Hücre Fizyolojisi - E

Hücre Fizyolojisi
Yrd.Doç.Dr. Önder AYTEKİN
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücrelerin Fonksiyonel Özellikleri
• Ortamdan ham materyali alırlar
• Enerji üretirler. Bu enerji iç ortam dengesini sağlamak ve
sentez reaksiyonlarını yürütmek için gereklidir.
• Kendi moleküllerini sentez ederler
• Organize bir şekilde büyürler
• Çevresel uyarılara cevap verirler
• Çoğalırlar (bazı istisnalar hariç)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücrelerin yapısal özellikleri
• Kalıtsal bilgiler DNA içinde saklanır
• Genetik kod temelde aynıdır
• Bilgi DNA’dan proteinlere RNA aracılığı ile geçer
• Proteinler Ribozomlar tarafından yapılır
• Proteinler hücrenin yapısını ve fonksiyonunu
düzenlerler
• Bütün hücreler seçici geçirgen bir zar olan plazma
membranı ile çevrilidir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücreleri birbirinden ayıran özellikler
Eukaryot-Prokaryot
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücrenin Organizasyonu
• Hücreyi oluşturan farklı maddeler topluca
protoplazma adını alır.
• Protoplazma temel olarak 5 farklı maddeden
oluşmuştur.
• Su, Elektrolitler, Proteinler, Lipidler,
Karbonhidratlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Su
• Su, hücrelerin temel sıvı ortamıdır.
• Birçok hücrenin %75-80’i sudan oluşmuştur.
• Hücre içindeki kimyasal maddelerin çoğu suda
çözünmüş durumdadır.
•
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Elektrolitler
• Hücreler için gerekli inorganik kimyasallardır
• Hücre içindeki en önemli elektrolitler;
Potasyum, Magnezyum, Fosfat, Sülfat,
Bikarbonat, Sodyum, Klor ve Kalsiyum’dur
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Proteinler
• Sudan sonra hücredeen fazla bulunan
maddelerdir.
• Normalde hücre kitlesinin %10-20’sini
oluştururlar
• Hücre proteinleri yapısal proteinler ve genellikle
enzim işlevi gören globüler proteinler diye ikiye
ayrılırlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Lipidler
• Yağ çözücülerde eriyen maddelerdir
• Çoğu hücredeki en önemli lipidler fosfolipid ve
kolesterol’dür
• Fosfolipid ve kolesterolün dışında hücrede ,
nötral yağ olarak da adlandırılan trigliserid
lipidler de bulunmaktadır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Karbonhidratlar
• Glikoproteinlerin bir parçası olmak dışında
yapısal olarak pek önemli değillerdir
• Ancak, kolay ve anaerobik ortamda enerji
sağlamaları nedeniyle hücrelerin beslenmesinde
önemli rolleri bulunmaktadır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre
Zar yapıları çok ince olduğundan ışık mikroskobunda
görülemez. Ancak eektron mikroskobuyla izlenebilir.
Işık mikroskobunda ancak hücrenin sitoplazmik
sınırları görülebilir.
• Hücrelerde ışık
mikroskobuyla
görülebilen temel
elemanlar
• Hücre zarı
• Sitoplazma
• Çekirdek zarı
• Çekirdek
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Zarlar (Membranlar): İki anlamda kullanılır!
“Zar” (membran) sözcüğü iki farklı anlamda kullanılır.
Bunlardan birisi organları saran ve ince bir hüre
tabakasından oluşan organ zarları; diğeri de hücre
zarıdır. Bu terimler birbirlerinden tamamen farklıdır.
• “Zarsı” (membranöz) dokular:
• Örnek: Perikard zarı
• Epitel dokular: birkaç hücre kalınlığında
• Hücre zarı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Perikardiyal zar kalbi
çevreleyen dokudur.
Gevşek
bağ doku
Hücre
kalp
Perikardiyal zar: bağ
doku ile desteklenmis yassı Perikardiyal zarı
ouşturan her hücre
epitel hücreleri
hücre zarı ile çevrilidir
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Fosfolipid çift
tabakadan oluşan
hücre zarı
Hücre zarı, çok farklı özelleşmeler
yapabilen son derece kompleks bir
örtüdür. Hücrenin canlılığı için en
önemli yapıdır.
Hücre Zarı (Plazmalemma)
• Kalınlığı 7.5-10 nanometre
• İki sıralı fosfolipit tabakası + düzensiz dağılmış
protein molekülleri
• %55 protein, %25 fosfolipit, %13 kolestrol, % 4
diğer lipitler, %3 karbonhidrat
• Seçici-geçirgendir.
• Küçük, yüksüz ve yağda eriyen moleküller hücre
zarından kolay geçerken; büyük, yüklü ve
yağda erimeyen moleküller kolay geçemezler.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre Zarı (Plazmalemma)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre zarının görevleri
• Maddelerin hücreye giriş çıkışını düzenler
• Hücreyi korur ve örter
• Diğer hücre ve dokuların tanınmasını ve
onlarla haberleşmeyi sağlar
• Hücre iskeletinin bir parçasıdır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Zar proteinleri
Hücre zarında fosfolipid tabakası
içinde yüzen protenler periferal (zarın
sadece bir yüzüne bakan) veya
integral (zarın her iki yüzeyine
uzanan; zarı boydan boya kat eden)
proteinler olabilirler.
Periferal
proteinler
İntegral
proteinler
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Zar proteinleri
Zar proteinlerinin farklı işlevleri
• Taşıma
• Enzimatik
Aktivite
• Sinyal
iletimi için
reseptör
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Zar proteinleri
Zar proteinlerinin
farklı işlevleri
• Hücreler arası
yapışma
•
Hücre adhezyon
molekülleri (CAM)
• Hücrelerarası
tanıma
•
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Glikoproteinler
• Hücre iskeleti
ve hücredışı
matrikse
bağlanma
Zar karbonhidratları
•
Glikokaliks
•
Hücre dışına uzanan glikoproteinler ve Glikolipitler
•
Proteoglikanlar küçük proteinlerle hücrenin dış
yüzeyine tutunmuş karbonhidratlardır.
•
Görevleri
1.
Hücrenin tanınma bölgelerini (kan grubu, immün
yapı vs) oluştururlar.
2.
Negatif yüklü hücre yüzeyi oluştururlar
3.
Hücrelerin birbirine tutunmasını sağlarlar
4.
Reseptör (insülin vb) olarak görev yaparlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Protoplazma
• Su (%70-85)
• İyonlar
• K, Mg, PO4, SO4, HCO3, Na, Cl, Ca
• Protein (%10-20)
• Yapısal (mikrotübül, filament vs)
• İşlevsel (enzim)
• Lipitler
• Fosfolipitler ve kolestrol (%2), zar yapılarda bariyer
görevi
• Trigliserid (yağ hücresinde %95)
• Karbonhidratlar (%1)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Sitoplazma ve sitozol
• Çekirdek zarı ile hücre zarı arasında jel
benzeri sıvı sitoplazma
• İçinde partiküllerin bulunduğu berrak sıvı kısmı
sitozol
• Çözünmüş protein, elektrolit ve glikoz vb
• Küçük ve büyük partiküller ve organeller
• Yağ kürecikleri, glikojen granülleri, ribozom
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Sitoplazmik organeller
• Özelleşmiş hücresel yapılar: Organeller
• Zarlı olanlar
• Mitokondri, peroksizomlar, lizozomlar,
endoplazmik retikulum ve Golgi cihazı
• Zarsız olanlar
• Hücre iskeleti, sentriyoller ve ribozomlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücredeki zarlı yapılar
• Hücre zarı
• Çekirdek zarı
• Endoplazmik retikulum
• Mitokondri
• Lizozomlar
• Peroksizomlar
• Golgi Aygıtı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Mitokondri
• Çift zarlıdır.
• Sayısı değişkendir (100 birkaç bin)
• Yapısında DNA da bulunur.
Bölünebilir.
• “Matriks” çözünmüş
enzimlerle doludur.
• ATP üretimi iç zar ve
matriks kısmında yapılır
• Oksijen ve besin moleküllerini
alıp, CO2, H2O ve enerji
(ATP) üretir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Mitokondri
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Ribozomlar
• %35 protein, %65
ribozomal RNA’dan
yapılmıştır.
• Protein üretimi...
• Serbest veya bağlı halde
bulunurlar.
• Çekirdekçikte yapılıp
sitoplazmaya geçerler.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Ribozomlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Endoplazmik retikulum
• Sitoplazmik kanalcıklar ve
kesecikler sistemi
• Endoplazmik matriks
sitoplazmadan farklı sulu bir
sıvıyla dolu
• Granüllü endoplazmik
retikulum (GER)
• Düz endoplazmik retikulum
(DER)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Endoplazmik retikulum
• Granüllü ER
• Protein yapılı salgı maddelerin üretimi
• İntegral zar proteinleri ve fosfolipit üretimi
• Düz ER
• Karaciğerde steroid hormonların üretimi, lipit ve
kolestrol metabolizması, toksinlerin yok edilmesi
• Steroid yapılı hormonların üretimi
• İnce bağırsakta yağların emilimi, sentezi ve taşınması
• İskelet ve kalp kasındaki düz ER’ye sarkoplazmik
retikulum denir. Ca depolanmasından sorumludur
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Golgi aygıtı





“Paketleme merkezi”
Salgı yapan hücrelerde
gelişmiş durumdadır.
Kompleks proteinli
maddelerin (hormon,
enzim) modifiye ve
konsantre edilerek,
paketlenip hücre dışına
salgılanmasında rol oynar.
Lizozomları da oluşturur
Hyalurnik asit ve
kondroitin sülfat sentezi
yapar.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Golgi aygıtı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Lizozomlar
• Savunma ve sindirim organelidir.
• 250-750 nm çapında kesecik
• ER ve golgi kompleksinde
üretilen hidrolaz (sindirici)
denilen parçalayıcı enzimleri
içerirler.
• Büyük moleküllü besin
maddelerini (glikojen vb)
• Bakteri, virüs (fagositik vakuol),
toksinleri
• Bozulmuş hücre organellerini
(otofajik vakuol) sindirirler.
• Kemikte Ca salarlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Peroksizomlar
• Lizozomdan farkları
• Kendi kendilerini çoğaltırlar
• Oksidaz ve katalazlar içerirler
• H2O2 (hidrojen peroksit),
katalaz
• Ör; alkolün karaciğer
hücrelerindeki
peroksizomlarda
detoksifikasyonu
• Serbest radikallerin
detoksifikasyonu
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre iskeleti
Hücre iskeleti üç temel tip lif yapısı içerir.
• En ince olanlar “mikrofilamentler”dir ve genellikle
aktin iplikçiklerinden olulur.
• Orta kalınlıkta olan ara filamentlerdir. Ara
filamentler farklı tipte proteinlerden oluşurlar.
• En kalınları ise mikrotübüllerdir ve tübülin
moleküllerinin birleşmesinden oluşurlar.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre iskeleti
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre iskeleti
• Sitosolü bir arada tutan
iskelet...
• Hücre zarı aracılığıyla diğer
hücrelere tutunup dokunun
stabilitesinde de rol oynar
• Çoğunluğu protein yapılar
• Filamentler: Aktin, miyozin vs
• Mikrotübüller; polimerize
tübülin moleküllerinden
oluşur.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre hareketi
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Çekirdek
• Çekirdek zarı, çekirdekçik
ve kromatinin yer aldığı
nukleoplazmadan oluşur
• Hücrenin gen içeren
kontrol merkezidir
• Neredeyse bütün
hücresel proteinlerin
kalıbını oluşturur
• Sentezlenecek
proteinlerin çeşidi ve
miktarını belirler
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Çekirdek Zarı ve Çekirdekçik
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kromatin ve DNA


DNA ve histonlar
=kromatin
Hücre bölünmeye
başladığı zaman
kısalıp yoğunlaşır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Motor moleküller
• Harekette görev
yapan protein
yapılar
• ATP den enerji
alırlar
• Organellerdeki
reseptörlere
tutunurlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Sentrioller
• Çekirdeğin
yakınında
sentrozomda
yerleşik
• 9 tane 3 lü
mikrotübülden
oluşur
• Mitozda iğcikleri
yapar
• Siliya ve kamçının
kaidesidir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Siller (cilia) ve Kamçılar (flagella)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Siller (cilia) ve Kamçılar (flagella)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Silia hareketi
Ritmik kinosilya hareketi
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Silia hareketi
Kinosilyalar ritmik olarak vuruş hareketi yaparak solunum sistemindeki
mukus salgısını ağız ve üst solunum yollarına doğru sürekli hareket
ettirirler ve böylece mukusa yapışan tüm yabancı maddelerin ciğerlerden
uzaklaştırılmasını sağlarlar.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kubbecikler
Kubbecikler (Vaults) henüz ne işe yaradıkları tam bilinmeyen ama her
hücrede bir kaç bin adet bulunan nano-taneciklerdir. Çekirdekten
sitoplazmaya özellikle rRNA ve mRNA taşınmasında aracılık ettikleri
düşünülmektedir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
İntegral Yapısal Membran Proteinleri
Hücre iskeletinin zar ve zar proteinleri ile ilişkisi.
Ekstrasellüler sıvı
Membranı
kateden
protein
Hücre iskeleti
proteini
İntrasellüler
sıvı
Periferal protein
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
İntegral Yapısal Membran Proteinleri
İntegral zar proteinleri genellikle hücre zarını bir kaç kez kat eden alt
birimlerden oluşan uzun ve kompleks protein zincirleridir.
Ekstrasellüler sıvı
Karbonhidrat
Hücre zarı
Fosfat
Sitoplazmik
kıvrım
Membranı 7 kez kateden bir integral
membran proteini
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
İntrasellüler sıvı
Molekül Bağlayan Membran Proteinleri
Hücre zarına bağlı olan enzimler hem iç hem de dış tepkimelerin
yürütülmesini sağlarlar.
Ayrıca reseptör olarak işlev gören moleküller kimyasal mesajların hücre
içine iletilmesini sağlarlar.
• Membrana bağlı
enzimler
• Dış reaksiyonlar
• İç reaksiyonlar
Ligand-Reseptör
kompleksi
Ligand
Ekstrasellüler
sıvı
Reseptör
• Özgül molekül
bağlayan reseptörler
(almaçlar)
• Örnek: Hormonlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre zarı
İntrasellüler sıvı
Hücre içi olaylar
Taşıyıcı Proteinler
• Kanal proteinleri
• Açık
• Kapılı
• Taşıyıcı proteinler
• Molekülleri geçici olarak bağlayan proteinler
• Yavaş taşıma yaparlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kanal proteinlerinin alt birimlerinin yapılanması
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Taşınım Proteinleri
(a) Açık kanallar
(b) Kapılı kanallar
ESS
Hücre
membranı
Açık
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kapalı
Kanallar
• Su kanalı
• Aquaforinler
• İyon kanalları
• Özgül iyon kanalları
• Özgül olmayan kanallar • Kapılı kanallar
• Kimyasal kapılı
kanallar
• Voltaj kapılı kanallar
• Mekanik kapılı kanallar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Taşıyıcı Proteinler
Açık kanallar:
porlar
(b) Taşıyıcılar
ESS
Hücre
membranı
ESS
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Taşıyıcı İSS ya
doğru açık
Taşıyıcı ESS ya
doğru açık
Zarlardan Taşınım Mekanizmaları
ENERJİ GEREKSİNİMİ
ATP den
enerji
gerektiren
Enerji
gerektirmeyen
Difüzyon
Endositoz
Basit
Difüzyon
Molekül
Lipid çift katmandan
direkt geçer
Kolaylaştırılmış
Difüzyon
Sekonder
Aktif
taşınım
Aracılı taşınım
membran proteini
gerektirir
FİZİKSEL GEREKSİNİM
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Primer
Aktif
taşınım
Ekzositoz
Fagositoz
Membranda
Vezikül
Oluşumu gerektirir
Difüzyon:
Difüzyon hızı =
Yüzey Alanı . Derişim farkı
Zar direnci . Zar kalınlığı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Yağda çözünebilirlik
Zar direnci =
Molekül boyutu
Taşıyıcı Aracılı Taşınım:
Kotransport
Glukoz
Glukoz
• Uniport
• Kotransport
• Simport
• Antiport
Uniport taşıyıcı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Simport taşıyıcı
Antiport taşıyıcı
Kolaylaştırılmış Difüzyon
• Taşıyıcı protein kullanılır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kolaylaştırılmış Difüzyon
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Primer Aktif Taşınım (pompa)
• Taşıyıcı
molekülün
hareketi için
enerji gerekir
• Konsantrasyon
farkına zıt
yönde taşınım
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Primer Aktif Taşınım (pompa)
• Na+- K+ATP az Pompası
• Ca2+ATP az Pompası
• H+ATP az Pompası
• H+- K+ATP az Pompası
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Na+- K+ATP az Pompası
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Sekonder Aktif Taşınım
• Kotransport
• Moleküllerin kinetik
enerjisi kullanılır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Membranlardan Veziküllerle Taşınım
• Partiküllerin taşınımı
• Büyük moleküller
• Fagozom
• Fagositoz
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Endositoz and Ekzositoz:
• Pinositoz: Seçici olmayan
• Reseptör aracılı endositoz: Özgül substrat
• Fagositoz
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings