Hücre zarının yapısı. Hücre zarında taşınma mekanizmaları-2019 (1)
advertisement
Hücre zarının yapısı Prof. Dr. Nurten ÖZSOY Öğrenim hedefleri Bu ders sonunda öğrenciler: • Hücre zarını tanımlar • Hücre zarının yapısı ile ilgili önerilen modelleri özetler • Sıvı-mozaik modelini açıklar • Hücre zarının görevlerini sıralar • Hücre zarının bileşenlerini açiklar • Hücre zarı lipitlerini tanımlar (gliserofosfolipidler, sfingofosfolipidler, glikolipitler, kolesterol) ve yapısını açıklar • Amfipatik özelliğin ne anlama geldiğini açıklar • Gliserofosfolipitler ve sfingofosfolipidler ile fosfolipid ve glikolipid arasındaki farkı kavrar • Fosfolipid moleküllerinin çift tabaka şeklinde düzenlenmesini açıklar • Lipidlerin suda oluşturdukları küresel şekilleri (misel ve lipozom) sıralar • Hücre zarının yapısındaki lipitlerin hareket şekillerini açıklar • Hücre zarının akışkan özelliğini tanımlar • Hücre zarının akışkanlığını etkileyen faktörleri sıralar • Temperatürün etkisiyle değişen membran akışkanlığının kolesterol tarafından düzenlenmesini açıklar • Hücre zarının asimetrik yapıda olduğunu kavrar • Hücre zarında bulunan membran lipitlerinin farklı yüzlerdeki yerleşimini açıklar • Hücre zarının asimetrisini sağlayan taşıyıcıları tanımlar • Lipid rafları’nı tanımlar • Glikokaliksi tanımlar • Glikoproteinlerin ve glikolipidlerin hücreler arası tanıma olaylarında antijenik bileşenler olarak görevini kavrar • Hücre zar proteinlerini sınıflandırır • Periferik ve integral membran proteinlerinin özelliklerini açıklar • Periferik ve integral proteinler arasındaki farkı kavrar • Hücre zarı proteinlerinin fonksiyonlarını açıklar • • • • • • • • • • • • • • • • • Konsantrasyon gradiyenti kavramını açıklar Basit difüzyonu tanımlar Hücre zarından serbestçe geçebilen molekül gruplarını sayar Osmozu tanımlar İzotonik, hipertonik ve hipotonik çözeltilerin hücreye olan etkilerini açıklar Kolaylaştırılmış difüzyonu tanımlar Taşıyıcı proteinler ile kanal proteinlerinin farkını kavrar Basit difüzyon ile kolaylaştırılmış difüzyonu ayırt eder Kanal proteinlerinin tiplerini sayar Kanal proteinlerinin çalışma mekanizmasını açıklar Primer aktif taşımayı tanımlar Sekonder aktif taşımayı tanımlar Büyük moleküllerin hücre zarından taşınma şekillerini sayar Endositoz ve reseptör aracılı endositozun farkını açıklar Fagositoz ve Pinositoz farkını açıklar Reseptör aracılı endositozun moleküler mekanizmasını kavrar Ekzositozun tanımlar Hücre membranı (zarı) Hücre membranı, hücreyi ve hücre organellerini sararak dış ortamlarından ayıran, hücreye yapısal ve mekanik bütünlük sağlayan seçici geçirgen bir yapıdır. Hüce zarının başlıca görevleri (İZOLASYON): Hücrenin dış ortamdan ayrılmasını sağlar, hücrelere fonksiyonlarına uygun yapı ve şekil kazandırır ve hücreyi bir bütün halinde tutar. YALITIM TRANSPORT: Maddelerin hücre içine ve dışına taşınmasını sağlayarak hücrenin kimyasal bileşiminin değişmesini önler. HÜCRE - HÜCRE TANIMASI: doku özelliğini sağlayan antijenik makromolekülleri (benzer hücrelerin birbirini tanımasını ve bir araya gelmesini sağlayan bileşikler) içerir. RESEPTÖR Düzenleyici molekül Hücre dışı sıvısı AC sitozol Hücre cevabı SİNYAL İLETİMİ: Plazma membranının dış yüzeyinde: peptid hormonlar, nörotransmitterler, immünoglobulinler gibi düzenleyici moleküller için özgün reseptörler vardır. Plazma membranının iç yüzeiynde: adenilat siklaz (AC), fosfolipaz gibi bazı enzimler için bağlanma yerleri bulunmaktadır. Düzenleyici molekülün özgün reseptörüne bağlanması, enzimler aracılığıyla sinyalin hücre içine iletilmesini sağlar. MEMBRANLARIN YAPISAL ÖZELLİKLERİ BİLEŞENLERİ LIPIDLER (FOSFOLİPİTLER, GLİKOLİPİTLER, KOLESTEROL): membranın temel yapısal bütünlüğünü ve geçirgenlik seçiciliğini sağlamaktadırlar. PROTEINLER (PERIFERAL, INTEGRAL): farklı membranlarının spesifik fonksiyonlarından sorumludur. KARBOHİDRATLAR (LİPİT VE PROTEİNLERE KOVALAN OLARAK BAĞLANIRLAR): yüzey tanıma bölgeleri oluşturmaktadır. Çift katmanlı düzenlenme: Hidrofobik ve elektrostatik güçlerin etkisiyle membranın lipid molekülleri çift tabaka oluşturacak şekilde düzenlenmektedir, proteinler bu tabakada gömülü olarak bulunmaktadır, karbohidratlar ise tabakanın oluşumundan sonra enzimatik olarak ilave edilmektedir. Asimetri Membranlar, bir iç ve bir dış yüzeye sahip asimetrik çift tabaka şeklinde yapılardır (iç ve dış tabakadaki protein ve lipidlerin miktar ve bileşimi farklıdır). Membranlar dinamik ve akışkan yapılardır: Statik bir yapı değildir. Lipidler ve proteinler membran içerisinde hareket edebilir. • Hücre membranı 6-10 nm kalınlığında dinamik bir yapıdır. • Hücre türüne ve fonksiyonuna göre değişiklik göstermelerine karşın hücre membranında: • Proteinler ………………………55% • Lipidler ……………………….. 41% - Fosfolipidler …… 25 % - Kolesterol …….…12 % Lipidler - Glikolipidler …….. 4 % • Karbohidratlar …………… 3% Membranın protein:lipit oranı yaklaşık 1 olmakla beraber, bu oran hücre tipine göre değişiklik gösterir. TARİHÇE Hücre zarının yapısı ile ilgili ilk çalışmalar Charles Ernest Overton (1865-1933, İngiliz botanikçi) tarafından 1890’larda başlatılmıştır. Overton, yanlışlıkla polar olmayan maddelerin (lipidlerin) membrandan çok Charles çabuk bir şekilde bitki hücrelerine geçebildiğini Ernest keşfetmiştir. Bu buluş, membranın sadece su geçirir Overton olduğu fikrinin hatalı olduğunu göstermiştir. Irving Langmuir, yağ tabakasının moleküler özellikleri ile ilgili detaylı araştırmalar yapan ilk kişidir. Yağ asidi moleküllerinin, hidrokarbon zincirleri sudan uzak, karboksil grupları suya bakacak şekilde "monolayer" oluşturdukları modelini tanımlayan Langmuir, lipit bilayer yapısının anlaşılmasında anahtar rol oynamıştır. Irving Langmuir (1881-1957, Amerikalı kimyacı ve fizikçi) Hidrofobik kuyruk hava Hidrofilik baş Gorter ve Grendel‘ın 1925 yılında biyolojik membranların yapısının "lipid bilayer" olarak tanımlanmasına giden ilk önemli adımı atmıştır (Gorter, 1925). Evert Gorter (1881-1954, çocuk doktoru ve biyokimyacı) Davson-Danielli Modeli (1935) Hidrofilik bölge Hidrofobik bölge Hidrofilik bölge Bilim adamları tarafından kabul edilen ilk membran modeli 1935 yılında Davson ve Danielli tarafından ortaya konulmuştur (DanielliDawson Zar modeli). Danielli ve Dawson modeline göre hücre zarı lipid (fosfolipid) ve proteinlerden oluşur. İki kattan oluşan fosfolipidler zarın iç tarafında, protein tabakası ise zarın dış tarafında bulunur. Fakat bu hücre zarı modelleri hücre zarının fonksiyonlarını ve yapısını açıklamada yetersiz kalmışlar ve güncelliğini kaybetmişlerdir. Sıvı-mozaik modeli (1972) Çok kabul gören Singer ve Nicolson’un sıvı mozaik modeline göre hücre zarı dinamik yapıdadır: başlıca protein ve fosfolipidlerden oluşmuş çift katlı bir yapıdır. Fosfolipid tabaka membranın sıvı bölümünü oluştururken, fosfolipitten oluşmuş bu sıvı tabaka içine gömülü halde bulunan proteinler ise mozaik bölümünü oluştururlar. Protein Fosfolipid tabaka G.L. Nicolson S.J. Singer Protein Sıvı mozaik modeli Dış taraf OUTSIDE Karbohidrat Carbohydrate Periferal veya ekstrensek Peripheral or protein Extrinsic Protein Integral İntegral or Intrins ic protein Protein Integral or İntegral Intrins ic protein Protein Lipit Lipid çift tabaka Bilayer INSIDE İç taraf Lipidler Grekçe lipos = yağ Lipid molekülleri amfipatik maddelerdeir Apolar (hidrofob, suyu sevmeyen) kuyruk Apolar kuyruk Polar (suyu seven, hidrofil) baş Polar baş Bu hidrofilik ve hidrofobik bölgelerin bir arada olması nedeniyle yağ asitleri amfipatik özelliktedir. LİPİDLER Yapılarına göre: 1. Yağ asidleri ve triaçilgliseroller (nötral yağlar) 2. Mumlar 3. Fosfolipidler (Fosfatidler) Yedek lipidler (nötral) 4. Glikolipidler 5. İzopren türevi lipidler Membran lipidleri (polar) Glikolipidler Fosfolipidler (fosfatidler) Yağ asidi Sfingozin Yağ asidi Yağ asidi Gliserol Gliserol Yağ asidi Yağ asidi Alkol Sfingolipidler Sfingozin Triaçilgliseroller Gliserofosfolipitler Sfingofosfolipidler Yağ asidi Kolin Yağ asidi Mono veya oligosakkaridler Doymuş (çift bağ taşımaz) Doymamış (bir veya birden fazla çift bağ içerir) Yağ asidleri Laurik asid (12 C) Miristik asid (14 C) Palmitik asid (16 C) Doymuş yağ asidleri Linoleik (18:2; Δ9,12) ω6 α-Linolenik (18:3; Δ9,12,15) Araşidonik asid (20:4; Δ5,8,11,14) ω3 w6 Linoleik asid, α-linolenik asid ve araşidonik asid esansiyel yağ asidleridir, bu nedenle besinlerle sağlanmaları gerekir. Triaçilgliseroller (trigliseridler, nötral yağlar) Gliserolün serbest yağ asidleri ile oluşturdukları triesterleridir. O O 1 CH2 O C R1 2 R2 C O C H 3 O CH2 O C R3 Yağ asidi Gliserol Yağ asidi Yağ asidi Gliserol Yağ asidleri Fosfolipidler Fosfolipidler, iki hidrofobik yağ asidi ve bir hidrofilik fosfat baş içeren amfipatik moleküllerdir. Gliserol Fosfat Yağ asidleri Yağ asidleri Fosfolipid sitoplazma Hücre membranı FOSFOLİPİDLER (FOSFATİDLER) Fosfatidler, fosfor ihtiva eden lipidlerdir. A. Gliserolllü fosfatidler 1. Lesitinler 2. Sefalinler a. Etanolaminli sefalinler b. Serinli sefalinler 3. Asetal fosfatidler B. Sfingozinli fosfatidler (sfingomiyelinler) C. İnozitollü fosfatidler Gliserollü fosfatidler G L İ S E R O L Hidrofilik baş Yağ asidi (Doymuş) Yağ asidi (Doymamış) Fosfat Hidrofobik kuyruk Azotlu alkol Gliserofosfolipitlerinin ön maddesi membran yapısında az miktarda bulunan fosfatidik asit‘tir. En basit fosfolipit olan fosfatidik asit, gliserol-3-fosfatın iki yağ asidi ile esterleşmesi sonucu oluşur. Fosfatidik asidin fofat grubuna, serin, etanolamin ve kolin gibi yüksüz bir alkolün bağlanmasıyla farklı gliserofosfolipitler oluşur. Yağ asidi Gliserol Fosfat Azotlu alkol Azotlu alkoller Ethanolamine Etanolamin HO CH2 CH2 NH3+ NH3+ Serin Serine HO CH2 CH COO– Kolin Choline HO CH2 CH2 + N(CH3)3 Gliserollü fosfatid Doymuş yağ asidi (örneğin palmitik asid) Doymamış yağ asidi (örneğin oleik asid) X = H Fosfatidik asid Etanolamin Fosfatidiletanolamin Serin Fosfatidilserin Kolin Fosfatidilkolin sefalinler lesitin Fosfatidiletanolamin (sefalin) Fosfatidilkolin (lesitin) Fosfatidilserin (sefalin) X = inozitol İnositollü fosfatid O H2C O R1 C O C O O CH H2C R2 P O O O phosphatidylFosfatidilinozitol inositol3-fosfat 3-phosphate OH 2 H H 1 6 OH H OPO 32 H 3 H 4 OH 5 H OH Membranda çok az miktarda bulunur. Bununla birlikte işlevsel olarak çok önemlidir, hücre sinyalleşmesinde rol oynar. Fosfatidilgliserol Difosfatidilgliserol (Cardiolipin) Antijen etkisi ile tanınan tek lipid Sfingofosfolipitler tüm membranların yapısında bir miktar bulunsa da, özellikle nöron membranlarının ve miyelin kılıfın en önemli yapısal bileşenidir. Yağ asidi Yağ asidi gliserol sfingozin Sfingozinli fosfatidler - gliserol yerine sfingozin içerirler Yağ asidi Kolin Alkol Bir amino alkol olan sfingozinin amin grubuna bir yağ asidinin amid bağıyla bağlanması sonucu oluşan N-açil sfingozin, seramid olarak adlandırılır. Seramidin 1. karbonundaki alkol grubunun fosfodiester bağı ile fosfokolin veya fosfoetanolaminle esterleşmesi sonucu sfingomiyelin oluşur. CH3 H3C + N O H2 C H2 C O CH3 P O O phosphocholine fosfokolin H2C sphingosine sfingozin O fatty acid yağ asidi Sphingomyelin sfingomiyelin OH OH H C CH NH CH H2C R H C CH NH CH O C OH OH H2C OH H C CH H3N+ CH HC C HC HC R (CH2 )12 CH3 ceramide seramid (CH2 )12 (CH2 )12 CH3 sphingosine sfingozin CH3 Sfingozin Yağ asidi X = fosfokolin veya fosfoetanolamin sfingofosfolipit Glikolipidler Sfingozin, yağ asidi, karbohidrat ve karbohidrat türevlerini içeren glikolipitlerin yapısında fosfor bulunmamaktadır. CH2OH O OH H OH H H H OH O H H2C OH -Galaktoz Galaktozil seramid cerebroside with -galactose head group O H C CH NH CH C R HC (CH2 )12 CH3 Kolesterol Steroid çekirdeği Polar baş 3-hidroksi-5-kolesten İnsan ve hayvan dokularında bulunan temel sterol kolesteroldür. Amfipatik yapıya sahip olan kolesterol, polar bir baş ve apolar hidrokarbon gövdeden oluşmuştur. Hücre membranında yer alan başlıca lipidler: I. FOSFOLİPİDLER 1. Gliserofosfolipidler - Fosfatidilkolin - Fosfatidiletanolamin - Fosfatidilserin - Fosfatidilinozitol - Fosfatidilgliserol 2. Sfingofosfolipitler (sfingomiyelin) II. GLİKOLİPİDLER (Serebrozid ve gangliozidler) III. KOLESTEROL Lipit çift tabakasında yer alan lipitler Fosfolipitler Kolesterol Glikolipitler Lipit çift tabakanın çatısını amfipatik moleküller olan fosfolipitler ve glikolipitler kurar. Hidrofilik (suyu seven) fosfat grupları membranın dış yüzeyinde yer alırlar ve hidrofobik (suyu sevmeyen) yağ asidi kısımları ise çift tabakalı hücre membranının iç kısımlarını oluştururlar. polar hidrofilik baş kısmı nonpolar hidrofobik kuyruk kısmı polar hidrofilik baş kısmı Fosfolipit çift tabaka Çift tabaka sulu bir çevrede amfipatik moleküllerin termodinamik gereksinmelerini de karşılayabilir. • Fosfolipidler sulu ortamlarda amfipatik olmaları nedeniyle polar gruplarının su ile ilişkili olacak şekilde dizilmesiyle polar olmayan gruplar bir araya gelerek bir lipit çift tabakası oluşturur. • Bu termodinamik olarak uygun olan düzenlemede hidrofilik baş kısımları su ile yüzleşirken hidrofobik kuyruk kısımlar iç tarafta kalarak sudan korunur. •Ancak lipid çift tabakanın su ile yüzleşecek bir sınırının bulunması termodinamik olarak uygun değildir. Elverişsiz bir çevre ile karşı karşıya kalan kısım, çift tabakanın sadece uçları veya kenarlarıdır. • Su ile yüzleşmenin engellenmesi için lipid çift tabakanın tamamen kapanarak su ile yüzleşecek bir sınır bırakmaması gerekir. Kenarları olmayan kapalı bir vezikül oluşturacak şekilde tabakanın kendi üzerinde katlanması ile termodinamik olarak en uygun şekli alınır. •Bu davranış biçimi hücre oluşumu için en önemli temellerden bir tanesidir. HÜCRE MEMBRANININ KİNETİĞİ Termodinamik olarak uygun değil Termodinamik olarak uygun Lipid çift tabaka oluşumundan hidrofobik etkileşimler sorumludur. Membran lipitlerinin yapısındaki polar olmayan yan zincirlerin bir araya gelmesi bu bölgeden suyun uzaklaşmasına ve lipitlerin tabaklanmasına yol açar. Açığa çıkan suyun entropiyi (düzensizliği) arttırmasına bağlı olarak hidrokarbon yan zincirleri arasında van der Waals bağları, su molekülleri ile polar gruplar arasında elektrostatik etkileşimler ve hidrojen bağları oluşur. Kısacası, membranın lipit tabakaları kovalent olmayan etkileşimlerle bir arada tutulur. Lipitler sulu ortamda misel oluştururlar. Miseller amfipatik lipitlerin oluşturduğu kümelerdir. Miselde hidrofobik gruplar kümenin iç kısmında, hidrofilik gruplar ise dış kısmında yerleşmiştir ve böylece sulu ortamında çözünmüş halde bulunurlar. lipozom misel van der Waals zarfı su Lipid moleküllerinin paketlenmesi Hidrofilik grup Hidrofobik grup Lipit miseli Lipit çift tabaka Amfipatik bir lipidin sulu ortamda sonikasyonuyla lipozomlar oluşur. Lipozom Misel Fosfolipit çift tabaka Lipozomlar sulu ortamın bir kısmını saran çift tabakalı lipit küreleri olup içerdikleri hidrofilik ve hidrofobik bölgeler nedeni ile suda ve yağda eriyen molekülleri (ilaçları) taşıyabilme özelliğine sahiptir. Lipidlerin hücre membranın ideal bileşenleri olmasının 2 önemli nedeni: 1. Amfipatik özellik 2. Membran akışkanlığı tabaka içindeki hareket derecesi) (Hidrokarbon zincirlerin lipit çift Lipit çift tabakanın bir diğer önemli özelliği, yapısındaki lipitlerin hareket edebilmesidir. Bir fosfolipit molekülünün kendi ekseni etrafında çok hızlı dönmesine (saniyede 107) – rotasyon difüzyon Aynı tabakadaki fosfolipitlerin değiştirmesine – lateral difüzyon yana kayarak yer Çok nadir gerçekleşen flip-flop hareketinde (ping-pong modeli) ise molekül bir tabakadan diğerine geçer – transvers difüzyon Bu hareketlerin gerçekleşebilmesi için membranın akışkan olması gerekir. lateral difüzyon flip-flop rotasyon difüzyon Lateral difüzyon Hızlı Transvers difüzyon (flip-flop) Çok yavaş Membran akışkanlığı Hidrokarbon zincirlerin lipit çift tabaka içindeki hareket derecesi membran akışkanlığı olarak adlandırılır. Lipit çift tabakaya katılan hidrokarbon zincirlerin hareketi arttıkça membranın akışkanlığı da artar. Membran akışkanlığını etkileyen faktörler Çift tabaka termal hareket nedeniyle belirli bir geçiş sıcaklığının üzerinde sıvıdır, sıcaklık azaldıkça parakristalin (jel) haline döner Parakristalin hali Isı hidrofob yan zincirlerinin hareketine neden olur Sıvı hali Geçiş (Transition) Isısı Isı arttıkça hidrofob yan zincirler daha ziyade sıvıyı andıran veya akışkan bir düzenlemeyi benimseyerek düzenli halden düzensize doğru olan bir geçişe uğrarlar. Yapının düzenliden düzensize doğru geçişe uğradığı ısı geçiş ısısıdır. Geçiş ısının üzerindeki ısılarda Geçiş ısının altındaki ısılarda Lipit bileşimi • Kısa zincirli ve çok doymamış yağ asidleri (1, 2 veya 3 çift bağı içerenler) membranı daha akıcı hale getirir. • Uzun zincirli ve doymuş yağ asidleri, daha sıkı bir şekilde paketlendikleri için, membran akışkanlığını azaltırlar. Kısa zincirli ve doymamış yağ asidleri Uzun zincirli ve doymuş yağ asidleri Cis Konfigürasyonu Doğal yolla oluşan yağ asitleri cis konfigürasyonuna sahiptir. Cis konfigürasyonunda bulunan doymamış bağlar hidrofobluğu azaltmaksızın, yan zincir paketlenmesindeki sıkışıklığı azaltarak çift tabakanın akışkanlığını arttırırlar. 51 Kolesterol • Hücre membranının % 40 ını oluşturmaktadır • Küçük polar başı ona amfipatik özellik kazandırıyor Polar (hidrofil) baş Rigid steroid hidrokarbon halka yapısı Nonpolar (hidrofobik) Esnek hidrokarbon zinciri KOLESTEROL Polar baş grupları Membranın rijiditesi artar Daha akışkan bölge Polar baş grubu Steroid çekirdeği Polar olmayan hidrokarbon zinciri • Fosfolipit molekülleri arasına membranın dış yüzünde iç yüzüne göre daha fazla olacak şekilde yerleşir. •Yapısındaki tek polar grup olan hidroksil grubu (OH-) sulu ortama doğru yönelmiş halde ve fosfolipitlerin baş kısımlarıyla etkileşimdedir. • Polar olmayan steroid çekirdeği ve hidrokarbon zinciri ise fosfolipitlerin hidrokarbon kuyrukları arasında bulunur. • Plazma membranındaki kolesterolün tamamı serbest kolesteroldür, ER membranında ise hem serebest hem de ester kolesterol bulunur. Polar baş grupları Kolesterolün akışkanlığı azalttığı bölge Daha akışkan bölge Membran akışkanlığının en önemli belirleyicilerden biri olan kolesterol, iki komşu hidrokarbon zinciri arasına girer ve yüksek ısı gibi iç veya dış etkenlerin zar akışkanlığını arttırmasını engelleyerek, zar dayanıklığının sürdürülmesini sağlamaktır. Kolesterol bir akışkanlık tamponu olarak görev görmektedir. Düşük ısıda akışkanlığı arttırırken, yüksek ısıda akışkanlığı azaltmaktadır. Kolesterol Ekstrasellüler sıvı Glikoprotein Glikolipit Phospholipids Kolesterol Periferik protein Sitoplazma Transmembran proteinler Sitoskeleton filamentleri Membran asimetrisi İç-dış (transvers) asimetri Fosfolipitler: Kolin içeren fosfolipitler (fosfatidilkolin ve sfingomiyelin) – membranın dış tabakasında yer alır Aminofosfolipitler (fosfatidiletanolamin ve fosfatidilserin) – membranın iç tabakasında yer alırlar. Asimetrik yerleşmeleri nedeniyle fosfolipitlerin transvers mobiliteleri (flip flop = akrobatik sıçrama) yavaş ve kısıtlıdır. Sfingomiyelin Glikolipid Fosfatidilkolin Hücre dışı Kolesterol Hücre içi Fosfatidilserin Fosfatidilinozitol Fosfatidilkolin Sfingomiyelin Hücre dışı Fosfatidiletanolamin Fosfatidilserin Fosfatidilinositol Sitosol Fosfatidiletanolamin Negatif yüklü baş grubu Negatif yüklü sitosolik kısım Fosfatidilinositol hücre membranının sitosolik kısmında yer alan bir diğer fosfolipittir. Fosfatidilinositol hücre sinyal iletiminde önemli bir rol oynar. Fosfatidilserin ve fosfatidilinositol moleküllerinin baş kısımları negatif yüklü olmaları nedeniyle plazma membranının sitosolik yüzeyi de negatif yüklüdür. Lipit asimetrisi ekstrasellüler sinyallerin intrasellüler sinyallere dönüştürülmesinde önemlidir. Ekstrasellüler boşluk Sitozol K Insan eritrositlerinin plazma membranındaki fosfolipitlerinin ve kolesterolün asimetrik dağılımı. HÜCRE ZARINDA FOSFOLİPİD ASİMETRİSİNİ SAĞLAYAN TAŞIYICILAR Çok yavaş da olsa flip-flop hareketi ile membranda olması gereken lipit düzeni değişmeye başladığında bu düzeni yeniden kurmakla görevli iki protein vardır: “flippase” ve “ floppase”. Flipaz’ın görevi, PS ve PE ‘yi (aminofosfolipitleri) ATP bağımlı olarak membranın dış yüzeyinden iç yüzeyine taşımaktadır. Flopaz ise genellikle membran yapısında gerçekleşen değişiklikler sonucunda lipit sayısındaki değişiklikleri modifiye etmek üzere ATP bağımlı olarak kolin içeren lipitleri membranın iç yüzeyinden dış yüzeyine flipaz’dan 10 kat daha yavaş olacak şekilde taşır. Scramblase: asimetri kaybında rol oynadığı öne sürülen bir protein’dir. Lipid çift tabakanın her iki tarafında yer alan fosfolipidleri dengeleyen bir protein. Özellikle ER (endoplazmik retikulum)’de aktif olarak bulunan bu protein fosfolipidleri ER membranının her iki tarafına da eşit olarak dağıtır. ER’da yeni lipid molekülleri lipid çift tabakanın sadece sitozolik kısmına dahil edildiği için ve lipit molekülleri kendi kendilerine bir tarafatan diğerine geçemeyecekleri için fosfolipid translokatörleri (Scramblase) lipid moleküllerinin sitosolik taraftan ER lümeni tarafına geçirir. LİPİD YIĞINLARI (RAFT) Hücre membranında fazla oranlarda kolesterol ve sfingolipid içeren özelleşmiş mikrobölgeler ya da platformlar bulunmaktadır. Bu özelleşmiş membran bölgelerindeki fosfolipitlerin yan zincirleri non-raft membran bölgelerine göre çok daha fazla doymuş yağ asidi içerir (sfingolipidlerin yapısında da doymuş yağ asidi fazladır). Kolesterol ve doymuş yağ asitlerinin yoğun olarak bulunması lipid raftlarını membranın diğer kısımlarına göre daha düzenli ve daha az akışkan olmasına neden olur. Doymuş yağ asitleri (örn. palmitoil ya da miristoil) ile kovalent olarak modifiye sitoplazmik proteinler, membrana bağlanan proteinler ve hücre içi sinyal iletiminde rol alan birçok protein lipid raftlarında yoğun olarak bulunurlar. HÜCRE MEMBRANINDA YER ALAN KARBOHİDRATLAR Karbohidratlar membranda oligosakkaritler şeklinde proteinlere kovalent olarak bağlanarak glikoproteinleri, sfingolipidlerle birleşerek glikolipidleri oluştururlar. Plazma membranlarının bu kısmına Glikokaliks adı verilir. Oligosakkaritler dışında heksozlar (glukoz, galaktoz, mannoz, fukoz), pentozlar (arabinoz ve ksiloz) ve türev şekerler (glukozamin, galatozamin ve sialik asit) membran yapısında yer alır. Karbohidratlar, hücreler arası tanıma olaylarında antijenik bileşenler olarak görev yapar. Glikokaliks Transmembran glikoprotein Glikoprotein Şeker kalıntısı Glikokaliks glikolipit Lipit çift tabaka Sitozol Transmembran proteoglikan Seramid Yağ asidi Eritrositlerin yüzeyinde bulunan insan kan grubu (A,B,0) antijenleri lipidlere ve proteinlere bağlı oligosakkaritlerdir. ABO sistemdeki kan gruplarını glikolipid ve glikoprotein yapısındaki antijenlerin uç grupların farklılığı belirlemektedir. Tüm insanlarda 0 antijenini sentezleyen enzimler bulunur. Kan grubu A olan insanlarda Nasetilgalaktozamin ekleyen enzimler de bulunur. Kan grubu B olan insanlarda ise ekstra galaktozu ekleyecek enzimler bulunur. AB kan grubuna sahip insanlarda hem A hem de B antijenleri sentezlenir. Sadece A antijeni varsa A grubu Sadece B antijeni varsa B grubu 69 A ve B antijeni varsa AB grubu A ve B antijeni yoksa O grubu Kolesterol Sitoskeleton Karbohidrat Membran proteini Hücre dışı Hücre içi Proteinler peptid bağı Hidroliz Amino asid Amino asid Peptid Bağı O ‖ -C–N H Dipeptid Amid Bağı (kovalent bağ) Proteinlerde amino asidler, bir amino asidin -karboksil grubuyla diğer amino asidin -amino grubu arasındaki amid bağları olan peptid bağlarıyla kovalent olarak bağlıdırlar. Şematik olarak polipeptid zinciri Non-polar yan zinciri Polar yan zinciri Membran Proteinleri • Membran proteinleri, membranın yapısal bütünlüğü ve spesifik fonksiyonlarından sorumludur. • Membran proteinleri, membrandaki yerşleşim yerlerine göre: – Periferal (ekstrensek) membran proteinleri • Membran proteinlerinin yaklaşık % 30 kadarını oluştururlar ve genellikle integral membran proteinlerine nonkovalent olarak bağlanırlar • Hücre yüzey antijenleri – İntegral (intrensik) membran proteinleri • Membran proteinlerinin % 70 kadarını oluştururlar • Lipit çift tabakaya gömülmüş haldedir, • Çoğu tüm membran boyunca uzanır ve bazı maddelerin karşı tarafa geçtiği kanalları oluşturur (transmembran proteinler) FONKSİYONEL SINIFLANDIRMA: 1. TRANSMEMBRAN PROTEİNLERİ: a. İyon kanalı: özel iyonları su dolu porlar aracığı ile membranın diğer tarafına taşır. Birçok plazma membranı çeşitli iyonlar için spesifik kanallar içerir b. Taşıyıcılar: Şekillerini değiştirerek özel maddeleri membranın diğer tarafına taşır. c. Reseptör: Spesifik ligandı tanırlar ve hücrenin fonksiyonunu değiştirirler. d. Enzim: Hücre içinde veya dışında reaksiyonları katalizler. e. Bağlayıcı: Hücre içinde ve dışında filamentlere bağlanarak hücrenin yapısal bütünlüğünü ve şeklini korumaya yardımcı olur. Aynı zamanda, hücrenin hareketine de etkisi vardır. Glikolipit Oligosakkarit Fosfolipit İntegral protein Kolesterol Hidrofobik α-heliks Membran Proteinlerin fonksiyonları Dış taraf Plazma membranı İç taraf Taşıyıcılar Hücre yüzey antijenleri Enzim Hücre yüzey reseptörleri Hücre adhezyonu Sitoskeletona bağlanma • Membrana integral proteinler aracılığı ile tutunur. Ortam pH’nın veya iyonik şiddetinin değişmesiyle bu proteinler kolayca membrandan ayrılır. • Amfipatik değillerdir. Bu nedenle nonpolar lipidlere bağlanmazlar (lipid tabakanın iç bölgesine giremezler). • Deterjanlarla membrandan kolayca ayrılırlar. Periferal proteinler Periferal protein pH’nın değişmesi üre, CO32- deterjan İntegral protein Spektrin (Spectrin) - periferal zar proteinidir. Transmembran proteinler amfipatik özelliktedir, yani hem hidrofilik hem de hidrofobik bölgelere sahiptirler. Hidrofobik kısımları lipit tabakanın hidrofobik iç kısmıyla, hidrofilik kısımları ise lipit tabakanın her iki yanında yer alan su tabakasıyla ilişkidedir. Proteinin • Membranın içinde polar bölgesi – nonpolar amino asidler • hidrofobik gruplar, fosfolipitlere sıkıca bağlanarak proteinin membrana tutunmasını sağlar • Membranın dış yüzeyinde – polar amino asidler • Hidrofilik gruplar ekstrasellüler sıvıya ve sitozole uzanmaktadır Proteinin non polar bölgesi Retinal kromofor (Rodopsin) H+ NH2 Nonpolar (hidrofobik) hücre membranındaki α-heliksler COOH H+ Sitoplazma C-terminal Polipeptid zincirinin bir eksen etrafında sağa veya sola kıvrılarak oluşturduğu sarmal yapıya -sarmal (heliks) denir. N-terminal Sol Sağ Proteinlerdeki heliksler sağ dönüşümlüdür Lipid çift tabaka sitozol Lipit çift tabakayı α-sarmal (α -heliks) halinde geçen transmembran protein Bu geçiş: 1. Tek bir zincir şeklinde, tek geçişli (single-pass) veya 2. Birkaç tane α-sarmal zincir halinde, çok geçişli (multipass) olur . 3. Transmembran proteinler zarda bulunan lipitlere kovalent olarak bağlanır – sitoplazmik tabakada 4. Oligosakkarit aracılığı ile küçük fosfolipit veya fosfatidilinozitole kovalent olarak bağlanırlar – non-sitoplazmik tabakada 5-6. Periferal proteinler, integral membran proteinlerine nonkovalent olarak bağlanırlar fosfatidilinositol'e bağlı proteinler Transmembran proteinler yağ asitlerine bağlı proteinler Periferal proteinler Eritrosit membranındaki integral membran proteinleri: Glikoforin Band 3 protein Transmembran proteinlerin çoğu glikozillenmiştir (şeker grupları eklenmiştir). Şeker molekülleri bu proteinlere endoplazmik retikulum ve Golgi kompleksinde eklenir ve proteinlerin oligosakkarit zincirleri daima ekstrasellüler yüzde yer alır. Proteinlerin sergiledikleri asimetri, sahip oldukları diğer ilave gruplar ve çeşitli bağlar tarafından daha da artırılır. Bunlardan, sülfhidril (SH) grupları sitoplazmik yüzde, disülfit (S-S) bağları ekstraselüler yüzde yer alır. Sorunuz var mı?? HÜCRE ZARI TAŞIMA SİSTEMLERİ ENERJİ GEREKSİNİMİ Enerji gerektiren Enerji gerektirmeyen Difüzyon Basit difüzyon Küçük moleküllerin membranı geçme hareketi Kolaylaştırılmış difüzyon Molekül lipid çift katmandan direkt geçer Büyük moleküllerin membranı geçme hareketi Endositoz Ekzositoz Sekonder Primer aktif taşıma aktif taşıma Aracılı taşıma membran proteini gerektirir Fiziksel gereksinim Fagositoz Membranda vezikül oluşumu gerektirir Taşıma Modelleri Pasif ve Aktif Transport Taşıyıcı proteinler: pasif ve aktif transport Kanallar: sadece pasif transport Taşınan molekül Kanal proteini Taşıyıcı protein Konsantrasyon gradiyenti Lipit çift tabaka Basit difyüzyon Kanallar aracılığı ile Taşıyıcı protein aracılığı ile PASİF TRANSPORT AKTİF TRANSPORT Aracısız transport Pasif difüzyon İki ortam arasındaki konsantrasyon farkına, konsantrasyon gradiyenti denir. Pasif difüzyon, moleküllerin konsantrasyon gradiyenti yönünde kendi kinetik enerjileri ile yayılmalarıdır. Sisteme dışarıdan enerji eklenmediği için moleküllerin bu hareketi zarın her iki tarafındaki madde konsantrayonu eşitleninceye (sistem dengeye ulaşıncaya) kadar devam eder. • Diffüzyon – yüksek düşük konsantrasyonu Yarı geçirgen membran Boya molekülleri su denge Hücre gibi yarı geçirgen bir zarla bölünmüş bir sistemde, çözünmüş partiküllerin yüksek konsantrasyonda bulundukları ortamdan, düşük konsantrasyonda bulundukları ortama doğru kendi kinetik enerjileri ile yayılır. •N2, O2, CO2 ve NO gibi non polar, küçük ve yüksüz gazlar kolayca difüze olur. •Etanol, küçük organik asidler – polar, ama yüksüz moleküller Su Üre • Lipofilik bileşikler – lipitte çözünme dereceleri, şekil ve boyutlarına bağlı olarak difüze olabilirler Yüksek geçirgenlik HİDROFOB MOLEKÜLLER benzen KÜÇÜK, YÜKSÜZ POLAR üre MOLEKÜLLERİ gliserol BÜYÜK, YÜKSÜZ glukoz POLAR MOLEKÜLLERİ sakkaroz Geçirgenlik katsayıları (cm/sec) üre gliserol triptofan glukoz İYONLAR Sentetik lipit çift tabaka Taşınacak maddeler geçirgenlik katsayılarına göre membran lipit tabakaları arasındaki geçitlerden hücre içine veya dışına taşınmaktadır. Düşük geçirgenlik Eğer iki sıvı kompartmanı arasındaki bir zar suya geçirgen, fakat su içinde çözünmüş bazı maddeler için geçirgen değilse (yarı geçirgen membran) ve diffüzyona uğramayan maddelerin konsantrasyonu zarın bir yanındaki sıvı bölümünde diğer taraftakinden daha fazla ise, su yüksek yoğunlukta diffüze olmamış madde içeren bölüme doğru zardan geçer. Suyun difüzyonu, osmoz olarak adlandırılır Suyun difüzyonu osmoz Tonisite Bir solüsyonun osmotik karşılaştırmak için kullanılır. basıncını plazmanınki ile Hipotonik solüsyonlar – plazmadan düşük osmotik basınçları nedeniyle hücrelerin hacmini arttırırlar. İzotonik solüsyonlar – plazma ile (% 0.9 NaCl çözeltisiyle) aynı basınçları nedeniyle hücre hacmini etkilemezler. Hipertonik solüsyonlar ise plazmadan yüksek osmotik basınçları sonucunda hücre suyunun intravasküler sıvısına çekilmesine ve hücrenin hacim kaybına neden olurlar. izotonik Hipotonik izotonik Hipotonik Hipertonik in out Hipertonik Kolaylaştırılmış diffüzyon Kanallar veya taşıyıcı proteinler aracılığıyla, konsantrasyon gradiyenti yönünde, enerji harcanmadan gerçekleşir. kolaylaştırılmış = yardım ile açık kanal = hızlı transport yüksek düşük İyon kanalları – çok seçicidir Na Kanal proteinleri hareketsizdir. İyonların çok hızlı geçişine izin verir: saniyede 100 milyon iyon! + Cl- K+ K K Konsantrasyon gradiyentlerine ve elektriksel yüklerine göre akış Kapılı kanallar Bu proteinler: - Ligand kapılı (asetilkolin gibi bir ligandın reseptörüne bağlanması sonucu açılmakta veya kapanmaktadır) - Voltaj kapılı (membran potansiyelindeki değişime bağlı olarak açılmakta veya kapanmaktadır) - Mekanik kapılı – gerilim ve basınca duyarlıdırlar, hücre iskeletinin gerilemesi ile açılırlar • Voltaj kapılı-membran potansiyelinin değişmesiyle kapı açılır • Ligand kapılınörotransmitterin reseptöre bağlanmasıyla kapı açılır. Asetilkolinin bağlanması sinir hücrelerinde Na+ kanallarının açılmasını ve sinir iletinin başlamasını sağlar Voltaj kapılı kanallar Voltaj kapısı hücre membranındaki elektriksel voltaj değisikliklerine duyarlı olan kapılardır. Sodyum kanalları Potasyum kanalları Kalsiyum kanalları İstirahat halindeki nöron Plazma membranı Aksiyon potansiyeli Uyarı stimulusu Sodyum kanalları açılır Na+ hücre içine Na+ nöronun içine girer Potasyum kanalları açılır K+ nöronu terk eder Repolarizasyon K+ hücre dışına Na, K-ATPaz Na, K-ATPaz pompası ile iyonların dağılımı sağlanmaktadır AKSİYON POTANSİYELİ Aksiyon potansiyeli, uyarılabilen hücrelerin eşik potansiyelini aşarak pozitif değere gelip çok kısa bir süre içinde tekrar negatif değere dönmesidir İstirahat membran potansiyeli eşik değere ne kadar yakınsa nöron o kadar kolay uyarılabilir. Dinlenme durumundaki bir hücre (-70 mV) eğer “eşik değer” denen bir değere kadar depolarize edilirse (membran potansiyelinin daha az negatif bir duruma geçerse) (-55 mV), hücre zarındaki voltaj kapılı hızlı sodyum kanalları açılır ve hücre içine kısa zamanda büyük miktarda sodyum akışı olur. Eşik değeri, hızlı voltaj kapılı Na kanallarının açılması için gereken voltaj değeridir. Bu sırada hücre içinde artı yük miktarı hızla artarak dik bir potansiyel değişimi oluşturur. Belli bir noktaya kadar yükselen bu potansiyel değişikliği sabit bir noktada durur; çünkü bu noktada voltaj kapılı Na kanalları artık kapanır ve daha fazla sodyumun girişine izin vermez. Buna “tepeye vuruş” (overshoot) adı verilir. Potansiyelin yükselmesi sırasında aynı zamanda yavaş potasyum kanalları da açılmaya başlar ve böylece, Na iyonalarının hücre içine girişiyle oluşan potansiyel değişimi tekrar istirahat membran potansiyeline geri döner (repolarizasyon). Daha sonra hem K kanallarının kapanması hem de Na/K-ATPaz pompasının sürekli faaliyetiyle potansiyel normale döner. Bu olayların hepsine birden aksiyon potansiyeli adı verilmektedir. Aksiyon potansiyelinin en önemli üç faktörü 1. Voltaj kapılı hızlı Na kanalları: Voltaj bağımlı Na kanallarını açabilen bir uyarı aksiyon potansiyeli oluştururken, hücreyi eşik değere getiremeyen, yani voltaj bağımlı Na kanallarını açamayan uyarılar aksiyon potansiyeli oluşturmazlar. 2. Voltaj kapılı yavaş K kanalları: Aksiyon potansiyeli sırasında oluşan yük değişikliklerini nötralize etmekle görevlidirler ve hücre dışına K çıkışına sebep olurlar. 3. Na/K-ATPaz pompaları: Sürekli çalışan bu pompalar, potansiyeli oluşturan süreçler iletiminde zarı tekrar dinlenme potansiyeline döndürerek yeni bir aksiyon potansiyeli oluşturabilmek üzere hazır hale getirirler. Na+ kanalı Na kanalları hücre istirahat (-70 mV) halindeyken kapalıdır Aktivasyon kapısı Aktivasyon ile sodyum kanalları açılır ve nörona sodyum girer İnaktivasyon kapısı inaktivasyon Hızlı voltaj kapılı sodyum kanallarının çalışma prensibi. A. Hücre zarında bulunan bu kanalların iki kapısı vardır: Kanal içinde yer alan aktivasyon kapısı; hücre içine bakan inaktivasyon kapısı. Hücre dinlenme durumunda iken aktivasyon kapağı kapalı, inaktivasyon kapağı açıktır. B. Zar voltajı değişerek eşik değerine ulaşırsa, kanalın içindeki aktivasyon kapısı açılır; çünkü bu kapı, bu voltaj değerinde açılmaya uygun bir moleküler yapıdadır. C. Açılan kanal boşluğundan sodyum hızla içeri akar ve artık hücrenin içi dışarıya göre pozitif yüklenmeye başlar. D. Hücre içi voltaj değeri dışarıya göre +35 mV düzeylerine geldiğinde ise bu kez inaktivasyon kapısı kapanır. Dolayısıyla bu noktada artık bu hücreyi bir daha uyarmak mümkün değildir. Sodyum girişi durur ve potansiyel değişimi sona erer. E. Ardından, K iyonlarının çıkışıyla normale dönen zar potansiyeli dinlenme voltajına ulaştığında kanal tekrar dinlenme durumundaki haline döner: aktivasyon kapısı kapanır; inaktivasyon kapısı açılır ve hücre yeni bir uyaran için hazır hale gelir. Voltaj kapılı K kanalları ise sadece tek bir kapıya sahiptir ve dinlenme durumunda bu kanallar kapalıdır. Depolarizasyon veya aksiyon potansiyeli sırasında geniş bir voltaj aralığında yavaşça açılıp kapanırlar ve böylece repolarizasyonu sağlarlar. K+ kanalı aktivasyon Membran polarizasyonu Kapalı Membran depolarizasyonu inaktivasyon İnaktive Açık Ligand (Transmitter)-kapılı iyon kanalları • • • • • Asetilkolin-kapılı katyon kanalları (uyarıcı) Serotonin-kapılı katyon kanalları (uyarıcı) Glutamat-kapılı katyon kanalları (uyarıcı) GABA-kapılı klorür kanalları (inhibitör) Glisin-kapılı klorür kanalları (inhibitör) Parasempatik Gangliyonik Sinaps Asetilkolinesteraz Na+ ACH Aksiyon Potansiyeli Na+ Pregangliyonik nöron Nikotinik Reseptör Postgangliyonik nöron Presinaptik bölgede sentezlenen ve veziküllerde depolanan nörotransmitterler elektriksel uyarı sonucu parçalanan veziküllerden ekzositoz yoluyla sinaptik aralığa salınmaktadır. Post sinaptik membranda özgül reseptörlere bağlanan nörotransmiterler uyarıcı (depolarizasyon) veya inhibitör (hiperpolarizasyon) etki oluşturmaktadır. Reseptörler iyonotrofik ve metabotrofik olarak iki sınıfa ayrılmaktadır. İyonotrofik reseptörler nörotransmitter bağlanmasıyla voltaja duyarlı Na+ kanallarının açılmasına aracılık etmektedir. Metabolik reseptörler ise spesifik protein kinazları aktifleyerek cAMP veya inozitol trifosfat üzerinden etkili olmaktadırlar. Sinir ucundaki aksiyon potansiyeli Ca2+ kanallarını açmaktadır Ekzositozla nörotransmitter sinaptik aralığa salınmaktadır Voltaja duyarlı Na+ kanalları açılmaktadır Presinaptik aksiyon potansiyeli Presinaptik sinir ucu Nörotransmitter Postsinaptik potansiyel Eşik değeri Reseptör kanalı Post sinaptik sinir ucu Asetilkolin-kapılı katyon kanalı (uyarıcı): Her bir Ask reseptörü 2 alfa, 1 beta, 1 epsilon ve 1 delta olmak üzere 5 alt birim içerir. Silindir şeklinde düzenlenmiş olan bu altbirimlerin ortası normalde kapalı duran bir kanal gibidir (iyonofor). Her bir alfa alt biriminin ekstraselüler yüzeyinde tek bir Ask bağlanma bölgesi vardır. Bu alt birime aynı zamanda nöromüsküler blok yapan ilaçlar da bağlanırlar. g d Asetilkolin bağlama yeri kanal por 4 nm Lipit çift tabaka Asetilkolinin reseptörüne bağlanması ile ligand-reseptör kompleksinde gelişen yapısal sonucunda reseptörün merkezindeki kanal 1 msn kadar açık kalır ve katyonlar potasyum, kalsiyum) konsantrasyon gradiyentiyle hareket ederler. Başlıca sodyum girişi ve potasyumun çıkısıyla son plak potansiyeli oluşur. sitozol değisiklik (sodyum, iyonunun Mekanik olarak düzenlenen kanallar: kulaktaki kıl hücreleri Sterosilya membranı Kıl hücresi Sterosilya: İnsan vücudunda, iç kulakta bulunan uzun ve hareketsiz uzantılardır. Ses titreşimlerine cevap olarak elektriksel sinyal oluşur. Bu sinyal sterosilyaların eğilmesine neden olur. Membran Taşıma (Transporterler) Proteinleri Membran transport proteinleri Spesifik taşıyıcılar Seçici kanallar Primer aktif transport ATP-bağımlı pompalar ATPaz: P-tipi, F-tipi and ABC-tipi ATPazlar (ABC transporterler) Sekonder aktif transport Kolaylaştırılmış difüzyon Uniport Glut1-5 Simport Antiport Pept1 NHE Kolaylaştırılmış difüzyonda, membranda yerleşik taşıyıcı proteinler (transmembran proteinler), kanal proteinlerinden farklı olarak 1. Taşınan bileşiği özgül olarak bağlamakta ve bağlanma sonrası proteinde konformasyon değişikliği meydana getirmektedirler. 2. Bu değişiklikle bağlanma sırasında hücre dışına yönelmiş protein bağlanma sonrası hücre içine (sitozole) yönelmekte 3. Bağladığı bileşiği sitozole bırakmaktadır Kolaylaştırılmış difüzyondaki taşıma proteinleri hareketlidirler. Konformasyonel değişiklik conformation change Konformasyonel değişiklik conformation change Carrier-mediated solute transport Konformasyonel değişiklik Membrandaki taşıma proteinlere transporter veya permeaz adı verilmektedir Taşıyıcı (Permeaz) Dış membran İç membran Simport (aynı yönde) Antiport (zıt yönlerde) Uniport (Tek yönlü taşıma) Kotransport İki farklı bileşik aynı zamanda taşınır (birlikte taşınma) Uniport taşıma proteini: Örneğin GLUT1 Glukoz Bağlanma GLUT 1 glukoz taşıyıcısı glukozun yüksek yoğunlukta olduğu kan plazmasından eritrositin içine doğru yani yoğunluğu düşük olduğu yönde taşınmasını sağlar Dşissosiasyon Taşınma simport (Sodyum glukoz transporter1) Bağırsak hücrelerinin lumene (boşluğa) bakan yüzünde SGLT 1 (sodyum-glukoz transporter) adı verilen bir taşıyıcı protein bulunur. Bu taşıyıcı protein üzerinde sodyum için iki, glukoz için bir bağlanma noktası vardır. Sodyumun bağlanması proteinde yapısal bir değişime yol açarak glukozun taşıyıcıya bağlanmasını kolaylaştırır. Bağırsak epitel hücresi içinde sodyum iyonları taşıyıcıdan uzaklaşır. Bu durumda konformasyonu değişen taşıyıcının glukoza ilgisi azalır ve glukoz serbestleşir. Eritrositlerde anyon kanal proteini (Band 3), Cl- ve bikarbonatın kolaylaştırılmış diffüzyon antiport sistemi ile taşınmasını sağlar. Kapilerler Karbonik anhidraz Alveoller Kana diffüze eder antiport Solunumla dışarı atılmaktadır Aktif taşıma (transport) • Hücre membranından, molekül ve iyonların, metabolik enerji kullanarak, konsantrasyon gradyanına karşı yönde taşınması işlemine aktif transport denir. a) Ko-transporter b) ATPaz pompaları (enerji ATP nin hidrolizinden) c) ışık- pompası (enerji elektron hareketi veya ışıktan) ışık Elektrokimyasal gradienti Ko-transporter ATPazpompası Işık -pompası simport Primer aktif taşıma (transport) Sekonder aktif taşıma (transport) Primer ve sekonder aktif transporterlar hayvan hücresinde birbiriyle koordine bir şekilde çalışırlar Hücre dışı Hücre içi Primer aktif taşıma Na+K+ ATP az: Na+K+ transportu Enerji kaynağı - ATP ATP yi ADP + Pi’a hidroliz edebildikleri için bu proteinlere ATP’azlar da denir Ekstrasellüler sıvı Sodyum ATP Potasyum ADP Pi Potasyum İntrasellüler sıvı K+ Adenozin trifosfat Adenozin difosfat Adenozin monofosfat Adenozin Adenin Fosfodiester bağı Fosfat grupları Riboz Fosfat gruplarının bir molekülden diğer bir moleküle aktarılmasında önemli Primer aktif transport sistemlerinin çoğu hücre içi ve dışı arasındaki iyon dengesinin korunmasını sağlayan iyon pompalarıdır. Primer aktif transporta katılan transporterler yapısal benzerliklerine göre P-tipi, Vtipi, F-tipi ve ABC transporterler olarak sınıflandırılır. Hücre dışı Sitozol ATP bağlama yeri ATP bağlama yeri P tipi F ve V tipi ABC superailesi V tipi ATP pompası: Lizozomlar, endozomlar ve salgı granüllerin sitoplazmik membranında bulunur. F tipi ATP pompası (ATP sentetaz’lardır): ATP üretiminde kullanılan proton pompası özellikle iç mitokondriyal zarında görev yapar. P tipi ATP pompası: bütün ökaryot hücrelerin plazma membranında bulunan Na+-K+ATPaz, kas hücrelerinin sarkoplazmik retikulum membranında bulunan Ca2+ATPaz, midenin apikal plazma membranında bulunan H+-K+ ATPaz pompası olarak görev yapar. Na+, K+ - ATPaz Na PADP ATP K Yaklaşık 104 kadar olan hücre dışı / hücre içi kalsiyum oranı Ca2+ATPaz iyon pompası ile düzenlenmektedir. CaM + 1mikromol Ca Fizyolojik etki 10 mM Ca2+ 3 Na+ Ca++ ++ ATP 2 H+ Ca++ Mitokondri ER ADP + Pi Dinlenme halindeki bir hücrede sitozolik kalsiyum miktarı çok düşüktür ve kalsiyumun çoğu mitokondri, endoplazmik retikulum gibi organellerde bulunur. Hücre içi Ca2+’un uzun süre yüksek kalması çok toksiktir. H+- K+ - ATPaz H+- K+-ATPaz, mide asidi sekresyonunda bir antiport pompası olarak görev alır. Bu aktif transport olayı sonucu H+ gastrik parietal hücrelerinden mide lumenine salgılanırken K+ hücre içine girmektedir. Parietal hücre kan HCl Cl- kanalı Anion antiport Cl HCO3 Cl - Cl HCO3- + Karbonik anhidraz CO2 CO2 + OH - Basolateral membran mide lumeni ATP ADP + Pi H 2O K+ K+ H+-K+-ATPaz Apikal membran K+ K+ kanalı ATP bağlayıcı kaset taşıyıcıları (ATP-Binding Cassette transporters) Çoğu ilacın dağılımında önemli süreçlerden biri, konsantrasyon farkına karşı gerçekleşen ve bu nedenle de enerji gerektiren aktif taşımadır. Aktif taşımada endotel ve epitel hücrelerin her iki yüzeyinde de bulunabilen proteinler taşımaya aracılık ederler. Bu proteinler; ABC (ATP-binding Cassette Family) ve SLC Süper Ailesi (Solute Carrier Family) olarak iki ana sınıfa ayrılırlar ve aynı adlı gen aileleri tarafından kodlanırlar. ABC (ATP-bağlayan protein) taşıyıcı ailesi MDR1 geni tarafından kodlanan p-glikoprotein ve en az 7 ceşit “multi drug resistance (MDR)” proteinden oluşmaktadır. İlk olarak 1976 yılında, ABC Süper Ailesi üyesi olan p-glikoprotein (MDR1), kanser ilaçlarına karşı direnç gelişmiş tümör hücrelerinde yüksek miktarda salınımı sonucu tanımlanmıştır. P-gp enerjiye bağımlı olarak çalışır ve hücre içine giren ilacın dışarı pompalanmasını sağlayarak, hücre içi ilaç konsantrasyonunu azaltmaya çalışır ve ilaç direnci yaratır. Hücre dışı Kanser ilacı P-gp iki ATP bağlama yerine sahip bir membran proteinidir. ATP hidrolizinden sonra protein konformasyonunda değişiklik hidrofobik ilaçın çıkışını kolaylaştırmaktadır. P-gp artışı ile hidrofobik olan doksorubisin, daunorubisin, etoposid, taxol, vinkristin, vinblastin gibi birçok kemoterapötik ilaca karşı direnç gelişebilmektedir. N ATP ATP binding sites bağlama yeri C Hücre içi MDR proteinler organik anyonik taşıyıcılardır. MDR protein fonksiyonu için iki model ileri sürülmüştür: a) Flipaz modeli: Substratın hidrofobik kısmı membrana girerken, hidrofilik kısmı sitozole bakar. Substrat membranda lateral olarak hareket ederken MDR proteinin transmembran sahasına bağlanır. ATP hidrolizi ile substrat ters dönerek dışarı atılır. b) Pompa modeli Substrat MDR’nin sitozolik kısmına bağlanır ATP hidrolizi ile dışarı atılır. Flippase modeli Substrat Pompa modeli: MDR1nın substratı bağlayan yeri sitozol kısmında bulunur ve molekülleri diğer Hidrofob uç ATPaz pompaları gibi dışarı taşır Yüklü uç Hücre dışı Sitozol 1. Lipitte çözünen substrat plazma membranın sitozole bakan tabakada çözünür 2. Membrandan diffüze ederek çift tabakanın içinde bulunan MDR1 proteine bağlanır 3. Bu şekilde hücrenin dışındaki sulu faza geçer Konsantrasyon gradienti Kistik fibroz transmembran iletim düzenleyicisi (CFTR) • Kistik fibroz transmembran iletim düzenleyicisi hücre membranından geçişte aktif transportta rol oynayan ABC protein ailesinin içinde yer almaktadır. • Klorür için spesifik bir iyon kanalıdır: Hava yolları ve mide-barsak sistemi eksokrin bezlerinde epitel hücre membranından tuz ve sıvı geçişini sağlar (klorürün epitel yüzeyine kolaylaştırılmış diffüzyonunu sağlamaktadır, bunun sonucunda osmoz ile su apikal yüzeye geçerek mukusu dilüe etmektedir.) • Kistik fibroz olayların % 90 nında mutasyona uğramış CFTR endoplazmik retikuluma ulaşmakta, fakat burada parçalanmaktadır. Kistik fibroz, epitel hücrelerinde klorür kanallarının şeklini veren ve bu kanallardan klorür iyonlarının akışını regüle eden bir membran glikoproteini olan kistik fibroz transmembran iletim düzenleyicisini (CFTR) kodlayan gendeki mutasyon sonucunda ortaya çıkmaktadır. Sağlıklı kişilerin normal olan solunum yolu epitelinde klorür iyonu dışarı salgılanırken sodyum iyonu yavaş olarak absorbe edilmektedir. Ancak kistik fibrozlu hastalarda meydana gelen mutasyonlar sodyum iyonunun hücresel absorbsiyonunu arttırırken, klorür iyonlarının sekresyonunu bloke etmektedir. Sodyum absorbsiyonu sırasında suyun submukozaya çekilmesiyle solunum yolu salgıları dehidrate hale gelir. Salgıların dehidrate olması ve mukosiliyer mekanizmaların işlev görememesi hastalığın gelecekteki seyrinin pankreas yetersizliğine dönüşmesine, alt solunum yollarında tekrarlayan bakteri kaynaklı infeksiyonların ortaya çıkmasına ve erkeklerde kısırlığa yol açan sperm kanalının tıkanmasına veya ortadan kalkmasına neden olmaktadır. Normal = ince koruyucu mukus Hastalarda = kalın koruyucu özelliği olmayan mukus Hücreden Cl’un dışarı taşınması koruyucu ince mukus oluşmasını sağlar. Basolateral P Cl- Na+ K+ K+ H 2O Na+ Cl- Na+ Apikal Na+ CFTR H2O Basolateral Cl- ClNa+ K+ K+ H 2O ER Na+ Na+ Apical Na+ H2O Sekonder aktif taşıma Na+/amino asid simportu Na+/glukoz simportu Ca2+/ Na+ antiportu Ekstrasellüler sıvı İntrasellüler sıvı Amino asid Bu tip taşımada enerji kaynağı olarak ATP direkt kullanılmaz. Şekerlerin, amino asitlerin ve kalsiyumun hücre içine taşınmasında, membranın iki yüzü arasındaki Na+ veya H+ iyonları konsantrasyon gradiyentinden kaynaklanan enerji (iyon hareketinin kinetik enerjisi) kullanılır. Bu tip transportta Na+ veya H+ iyonları hücre içine konsantrasyon gradiyenti yönünde geçerken, hücreye girmesi istenilen diğer bileşik konsantrasyon gradiyentine karşı taşınır. Daha sonra Na+ iyonları, ATP harcanarak Na+K+-ATPaz tarafından hücre dışına çıkartılır. Sekonder aktif transportta ATP hidrolizi dolaylıdır. Kotrasporterlar SEKONDER AKTİF TRANSPORT (proton pompası ile birlikte) Yüksek proton konsantrasyonu Hücre dışı Düşük glukoz konsantrasyonu sakkaroz sakkaroz Düşük proton konsantrasyonu Hücre içi primer aktif transport Yüksek glukoz konsantrasyonu sekonder Aktif transport SEKONDER AKTİF TRANSPORT (Na+-K+ ATPaz pompası ile birlikte) - Glukoz konsantrasyon gradientine karşı taşınmaktadır Sekonder aktif transport Glukoz Hücre dışı Sitozol Primer aktif taşıma Büyük moleküllerin membranı geçme hareketi Endositoz ve Ekzositoz Ekstrasellüler sıvı Plazma membranı Endositoz Ekzositoz İntrasellüler sıvı • Büyük moleküller hücre içine ve dışına membrandan tomurcuklanan veya membranla kaynaşan veziküllerle (kesiciklerle) taşınır – endositoz – ekzositoz Ökaryotik hücreler bazı molekülleri, membranlarından oluşturdukları veziküller aracılığı ile içeri alırlar. Bu olaya “endositoz” adını veriyoruz. Egzositoz, hücre içi membranlardan oluşan veziküllerin, hücre içinden yükledikleri molekülleri, plazma membranı ile kaynaşarak dışarı vermesidir. VEZİKÜL OLUŞUMU Ekzositoz ve endositozda veziküller, aynı temel mekanizma ile, birkaç basamakta oluşur. Vezikül oluşumunun basamakları sırasıyla; 1. Membranın tomurcuklanması ve kılıflı vezikül oluşumu, 2. Vezikülün kılıfından sıyrılması, 3. Vezikülün hedef membranı bulması, 4. Vezikülün hedef membranla kaynaşmasıdır. Sitozol Donor membran Füzyon Hedef membran Tomurcuklanma Taşıyıcı veziküllerin oluşumu ve kaynaşması: Kargo seçimi, Kaplayıcı proteinler ve Vesikül Tomurcuklanması 1. Bir vezikül içerisinde kargo olarak taşınacak olan zar proteinleri (kırmızı ve gri) diğer proteinlerden ayrılarak bir tomurcuk içerisinde toplanır. 3. Vezikül hedef organelin zarıyla kaynaşır. 2. Tomurcuk, taşıyıcı vezikülü oluşturmak üzere kopar 1. Vezikülün tomurcuklanması Hemen hemen incelenen bütün durumlarda vezikülün tomurcuklanmasında kılıf proteinlerinin varlığı gösterilmiştir. Kılıf protein alt birimleri biraraya gelerek 50-100 nm çapındaki genellikle küre biçimini alan kılıfı oluşturur. Kılıf protein alt birimleri sitozolde çözünmüş olarak bulunur. Vezikül oluşacağı zaman bu proteinler kaynak membrana bağlanır ve membranın o bölgedeki yapısını değiştirerek vezikülün tomurcuklanmaya başlamasını sağlar. Üç kılıf proteini görev almaktadır. 1. Klatrin/adaptör kompleksi 2. COP I 3. COP II Bu kılıflar birbirinden hem protein içeriği hem de etki yerleri bakımından farklıdır, ancak etki mekanizmaları benzerdir. Klatrin kaplı vesiküller: Endositoz ile hücre dışı moleküllerin plazma zarından içeriye alınmasının yanısıra moleküllerin trans Golgi ağından endozom ve lizozomlara taşınmasından sorumludur. Klatrin üç ağır (H, 180 kDa) ve üç hafif (L, 35 kDa) proteinden oluşan yapı ile kaplanmıştır. Üç hafif ve üç ağır alt birimden oluşan üç ayaklı ve altı alt birimli yapıya triskelion adı verilmektedir. Birleşen bu triskelionlar, beşgen ve altıgenlerden oluşan kapalı polihedral yapıyı (kafesi) oluşturmaktadır. Ağır zincir Hafif zincir Klatrin “ağır zincir” Triskelion = 3 ağır ve 3 hafif polipeptid = 1 klatrin “Hafif zincir” KLATRİN VEZİKÜLLERİ cargo receptörü (transmembran protein) adaptin – cargo reseptörüne bağlanır klatrin (kaplama proteini) vezikülleri oluşturur dinamin – vezikül kesenin üst kısmını daraltır (enerji kaynağı GTP) “cargo” reseptör klatrin membran adaptin Klatrin alt birimlerinin oluşturduğu sepet içinde, klatrini membrana bağlayan bir adaptör protein de (AP-2) bulunur. Bu adaptör, klatrini membrana sıkıca bağlar. AP-2’nin ayrıca, membran üstündeki sepete alınacak reseptörleri biraraya toplama gibi bir görevinin olduğu gösterilmiştir. Dinamin GTPaz’dır GTP dinamin GDP Endositoz ve egzositoz için ortak olan mekanizmayı ana hatları ile şöyle özetleyebiliriz: a. Kaynak membranı üzerinde yerleşmiş bir “GEF proteini” (guaninnükleotid değiştirme faktörü), sitoplazmada bulunan kılıf oluşturucu bir proteinin üzerindeki GDP’yi GTP’ye çevirir. Klatrin kılıfı için ARF (ADP-ribosylation factor); COP II kılıfı için ise Sar 1 proteinidir. b. Kılıf oluşturucu protein (ARF veya Sar 1), GTP bağladığı anda, içindeki bir hidrofob yağ asidini açığa çıkarır ve bu yağ asidi aracılığı ile membrana bağlanır. Bir GTPaz olan kılıf oluşturucu protein, sitozolde alt birimler halinde bulunan kılıf proteinini, membranın kendi bağlandığı bölgesine toplar. Membrana bağlanan kılıf proteinleri biraraya toplanarak sepet gibi bir yapı oluşturur ve membranın bu bölgedeki yapısını bozar. Böylece membranda bir tomurcuklanma oluşur. Tomurcuklanma, vezikül oluşumuna yol açar ve bazı proteinlerin vezikülü boyun bölgesinden koparması ile kılıflı bir vezikül oluşur. Kılıf oluşturucu GTP-bağlayan proteinler (GTPaz) Klatrin kılıfı için ARF (ADP-ribosylation factor); COP II kılıfı için ise Sar 1 (Secretion-Associated RAS super family) proteinidir. - kılıflı vezikül İnaktif çözünen Sar 1-GDP aktif membrana – bağlı Sar 1-GTP Hidrofobik kuyruk Kaynak (donor) membran altbirimleri GEF = Guanine Nucleotide Exchange Factor - GTPaz aktivasyonu Membran Donor membran proteinleri Vezikülün kılıfından sıyrılması Kılıflı vezikülün sitozole salınmasından hemen sonra kılıf sıyrılır. Bu işlem de yine kılıf oluşturucu GTPaz’lar (ARF ve Sar 1) tarafından başarılır. Bunlar, GTP’nin hidrolizi ile konformasyon değiştirirler, kendilerini vezikül membranına bağlayan yağ asidini geri çekerler ve vezikülden ayrılırlar. Bu proteinlerin vezikülden ayrılmasının hemen ardından kılıf depolimerize olur ve vezikül kılıfından sıyrılır. ECB 15-19 Kaplanmış vezikül Klatrin kaplama Sitozol Sıyrılma Vezikül oluşumu adaptin dinamin Kaplanmış oyuk Tomurcuklanma Kaplanmamış transport vezikülü Hücre membranı “Membrandan Soyunma ayrılma” (dinamin) Dinamin “Klatrin kaplı oyuk” Adaptin Klatrin “ATP-bağımlı soyucu enzim” HSP70 şaperon ailesine aittir; ATP hidrolizi gerekmektedir GTP GDP + Pi Kılıfı uzaklaştırılmış transport veziküller endozomlara yönlendirilmektedir Klatrin ve adaptinler hücre membranına geri dönmektedirler ATP-bağımlı soyucu enzim ATP ADP + Pi Kılıfı uzaklaştırılmış transport veziküller Endozomlara doğru… Klatrin kaplı vezikülün plazma membranından oluşumu Vezikülün hedef membranı bulması Zar sistemlerinin farklı olmasından dolayı, bir vezikül kendisi için doğru olan bir zarı buluncaya kadar, muhtemel birçok hedef zarla karşılaşması olasıdır. Hedefin bulunmasındaki spesifite yüzey markerleri ile sağlanmaktadır. Özellikle, iki protein grubu rol oynar: SNARE ve Rab diye adlandırılan hedef belirleyen GTPazlar. Bu konuda Rothman tarafından ileri sürülen “SNARE hipotezi” uzun süre kabul görmüştür ve halen bazı değişmelerle kullanılmaktadır . SNARE: Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor (NSF) attachment protein receptor. Bu hipoteze göre; vezikül içindeki bir integral protein (vSNARE=synaptobrevin) ile, onunla özgül olarak etkileşebilen bir hedef membran integral proteini (t-SNARE = syntaxin) arasındaki yüksek afinite ve özgül etkileşim, veziküllerin hedeflerini bulmasını sağlamaktadır. SNARE’ler sitoplazma içine sarkan ve reseptör olarak görev yapan integral proteinlerdir. SNARE’ler en çok sinir hücrelerinde çalışılmışlardır. SNARE: Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor (NSF) attachment protein receptor. v-SNARE (synaptobrevin) t-SNARE (syntaxin) vezikül organel hedef membran v-SNARE + t SNARE stabil trans SNARE kompleksi Karşılıklı membranlar üzerindeki SNARE’ler hidrofobik etkileşimlerle ve birbirlerine paralel yerleşerek “halkalı halka” (coiled coil) oluşturarak etkileşirler. SNARE’lerin enerji yönünden avantajlı bir kompleks oluşturarak membran kaynaşması önündeki enerji engelini yıktıkları görüşü ağırlık kazanmıştır. Sinaptik vezikül Sitozol coiled coil Sinir hücresi plazma membranı Coiled-coil üçü t-SNARE, biri ise v-SNARE’den oluşan, birbirine sıkıca bağlanmış 4 α-helix’den oluşan bir settir. Kaynaşma sırasında GTP hidrolizi gerekir. Bu işlem Rab proteinleri tarafından gerçekleştirilir. Membran kaynaşması Vezikül, hedef membranını, Rab proteini, Rab efektörü, SNARE ve bağlayıcı proteinlerin ortak hareketi ile tanır ve membrana yanaşır. Membrana yanaşma sırasında, vezikül ve hedef membranın molekülleri, birbirleri ile etkileşebilecek kadar yakındır. Membran kaynaşması için ise, membranların 1.5 nm kadar yakınlaşmaları ve aradaki su moleküllerinin atılması gerekir. Bu işlemin SNARE’ler tarafından başarıldığı zannedilmektedir. Birbirine bağlanacak membranlar üzerinde karşılıklı yerleşmiş bulunan, birbirlerine yüksek afiniteleri olan SNARE’ler sarmal oluşturacak şekilde bağlanırken, membranları çekerek yakınlaştırır ve kaynaşmayı sağlarlar. Veziküllerin “doğru hedefi” bulmalarında etkin olduğu düşünülen diğer bir protein grubu Rab proteinleridir (GTP bağlayan protein). • Monomerik GTPaz'lardır ve 30 dan fazla üyesi vardır. SNARE’lerde olduğu gibi, her Rab proteini hücre zarlarında karakteristik bir dağılıma sahiptir ve organeller sitosolik yüzeylerinde bir Rab proteini taşırlar. • Rab proteinleri veziküle tutunur ve GDP dissociation hedef membran üzerindeki bir efektör inhibitor) proteinle ve v-SNARE’lerle özgül olarak etkileşerek SNARE kompleksinin (v-SNARE/t-SNARE kompleksi) oluşmasını sağlar. Böylece vezikül doğru hedefi bulur. çözünen transport vezikülü Yağ asidi hidrolizi Membran füzyonu Hedef membran SNARE’lerin ayrılması Bir ATP az olan NSF SNARE çiftini hidroliz etmektedir ENDOSİTOZ Endositozda, hücreye alınacak maddeyle birlikte hücre membranının bir kısmı hücre içine doğru tomurcuklanır ve hücreye girmesi istenilen madde hücre içine vezikül içinde girer. Oluşan küçük vezikül endozom olarak adlandırılır. PLAZMA MEMBRANI Hücre dışından içine madde alımı pinositoz, reseptör-aracılı endositoz ve fagositoz olmak üzere üç değişik yolla olmaktadır. Her üç yol hücre gereksinimlerinin karşılanmasında veya korunmasında kullanılmaktadır. fagositoz Endositoz pinositoz receptör-aracılı endositoz Reseptör –aracılı endositoz Transport sistemlerinin taşıyamayacağı boyuttaki moleküller ve diğer bazı maddelerin hücre içine alımı reseptör-aracılı endositoz adı verilen bir mekanizma ile olmaktadır. Reseptör –aracılı endositoz ile alınan maddeler Toksinler ve lektinler Virüsler Difteri toksini Pseudomonas toksini Kolera toksin Concanavalin A Adenovirüs Rous sarkom Vesiküler stomatitis Semliki forest Serum transport proteinleri ve antikorlar Transferrin LDL Transkobalamin Ig A Ig G Ig E Hormonlar ve büyüme faktörleri İnsılin Büyüme hormonu Kalsitonin Glukagon Prolaktin Tiroid hormonu Katekolaminler İnterferon LDL kolesterol hücre içersine reseptör aracılı endositoz ile alınmaktadır Low density lipoprotein (LDL) pH ~7-.7.2 LDL-R dinamin GTP GDP+Pi Erken endozom pH ~6 ATP ADP+Pi Soyunma Kaplanmış (HSP70 ailesi) vezikül pH ~7.2 ADP+Pi Füzyon (SNARE) ATP Serbest kolesterol Lizozom H+ Endozomlardaki proton pompası endozom lumenindeki pH nın asit tarafa kaymasını sağlayarak LDL reseptöründen dissosiye olmaktadır ~ 1’: erken endozom (pH~6)… ATP GTP GDP+Pi H+ ADP+Pi ATP Kaplanmış vezikül ADP+Pi ATP Kılıfın sıyrılması H+ ADP+Pi ~ 5’: geç endozom (pH 5.5~6)… ATP H+ (pH<5)… Early endosome - late endosome - lysosome is a continuum ADP+Pi Diğer ligand reseptör sistemlerinde olduğu gibi LDL partiküllerinin de yüzey reseptörlerine bağlanıp, reseptör içeren vezikülün hücre içine alınış evresinde enerjiye ihtiyaç duyulur. Vezikülün hücre içine girişi, partikülün reseptöre bağlanmasından 2-5 dakika sonra meydana gelir. Hücreye girdikten sonra bu kılıflı veziküller önce klatrin kılıflarını kaybederler. Kılıflarını kaybetmiş olan veziküller erken endozomlarla kaynaşırlar ve erken endozomların sahip olduğu düşük pH LDL’nin reseptöründen ayrılmasını sağlar. Yeni oluşan bu iri vezikülün içindeki LDL partikülünden ayrılmış olan reseptörler bir tomurcuk oluşturarak vezikülden atılır ve hücre zarına geri dönerler. Geç endozomlarda ve lizozomlarda LDL partikülünde yer alan kolesterol esterleri asit lipazlar tarafından serbest kolesterole dönüştürülürler ve bununla birlikte apoB100 de kendisini oluşturan amino asitlerine yıkılıp sitozole verilir. Ailesel hiperkolesterolemi (familial hiperkolesterolemi) LDL reseptör genindeki çok sayıdaki mutasyon (>200) buna neden olarak gösterilmektedir. Apotransferrin, karaciğerde sentezlenen ve iki demir iyonu bağlayabilen bir proteindir. Apotransferrin-Fe3+ kompleksi transferrin olarak adlandırılır. Birçok hücrenin yüzeyinde transferrin reseptörleri bulunur, bu reseptörlere bağlanan transferrin, reseptör aracılıklı endositozla hücre içine alınır. Transferrinin bağlanması ile dimerik reseptör içeri gömülerek klatrin kafesli kesecik oluşturmaktadır. ATP-bağımlı soyucu enzim tarafından klatrin uzaklaştırıldıktan sonra oluşan endozom asidik bir başka endozomla kaynaşmaktadır. pH değeri 5-6 arasında olan yeni endozomda Fe3+ transferrinden ayrılmakta fakat apotransferrin reseptöre bağlı kalmaktadır. CURL (compartment of uncoupling of receptor and ligand; ligandın reseptörden ayrıldığı bölme) adı verilen tüp şeklindeki kesecikle kaynaşan endozomun oluşturduğu kesecikten apotransferrin ayrılarak hücre membranına geri dönmektedir. Hücre membranı ile kaynaşan bu kesecikteki ani pH (5-6 7.4) değişikliği sonrasında reseptörapotransferrin kompleksindeki apotransferrin reseptörden ayrılmaktadır. Fe3+ ise ferritin şeklinde depolanmaktadır. Nötral pH da apotransferrin reseptörden ayrılmaktadır Transferrin Transferrin reseptörü Klatrin Hücreye demir alınması Apotransferin hücre yüzeyine dönmekte Apotransferin Geç endozom sitozol Fagositoz (hücre yutumu) Bu olayda görev alan keseciklerin (endozomların) çapı daha büyüktür (çap > 250 nm) ve hücre bu yolla mikroorganizma, bakteri, hücre artığı gibi büyük boyutlu cisimleri içine almaktadır. Memelilerde fagositoz yapan sadece birkaç tip hücre bulunmaktadır. Beyaz Kan Hücreleri • Fagositler - Nötrofiller – yalnız kanda - Makrofajlar – kan ve dokularda yaygın olarak bulunmaktadır. 33 dakikada hücre membranını tümüyle yenileyebilen bir makrofaj, bir saatte hacminin % 25 kadarına eşdeğer sıvı alabilmektedir Fagositoz - “hücre yutumu” Fagositoz Bakteri Psödopod Fagozom veziküller Bazı bakteriler lizozomal enzimler tarafından parçalanmamaktadır ve intrasellüler parazitler gibi yaşamaktadırlar Myxobacteria tuberculosis (tuberculosis)… Listeria monocytogenes (listeria)… Yersinia pestis (plague)… Lizozom Otofaji 1. “Fagositoz” Bakteri Fagozom veziküller Endoplazmik retikulum ER’dan türetilen bir membranla çevrilen yıpranmış organel Yıpranmış mitokondri 2. “Otofaji” Otofagozom Lizozom 1. “Fagositoz” 3. “Endositoz” Erken endozom Bakteri Fagozom Geç endozom Lizozomal enzimler Endositolik veziküller Endoplasmic reticulum Lizozom Worn out mitochondrion 2. “Otofaji” Otofagozom EKZOSİTOZ Hücre membranına ve dışına yönlendirilen keseciklerin membranlarında hücre membranı proteinleri ve içlerinde ise salgılanacak proteinler bulunmaktadır. Keseciğin hücre membranı ile kaynaşması ve içeriğini boşaltılması ekzositoz olarak adlandırılmaktadır. Ekzositoz
