Hücre Zarının Yapısı ve Sentezi PDF

Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu HÜCRE ZARI ▪ Kalınlığı yaklaşık 5-8nm(50-80 Ǻ) arasında değişiklik gösterir. (Genellikle 5 nanometredir ancak doymuş yağ birikimine bağlı olarak kalınlığı artabilir.) ▪ Hücrelerin yapı ve fo...

Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu HÜCRE ZARI ▪ Kalınlığı yaklaşık 5-8nm(50-80 Ǻ) arasında değişiklik gösterir. (Genellikle 5 nanometredir ancak doymuş yağ birikimine bağlı olarak kalınlığı artabilir.) ▪ Hücrelerin yapı ve fonksiyonları önemli ölçüde membranlara bağlıdır. ▪ Membranlar (Zarlar): o Hücrelere bulundukları çevreden izole bir ortam oluşturur, o Dışarıdan gelen yabancı maddelere karşı korur, o Sitoplazma ve hücre dışı iyon geçişini kontrol eder ve derişim farklılığını sağlar, o Dışarıdan gelen sinyalleri algılamak için reseptör bulundurur, o Ökaryotik hücrelerde internal kompartmanları (nukleus ve sitoplazmik organeller) oluştururlar. Hücre membranları: İki yüzeyi su olan ortamda, fosfolipid ikili tabaka ve proteinler temel yapıyı oluşturur. Extracellular: Hücre dışı Intracellular: Hücre içi Intercellular: Hücreler arası bölge Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu *Hücre zarı ile ilgili araştırmalar genellikle eritrositler üzerinde yapılır. Bunun nedeni eritrositlerin oksijen taşımak için çekirdek ve zarlı organellerini kaybetmesidir. Hücre Zarının Yapısı ▪ Biyolojik membranlar birbirlerine kovalan (sıkı sıkıya bağlı) değildir. Lipit ve protein moleküllerinden oluşmuştur. Bu nedenle hareketli bir yapısı vardır. Zarların oluşumunun temeli, tamamen lipidlerin yapısal özelliğine dayanır. Hücre Zarının Tüm Hücrelerde Görülen Özellikleri: o Fosfolipid bilayer (ikili tabaka) şeklinde olması o Protein içermesi (proteinler taşıyıcı kanal, reseptör gibi özellikler gösterebilir) o Reseptör işlevi gören yapıların bulunması o Makromoleküllerin membran boyunca transportu (taşınması) o Elektron transportu (ETS) ve oksidatif fosforilasyon yapılması o Hücreler arası ilişkinin kontrolünün sağlanması Fosfolipid molekülleri hidrofobik yağ asit zincirleri ve hidrofilik polar gliserol baş grupları içerir. Yapısal özellikleri nedeniyle iki tarafı su olan ortamda fosfolipid ikili tabaka görüntüsü oluşur. Fosfolipidlerin hidrofobik kısımları açı oluşturabilir. Bunun nedeni yapılarındaki yağ asitlerinin doymamış olması (karbonlar arası çift bağ içermesi)dir. Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Membran Lipidleri: Hücre membranının temel yapı birimleri “fosfolipidler”dir. Fosfolipidler: Amfipatik (hem hidrofobik hem de hidrofilik kısım bulunduran yapı) moleküllerdir. Hidrofilik bir baş ve hidrofobik bir kuyruk kısmına sahiplerdir. Suyun içerisinde miçelyum (miçelle) yapısını oluşturur. Lipozom sentetik olarak laboratuvarda üretilebilir ve hücrelere protein, gen, ilaç, vb iletmek için vektör olarak kullanılmaktadır. (mRNA aşıları da bu şekilde üretilebilir.) Membran lipidleri birçok hücre membranının %50’sini oluştururlar. Bir hayvan hücresinin plazma zarında ortalama 109 lipid molekülü yer alır. Bu oran membranın tipine ve hücrenin fonksiyonuna gören değişiklik gösterir. Plazma membranı: %50 Lipid + %50 Protein Mitokondri iç membranı: %25 Lipid + %75 Protein ( %75 protein bulunmasının nedeni ETS elemanlarıdır.) Membranların bir diğer önemli özelliği, lipidlerin ve proteinlerin serbestçe hareket edebildiği iki boyutlu bir akışkan gibi olmasıdır. (sıvı akışkan mozaik model) Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Membran Lipidlerinin Hareketleri: *Lateral difüzyon: Membran lipidlerinde saniyede 10^7 kez gerçekleşir. Aynı tabakadaki lipitler arasında görülür. *Flip-Flop: Lipidlerin çift katmanın bir yüzünden diğerine hareketidir. Ayda bir kezden daha az görülür. Yer değiştiren fosfolipidler enzimler aracılığıyla geri yerine döndürülür. *Rotasyon: Fosfolipidin kendi çevresinde dönmesidir. *Fleksiyon: Fosfolipidde bulunan yağ asidi zincirlerinin bükülmesi ve birbirine yaklaşmasıdır. (Bu özelliği karbonlar arasındaki çift bağ sayesinde kazanmıştır.) NOT: Protein ve lipidler hücre içine dışına flip flop ve yanal olarak lateral difüzyon yaparlar. (Membran proteinleri lateral difüzyon yapar, flip flop yapmazlar.) Hücrede temel olarak 3 tip lipid yer alır: fosfolipid, kolesterol,glikolipid. Hücrenin akışkanlığını fosfolipidler, hücrenin içeriği ve sıcaklığı sağlarken fazla akışkan olmaması için de kolesterol görev alır. KOLESTEROL: Hücre membranının stabilitesini sağlar. Fazla bulunması hücre membranını kalınlaştırır. İleri yaşlarda damar tıkanıklığı damar içinde bulunan endotel tabakasındaki hücrelerin zarında fazla kolesterol birikimi nedeniyle oluşur. ! Bakteri hücre zarında kolesterol bulunmaz ve bakteri hücre zarı tek tip fosfolipidden oluşur. Hücre Membranında Bulunan Lipidler: Lipid kompozisyonu aynı zamanda hücre tipine göre farklılık gösterir. Memeli plazma membranı temel olarak 4 tip fosfolipid bulundurur. Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Hücrenin dış yüzeyinde bulunan lipidler ile sitoplazmaya bakan yüzde yerleşen lipidler farklılık gösterir. Hücre zarı lipidleri asimetrik yerleşir. Fosfotidilserin, fosfotidiletanolamin sitozole bakan yüzeyde yer alır. Özellikle fosfotidilserinin dış yüzeyde bulunması ölümcüldür. Bu yüzden enzimler tarafından sıkı bir şekilde kontrol edilir. Diğer lipidler hücrede dış yüzeyinde yerleşik bulunur. -Hücre zarı asimetrik bir yapıya sahiptir ve sağlıklı her hücre bu asimetriyi korur. Hücre zarının asimetrisini sağlayan glikolipidler (şeker+lipid içeren moleküller) sadece hücre dışına bakan katmanda yer alır. -Lipid molekülüne golgide şekerlerin ilavesi ile zar glikolipidleri sentezlenir -Plazma zarı; Sfingolipidler, kolesterol ve bazı zar proteinlerinden zengin lipid salları (raft) içerir. ( Hücre zarının kalın kısımları buralardır, hücreler arası haberleşmede ve sinyalizasyonda görev alırlar.) Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Fosfolipid Sentezi ve Hücre Membranına İletimi: (A): 1)ER membranının sitozole bakan yüzeyinde fosfolipid sentezi yapılır. 2)Skramblaz enzimi flip-flop hareketini 100.000 kat hızlı olmasını sağlayarak fosfolipidlerin ER membranının sitozole bakan kısmında birikimini engeller böylece simetrik bir yapı oluşur. (B): 1)Üretilen fosfolipidler veziküller ile taşınarak ekzositoz yolu ile hücre membranına eklenir. 2)Flippaz enzimi spesifik fosfolipidleri membranın sitozole bakan kısmına çevirir. Not: Sitozol, sitoplazmanın sıvı ve sıvıda çözünmüş kısmıdır. Not: Vezikül, maddeleri depolayan veya taşıyan kapalı zardan oluşan, görece küçük hücre içi bir kesedir. ER’de üretilen fosfolipidler veziküller ile taşınıp direkt hücre zarına açıldığından ER zarının iç yüzeyi ile hücre zarının dışı özdeştir. Not: Fosfotidilserin flippaz enzimi tarafından daima membranın sitozole bakan kısmında tutulur. Hücre ölümü gerçekleşince bu işlem durur ve fosfotidilserin membranın dış kısmına çıkmaya başlar. Hücrenin öldüğü bu şekilde anlaşılabilir. ! Fosfolipid sentezi düz (granülsüz) endoplazmik retikulumda gerçekleşir. Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu *Hücre zarı dış yüzeyde yer alan ekstraselüler matriks ve hücre içerisinde yer alan iskelet proteinlerine tutunur. Hücre İskelet Proteinleri: -Hücre zarının stabilitesinde rol oynarlar. -Hücrede madde taşınımında görev alırlar. -Hücrenin iç ve dış bölgesinde bulunabilirler. -Hücre zarının şeklini belirlerler (kübik,silindirik,yassı vb.) -Hücrenin aktif hareketinde görev alır. Membran Proteinleri: -İntegral membran proteinleri: Doğrudan lipid bilayer’a gömülü olarak bulunurlar. ✓ Transmembran proteinler: Bir çeşit integral membran proteinidir. Membranı bir uçtan diğer uca kat ederler. Kanal proteinleri, transporter proteinler, reseptör proteinler örnek verilebilir. İntegral proteinlere örnekler: ✓ İntegrinler, plazma zarının her iki yönde bilgi taşımanın yanı sıra trombosit agregasyonu(kümelenmesi), doku tamiri, immün hücre aktivitesi, tümör invazyonunda(yayılması) rol oynar. ✓ Kaderinler ve Ig benzeri proteinler hücre-hücre bağlantısından sorumludur ✓ Selektinler, hücre yüzeyinde karbonhidrat bağlayıcı Ca bağımlı proteinlerdir - Periferal membran proteinleri: Lipid bilayer’ın içine girmezler, integral membran proteinleri ile ilişkiye geçerek dolaylı yoldan lipid bilayer yapısına katılılırlar. Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Membran Transport (Taşıyıcı) Proteinleri Kanal proteinleri: Membranda açık porlar oluştururlar. Uygun büyüklükteki herhangi bir molekülün geçişine izin verirler. Örn: İyon kanalları Taşıyıcı proteinler: Küçük moleküllere (örn: Glukoz) spesifik olarak bağlanır ve onları taşırlar. Hücre İçinde Protein İletimi ve Protein Üretimi Yapılan Yerler: -Çekirdek, mitokondri, kloroplast ve peroksizoma gidecek olan proteinler sitozolde serbest halde bulunan ribozomlarda sentezlenir. -Bir proteinin gideceği yeri proteinin ucundaki aminoasit kombinasyonu belirler. Örneğin protein mitokondriye taşınıyorsa buna mitokondriyal lokalizasyon sistemi denir. -Plazma zarı (hücre zarı), endozom, nükleer membran, lizozom, salgı kesecikleri ve peroksizom membranına giden proteinler kendisini sentezleyen ribozomların ER’ye gitmesiyle ER’de üretilir. Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Salgı Proteini Sentezi 1)SRP (signal recognizer particule) sinyal sekansını (kırmızı renkte) tanıyan SRP bu sekansa bağlanır ve halihazırda protein sentezini sürdüren ribozomu alarak ER zarı üzerindeki reseptörüne (lacivert renkte) bağlanır. 2)Protein sentezlenmeye devam eder ve yer değiştirici proteine (protein translocator) yerleşerek ER’nin içine girer. Buradan golgi aygıtına iletilir. Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Hücre Zarı Proteini Sentezi: 1)Start-transfer sekansı yer değiştirici proteine bağlanır. 2)Stop-transfer sekansı yer değiştirici proteine ulaşana dek protein sentezi devam eder. 3)Stop-transfer sekansı ulaşınca sinyal peptidaz start-transfer sekansını proteinden ayırır. 4)Protein vezikül ile ER zarından hücre zarına iletilir. *İntegral proteinlerin zarlara sıkı tutunması zar lipitleri ve proteinin hidrofobik bölgeleri arasındaki etkileşimler sonucudur. Bazı proteinlere kovalent bağlı lipitler zar proteinlerinin lipit ikili tabakaya tutunmasını sağlar. Bu proteinler hücre yüzeyine gelen sinyalin iletilmesine aracılık ederler. Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Hücre Zarına Şeker İlavesi: Yeni sentezlenen membran proteinlerine şeker ilavesi (glikozilasyon) granüllü endoplazmik retikulumda ve golgide yapılır. Şeker ilavesi ER zarında başlar golgide devam eder. Dolikol fosfat ER zarında yer alan hücre zarı proteinlerine şeker ilavesinden sorumlu moleküldür. ^^ Kan gruplarındaki farklılığı belirleyen eritrosit yüzeyinde yer alan şeker gruplarının farklı olmasıdır. Bu şeker grupları nedeniyle kan grubu farklı bireylere transfüzyon yapıldığında alıcının immün sistemi bu hücreleri yabancı olarak algılar ve reaksiyon verir. Tek molekülün taşınması uniport, iki molekülün aynı yöne taşınması symport, iki molekülün zıt yöne taşınması antiport olarak adlandırılır. (İkili taşımaların genel adı cotransporttur) Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Deterjanlar Deterjanlar da aynı fosfolipidler gibi hidrofilik bir baş kısım ve hidrofobik bir kuyruk kısmından oluşur. Tirton-X, sodyum dodosil sülfat gibi deterjanlar hücre zarını çözebilir niteliktedir. Glukoz taşıyıcıları: Glukoz taşıyıcıları hücre içinde zar veziküllerinde depolanmış durumdadır. Kandaki glukoz miktarı arttığında insülin salgılanır ve hücre zarı üzerindeki reseptörlerle etkileşir. Etkileşim sonrası veziküller yüzeye hareket eder, plazma zarıyla birleşir ve zardaki glukoz taşıyıcılarının sayısı artar. İnsülin düzeyi düştüğünde glukoz taşıyıcıları ufak veziküller oluşturmak üzere endositozla plazma zarından uzaklaştırılır. Oluşan küçük veziküller önce büyük endozomlarla birleşir daha sonra insülin düzeyi arttığında yüzeye geri dönmeye hazır ufak veziküller oluşturmak üzere tomurcuklanır. Hücre zarının yapısı ve sentezi Prof. Dr. Asuman Sunguroğlu Notu hazırlarken hocanın slaytından, ders esnasında aldığımız notlardan ve anlamadığımız yerler için de geçen yılların notlarından faydalandık. Umarım faydalı olmuştur, herkese iyi çalışmalar. Ayşe Temiz& Nur Seda Çakmak