotein molekülü (örneğin glikoforin) bir kaç oligosakkarit zincir taşır. Bazı hücre zarları proteoglikan (proteoglycan) molekülleri de taşırlar. Proteoglikan molekülleri, hücrenin dış yüzünde yer alır ve bir protein molekülüne bağlı uzun polisakkarit zincirlerinden oluşurlar. 86  Proteoglikanlar, bir organizmada hücrelerin arasında bulunan "dolgu" maddesi olan hayvansal ekstraselular matriksinin büyük bir bileşenidir. Proteoglikanlar yapı ve şeker yan zincirlerinin 87 düzenlenişi açısından glikoproteinlerden farklıdırlar. -Saç Büyüme Siklusunda meydana gelen dengesizliği ortadan kaldırarak Foliküler Atrofi tedavisinde etkinliği kanıtlanmıştır. Proteoglikanların asıl yapısı glikoprotein ise de ağırlıklarının yaklaşık % 95 ini karbohidratlar oluşturur.  Proteoglikanlarda karbohidratlar uzun ve dallanmamış olup uçlarında sialik asit taşımazlar. Genellikle bunlar birkaç yüz şeker rezüdü ihtiva eden glikozaminoglikan (GAG) molekülleridirler. Bunlar proteoglikanların karbohidrat kısımlarıdır. Genel olarak ökaryot hücrelerde zarların dış yüzünü kuşatan bu karbohidratca zengin kısma; hücre örtüsü (cell coat) veya Glikokaliks (Glycocalyx) adı verilir. 88  Glikoproteinler ve glikolipitler hücre zarında uyarıları algılayan reseptör olarak görev yapan hücreye alınan bazı maddelere bağlanma bölgesi oluşturan yapılar olup, hücrelerin birbirini tanımasını sağlar ve hücre zarının seçici geçirgenliğini denetleyen moleküllerdir. Örneğin bazı peptit hormonlar, kolera ve tetanus toksinleri, virüsler, bakteriler bu şekilde bağlanır. Kanser hücrelerinde de plazma membran karbohidratlarında değişiklikler görülür. 89 Kan Grubu Antijenleri ve Zar İlişkisi Kan grubu antijenlerinde ön plana çıkan moleküller glikoproteinler ve glikolipidlerdir. Karbohidrat grubu, antijenik belirleyicidir. A grubu bireyle B grubu birey arasında karbohidrat organizasyonu farklıdır. Farklı gruptan bireylerin kanlarının birbirlerine enjekte edilmesi, immün cevap meydana getirir. Verici ve alıcı aynı gruptan ise immün yanıt beklenmez. Tüm bireylerde 0 antijenini sentezleyen enzimler vardır. 0 antijeni fukoz, galaktoz, N-asetilglukozamin ve glikoz zincirlerinden oluşur. A grubu, 0 grubuna ek olarak N-asetilgalaktozamin, B grubu ek olarak daha fazla galaktoz barındırır. AB grubu bunların tümüne sahiptir. 90  Karbohidratlar, Zardaki Asimetriye Katılırlar proteinler ve lipidler zarda asimetrik olarak yer almaktadır. Karbohidratlar da zarda asimetrik olarak yer alırlar. Gerek hücre içi proteinleri, gerekse hücre zarlarının glikolipid, glikoprotein ve proteoglikanları zarların sitoplazmaya bakan yüzlerinde değil de dışa bakan (ekstraselüler) yüzlerinde yer alırlar. Hücre içi organellerde ise, karbohidratlar organelin lümenine bakan yüzünde bulunur. 91  İYİ GÜNLER……. 92 93