transport

MEMBANLARDA
MOLEKÜLLERİN
HAREKETİ:PASİF
TRANSPORT
TRANSPORT




Biyosentez ve enerji üretimi için
glukoz, yağ asitleri ve amino asitler gibi besin
maddelerinin hücre içine taşınması,
atık maddelerin hücre dışına atılması ve
iyon konsantrasyonlarının belirli sınırlar içinde
tutularak hücre hacminin korunması
plazma membranının temel fonksiyonlarından biri
olan transport ile gerçekleştirilmektedir.
Transport



Biyolojik membranların lipid yapısı, çok sayıda
maddenin membranın bir tarafından diğer tarafına
geçişini engelleyerek hücrenin iç ortamını denetlemek
üzere hidrofobik bariyer oluşturur.
Membranların seçici-yarı geçirgenlik özelliği bu lipid
yapıya bağlıdır
Maddelerin membrandan geçebilmeleri için lipid
matriksde çözünebilmeleri gerekir ve

plazma membranı lipofilik maddeler dışında birçok
maddeye geçirgen değildir.


Membran lipid çift tabakasının hidrofobik merkezi
suda çözünür moleküllerin çoğuna geçirgen değildir.
İnorganik iyonlar ve yüklü organik moleküller,

su molekülleri ile olan etkileşimleri ve
 membranın hidrofobik merkezi tarafından
kısıtlanma sonucu membrandan istenilen hızda
difüzyona uğramazlar
Transport




Besin maddeleri ve inorganik iyonların difüzyon hızı
sıfır olmamakla birlikte hücrelerin ihtiyacını
karşılamayacak kadar yavaştır. 
Bu nedenle
su, iyonlar, metabolik yakıt maddeleri ve atık
maddelerinin membrandan hücre içine ve dışına
taşınması, iyon dengesinin sürdürülmesi ve
metabolizmanın kontrolü için,

hücrelerin plazma ve organel membranlarında
spesifik transport sistemleri bulunmaktadır. 
Taşıma işlemi, transport sistemlerinin çoğunda
bulunan membranda yer alan spesifik taşıyıcı
proteinler, kanal veya pompa proteinleri tarafından
gerçekleştirilmektedir. 


Membranlar, amfipatik özellikte olan lipid çift
tabakası içine yerleşebilen amfipatik özellikteki
proteinleri içermektedir.
 Proteinler spesifik olarak iyon ve küçük
moleküllerin taşınması için kanallar oluşturur ve
 membran lipid çift tabakasını aşması olanaksız
daha büyük moleküller için de taşıyıcılar olarak görev
yapar.
Bu yolla lipidde çözünemeyen moleküllerin membran
lipid çift tabakasından geçişi ve membranın iki
tarafındaki iyon konsantrasyon farklılıkları
sürdürülmektedir.
Transport-1

Pasif transport
Basit difüzyon
 Kolaylaştırılmış difüzyon

Konsantrasyon gradyanı yönünde
 Elektrokimyasal gradyan yönünde


Aktif transport
 Elektrokimyasal gradyana karşı
Transport-2
Küçük moleküllerin geçişi
Basit difüzyon
Kolaylaştırılmış difüzyon
Aktif transport
 Büyük moleküllerin geçişi
Endositoz, eksositoz

Transport-3
Aracısız transport
 Basit difüzyon
Aracılı transport
 Kolaylaştırılmış difüzyon
transport proteinler ,
kanallar: voltaj, agonist , cAMP bağımlı
 Aktif transport
primer aktif transport: pompalar
sekonder aktif transport: pompalar ve transport p.
 Grup translokasyonu
Molekül ve bilginin membranlar üzerinden taşınması:
 1.Küçük moleküllerin taşınması



2.Büyük moleküllerin taşınması




Pasif transport (basit difüzyon ve kolaylaştırılmış difüzyon)
Aktif transport
Endositoz, reseptör aracılı endositoz
Ekzositoz
3. Sinyal iletimi (hücre yüzey reseptörleri aracılığıyla)
4. Hücreler arası temas ve iletişim


Maddenin membranın her iki tarafındaki konsantrasyonları
arasındaki farka konsantrasyon gradiyenti (kimyasal
gradiyent) denilmektedir.
Çözünmüş madde moleküllerinin konsantrasyon gradiyenti
yönünde kendi kinetik enerjileri ile yayılmalarına basit
difüzyon denir



Zıt yüklü iyonlar geçirgen bir membranla ayrıldığında,
transmembran elektriksel gradiyent yani membran potansiyeli
(Vm ) meydana gelir.
Böylece iyonlar ve elektriksel olarak yüklü katı moleküllerin
kendiliğinden bir membrandan net hareketinin yönü, hem
membranın iki tarafı arasındaki konsantrasyon farkına (kimyasal
gradiyent) ve hem de elektriksel farka( Vm ) bağlıdır. Bu iki
faktör birlikte elektrokimyasal gradiyent veya
elektrokimyasal potansiyel olarak bilinmektedir;
iyonların net haraketi elektrokimyasal potansiyel sıfıra ulaşana
kadar devam eder .Hücrenin içi genellikle negatif yüklüdür.
Yarı geçirgen (semipermeable)
membrandan basit difüzyon









O2, N2, CH4 : nonpolar
Üre , etanol , küçük organik asidler: polar ama
yüksüz
Su: polar ama yüksüz ve 55 M : Osmos !
Hızlı su geçişi için akuaporinler !
İyonlar membranlardaki porlardan geçebilir,
katyonlar – yükle, anyonlar + yükle çevrelenmiş
porlardan
Monovalent > divalent > trivalent
pH elektrolitlerin iyonizasyon derecelerini etkiler!
İyonların hidratasyon küreleri
Li+, Na+, K+ iyonlarının difüzyon hızları: K+ > Na+ > Li+
Plasma membranının
geçirgenliği
Basit difüzyonun kinetiği
Fick Denklemi:
dS
D

AC1  C2 
dt
x
Ciç  Cdıı
dS
 DA
dt
x
D
 KACdıı  Ciç 
x
dCiç
A
K
dt
V






Özetle, moleküllerin membrandan net
difüzyonu belirli faktörlere bağlıdır:
1) konsantrasyon gradiyenti.
2) elektriksel gradiyent (elektriksel potansiyel
farkı)
3) permeabilite (geçirgenlik) katsayısı
4) hidrostatik basınç
5) sıcaklık
Hidrostatik basınç ve sıcaklık artışı
moleküllerin hareketini ve böylece moleküller
ile membran arasındaki çarpışmayı artırır,
dolayısı ile difüzyon hızını artırır
Kolaylaştırılmış Difüzyon (pasif aracılı
transport)




Spesifik olarak çözünmüş bazı
moleküllerin(solütlerin);
elektrik yük taşıyan moleküller için
elektrokimyasal gradiyentleri yönünde veya
yüksüz moleküller için konsantrasyon
gradiyentleri yönünde
membran lipid çift tabakasından difüzyonu bu
moleküllerin büyüklük, yük veya çözünürlük
katsayılarına göre beklenenden daha hızlı
gerçekleşmektedir



Membran lipid çift tabakasını kendi başına serbest
olarak aşamayan moleküllerin difüzyonu, taşıyıcı
proteinlerle ve kanallar aracılığı ile kolaylaştırılmakta
ve hızlandırılmaktadır. 

Kolaylaştırılmış difüzyon basit difüzyondan farklı
özelliklere sahiptir.
Kolaylaştırılmış difüzyon
 spesifik taşıyıcı proteinler ve kanallar aracılığıyla
 konsantrasyon veya elektrokimyasal gradiyent
yönünde
 metabolik enerji harcanmadan gerçekleşmektedir
Taşınan moleküllerin taşıyıcı proteinlere bağlanmış
olmasına karşın ,kullanılan mekanizma pasif
difüzyondur ve metabolik enerji gerektirmemektedir .


Kolaylaştırılmış difüzyon (pasif aracılı
transport) ve aktif transport sistemlerinde yer
alan,
çeşitli moleküller için yüksek derecede
spesifiklik gösteren membran proteinleri veya
protein kompleksleri, kullandıkları
mekanizmaya göre




taşıyıcı (transporter),
translokaz / translokatör (yer değiştirici),
permeaz (membran permeabilitesini artırıcı) ve
pompa gibi çeşitli isimlerle tanımlanmaktadır
Kolaylaştırılmış difüzyon





Doygunluk kinetiği (Vmaks , Kt)
Özgünlük
İnhibisyon (yarışmalı)
Konsantrasyon gradyanı yönünde
Enerji harcamı yok !
Glukoz taşıyıcı proteinler
kol. dif.,uniport
GluT 1 kolon, plasenta, eritrosit, kas***, kalp, kanbeyin bariyeri, glia hücreleri
 GluT 2 karaciğer, pankreas ß hücresi, ince barsak,
böbrek
 GluT 3 beyin, böbrek, plasenta
 GluT 4 kalp, iskelet kası***, yağ dokusu* blastosit
 GluT 5 ince barsak, kas, spermatozoa
*insülin *hipoksi *egzersiz
SGLT 1 ince barsak ve böbrek (Sodyum bağımlı
glukoz transport protein: sekonder aktif transport)

GluT 1 : Eritrositin transport
proteini





Basit difüzyondan 50.000 kat daha hızlı!
D-Glukoz Kt=1.5mM Glisemi 4-5 mM
Vmaks!
L-Glukoz Kt>3000mM
D-Mannoz Kt=20mM
D-Galaktoz Kt=30mM
İyon kanalları









Transmembran oligomerik proteinler
Çoğunlukla bir iyon için selektif
Difüzyon hızına yakın hız: 106-107/s, doygunluk yok!
Düzenlenebilir aktivite !
Voltaj (Na+ iyon k.) ve ligand (asetil kolin res.) kapılı
Yüksek derecede korunmuş yapı
Hücrelerin çoğunda Na+, K+, Ca2+, Cl- iyon kanalları
Kodlayan genlerde mutasyon hastalık !
Aktivitelerini bazı ilaçlar etkiler !
Membran potansiyeli













Hücrelerin plazma membranlarında elektriksel potansiyel (E) var !
(iç:negatif)
Hücrelerin transmembran elektriksel potansiyelleri: -20mV ile -100mV
Sinir hücrelerinde: E~ -60-70mV
Sinir h. membranının Na+, K+ permeabilitelerinde geçici ve kontrollü
değişiklik !
Uyarılma ile Na+  hücre içi: depolarizasyon
Na+ iyon kanalları açılır, E  ,+30mV da Na+ iyon geçişi durur.
Aksiyon potansiyeli komşu membranı etkiler !
Na+ iyon kanalları kapanır, K+ iyon kanalları açılır.
K+ hücre dışı -75mV da K+ iyon çıkışı durur: hiperpolarizasyon
Yavaş olarak membran potansiyeli -60-70 mV’a (denge potansiyeli) erişir.
Myelin kılıfı siniri 50-100 kez sarar. Aksiyon potansiyeli çok hızlı
ilerler.Tüm siklus 2-3ms !
Na+K+ATPaz pompası transmembran elektriksel potansiyelin korunmasını
sağlar!
Nörotoksinler Na+ iyon kanallarını etkiler !
Antibiyotikler ve permeabilite
Bakteri membranının iyon ve küçük mol.lere
permeabilitesini arttırırlar. Bakterisid etki !
 Peptid antibiyotikler
 mobil iyon taşıyıcısı: valinomisin
 transmembran kanal: gramisidin
 Polien antibiyotikler
 Sterol-polien kompleks: amfoterisin B, nistatin

Aktif Transport





Doygunluk kinetiği
Özgünlük
İnhibisyon
Konsantrasyon gradyanına karşı
Enerji harcamı var !
Aktif transport tipleri
Primer aktif transport
 Sekonder aktif transport
Na+/glukoz simportu
Na+/amino asid simportu
Ca2+/ Na+ antiportu

Aktif transport tipleri
Primer aktif transport :
Na+K+ transportu
Lehninger (2002)
Sekonder aktif transport : SGLT 1
Na+ bağımlı glukoz emilimi



Glukoz, Na+-bağımlı glukoz taşıyıcısı 2 (SGLT2) ile
renal proksimal tubüllerdeki epitel hücreleri içine
reabsorbe edilir.
Böbrek tübülüs hücrelerinde de bağırsak epitel
hücrelerinde olduğu gibi Na+-glukoz taşıyıcı
proteinlerin yanı sıra, Na+-amino asit taşıyıcı
proteinleri de bulunmaktadır.
Bu taşıyıcılar aracılığıyla Na+ ile birlikte amino asitler
simport mekanizmayla hücreler içine
taşınmaktadır.Na+ gradiyentinin yürütücü gücü,
amino asitlerin hücre içine sekonder aktif taşınarak
reabsorbsiyonunu sağlar (Na+/amino asid simportu,
sekonder aktif transport).


Kalp kası miyozitlerinden Ca2+’un hücre
dışına atılımı ve Na+’un hücre içine girmesi
antiport sistemle (Ca2+/Na+ antiportu)
sekonder aktif transportla sağlanmaktadır.
Bağırsaklardan CI‾ emilimi, tiroid bezine iyot
girişi de sekonder aktif transportla
gerçekleşir.
Primer aktif transport
mekanizmaları
ATP az’lar








F-ATPaz : H+-ATPaz
mitokondri iç membranı, FoF1 ATPaz, ATPsentezi,
H+ elektrokimyasal gradyanı oluşturur ve kullanır.
enerji kenetleyen faktörler
V-ATPaz : H+-ATPaz
lizozom, endozom, Golgi ve salgısal vesiküllerin
asidlendirilmeleri
plazma membranı: kemiğin yeniden şekillenmesi,
idrarın asidlendirilmesi
vakuolar








P-ATPaz
Siklik fosforilasyon/defosforilasyon, vanadat inhibisyonu
Na+/K+-ATPaz : hücrelerin plazma membranlarında,
böbrek ve kalp, istirahat durumundaki enerji harcamının
%25i
H+/ K+-ATPaz: mide,parietal hücre
Ca2+ -ATPaz: sarkoplazmik retikulum ve endoplazmik
retikulum
Ca2+ -ATPaz: plazma membranı, sarkoplazma
Cu2+ -ATPaz: plazma membranı ve sitoplazmik
vesiküller, barsaktan absorbsiyon ve karaciğerden atılım
ABC Transport proteinler
ATP azlar: İyon transportu
Lehninger (2002)
P-tipi ATPaz : Na+K+ ATPaz
Na+K+ ATPaz pompasının
çalışması
Lehninger (2002)
Na+K+ ATPaz’ın inhibisyonu






Kardiyak glikozidler: Digoksin, ouabain
Kronik kalp yetersizliği
Na+/ K+-ATPaz intrasellüler Na+
Na+/ Ca2+antiportu 
Sitoplazmik Ca2+ 
Kalp kası kuvvetli kasılır.
Ca2+ATPaz







Sitozolde [Ca2+]~100nM
Pi , PPi ~mM
Ca3PO4’ın çökme tehlikesi ! Letal !
Plazma membranında Ca2+ pompası
ER ve Sarkoplasmik retikulumda
Ca2+ pompaları (SERCA)
2 Ca2+/ ATP
Kalsekestrin
F-tipi ATPaz : ATP sentezi
Elektrokimyasal proton
gradyanı
Lehninger (2002)
Proton itici kuvvet:
ATP sentezi
Lehninger (2002)
ABC Transport Proteinler-1





ABC : ATP-binding casette
ATP bağlayıcı bölgeleri çok iyi korunmuş
proteinler: >30 ; 8 aile
substrat spesifisiteleri geniş,
iyonlar, ağır metaller, şekerler, ilaçlar,
amino asidler, peptidler ve proteinler
kanal, transport protein veya reseptör
ABC Transport Proteinler-2
P*-glikoproteinler (*permeabilite), plazma membranı
 Çok çeşitli hidrofobik ilaç ve doğal lipid analoglarının
(fosfatidil kolin) ksenobiyotiklerin hücre dışına transportu
 Multidrug resistance associated proteins (MRPs): Aşırı
sentez tümör hücrelerinin ilaçlara karşı direnci !
 Kolesterolün hücre dışına transportu, safra asidlerinin
karaciğer kanaliküler membrandan transportu
 Sulfonilüre reseptörü: ATP’e duyarlı K+kanalı
ATP / sulfonilüre bağlanması kanalı kapatır
depolarizasyon, Ca2+  ve insülin salgılanır.
 Cystic fibrosis transmembrane conductance
regulator (CFTR)

Cystic fibrosis transmembrane
conductance regulator (CFTR)




ABC transport protein ailesinin bir üyesi
Cl- için spesifik bir iyon kanalı: Hava yolları ve
mide-barsak sistemi eksokrin bezlerinde epitel
h. apikal memb. dan tuz ve sıvı geçişini sağlar
5 alt-birim: 2 transmembran, 2 ATP bağlayıcı, 1
düzenleyici (cAMP bağımlı)
ATP bağlayıcı alt-birimde Phe 508 delesyonu
kanal disfonksiyonu Kistik fibroz
CFTR
Grup translokasyonu: Gama
glutamil siklusu
Beyin ve böbrek , barsak epitel hücreleri
 Gama glutamil transpeptidaz (GGT) ve
GSH
 Amino asidlerin sekonder aktif
transportlarına göre daha çok enerji !
3 ATP/amino asid
 Hızlı ve yüksek kapasiteli !
 Prolin dışında diğer amino asidler

Gama glutamil siklusu
Mitokondriyal transport
sistemleri
Mekik mekanizmalar
ATP-sitrat liyaz
Endositoz ve eksositoz
Endositoz
 Endositik vesikül oluşumu
 Enerji (ATP), Ca2+(hücre dışı), kontraktil elem.
 Fagositoz: makrofaj ve granülositler
 Virus, bakteri, hücre.......
 Pinositoz
 sıvı faz: seçici değil
 absorptif: reseptör aracılı (klatrin kaplı çukur)
Reseptör aracılı
endositoz
Klatrin
Klatrin
Eksositoz
Genellikle hormonal uyarı sonucunda
hücre içinde [Ca2+] artışı ile tetiklenir.
Periferik proteinler
Ekstrasellüler matriks komponentleri
Hormonlar, nörotransmitterler

Hücrelerarası haberleşme
Gap junction: komşu iki hücrenin plazma
membranlarına transmembran yerleşmiş olan
kanallar 12-20 A0
 konneksin:12 alt-birim, 6/hücre
 kanal normal koşullarda açık !
 kapanma: Ca2+, pH, Vm
 iyonlar ve metabolitler geçer, proteinler
geçemez
0
 Nuklear Porlar 90 A , büyük moleküller (RNA)

Gap junction
Reseptörler



Sinyal iletimi
Transport: reseptör aracılı endositoz
Antikor oluşumu: antijenik uyarı ile
B-lenfositlerinin plazma hücrelerine
dönüşümleri
Reseptörler
Hücre yüzeyi reseptörleri
Hidrofilik yapılı uyaranlar
(Nörotransmitter, hormon ve sitokinler)
Sinyal transdüksiyonu
 Hücre içi reseptörler
Lİpofilik yapılı hormonlar

Başlıca Sinyal Transdüksiyon
Mekanizmaları
Hücre yüzeyi reseptörleri








7 transmembran (alfa-heliks), G-protein kenetli res.
Efektör: adenilat siklaz, fosfolipaz C, iyon kanalları
(Na+, K+Ca2+, Cl-), cGMP fosfodiesteraz (PDE) (ßadrenerjik agonistler)
İyon kanal res. (ligand kapılı) (asetil kolin)
Tirozin kinaz akt. res. (intrinsik) (insülin)
Tirozin kinaz akt. protein ile ilişkili res. (GH)
Guanilat siklaz akt. res . (intrinsik) (ANP)
Serin-treonin kinaz akt. res. (intrinsik) (TGF-ß)
Tirozin fosfataz akt. res. (intrinsik) (CD45)
Ölüm domeni taşıyan res. (TNF- α)
Hormon reseptörleri










Protein molekülleri, glikoproteinler: hedef doku
Karbohidrat komponenti: özgüllük
Ligandı tanıma ve bağlama (non-kovalan ve geri dönüşümlü)
L+R
LR Ka=1/Kd ~ ilgi
Ligand ile tetiklenen konformasyonel değişim (geri
dönüşümlü)
Kalitatif ve kantitatif özelliklerde gereksinimlere göre
değişim !
Reseptörler arası + ve – kooperatif etkileşimler ilgide
değişim!
regülasyon (internalizasyon/inaktivasyon) ve  regülasyon
Homolog ve heterolog regülasyon
Biyolojik etki : [LR] ve post-reseptör mekanizmalar
Reseptörler: Transport
Reseptör aracılı endositoz




Reseptör aracılı endositoz  HASTALIK
Virus  Karaciğer hücreleri  Hepatit
Virus  Motor nöronlar  Poliomyelit
Virus  T hücreleri  AIDS
Reseptörler : Antikor oluşumu
Membran akışkanlığı ile ilişkili
hastalıklar










Ağır karaciğer hastalığı (Alkolik siroz):
plazma kolesterol 
eritrosit membranında kolesterol  akışkanlık 
eritrosit yüzeyi dikenli bir görünüm alır
eritrositler dolaşımdan erken uzaklaştırılır
spur cell anemia
Alkol: Sinir hücrelerinde membran akışkanlığını
(reseptörler, iyon kanalları) etkiler. Toksik !
Abetalipoproteinemi: Hücre membranlarında
sfingomiyelin 
fosfatidil kolin akışkanlık 
Anestetikler: lipidlerde çözünür, akışkanlığı arttırırlar.
Membran transport sistemleri
ile ilişkili hastalıklar






Sodyum kenetli glukoz-galaktoz transportu/barsak
epitel hücreleri
Fruktoz malabsorbsiyonu
Nötral amino asidlerin transportu/barsak ve böbrek
epitel hücreleri: Hartnup hastalığı
Sistin, lizin, arjinin amino asidlerinin böbrek epitel
hücrelerindeki reabsorbsiyonları: Sistinüri
Fosfatın renal reabsorbsiyonu: Vitamin D’e dirençli
raşitizm
Cu2+ATPaz geninde mutasyon: Wilson ve Menkes
hastalıkları
Hücre iskelet proteinleri ile
ilişkili hastalıklar
Eritrositin şekil ve stabilitesinde kalıtsal
bozukluklar
 Spektrin, ankyrin, band-3, pallidin ve protein
4.1
 Spektrinin ß alt-biriminde defekt: sferositoz,
anemi
 Distrofin: (kas) sarkolemmal glikoproteini
aktin filamentine bağlar protein
 Distrofin eksikliği: Duchenne kas distrofisi
 Kusurlu Distrofin: Becker kas distrofisi

Membran reseptörleri ile ilişkili
hastalıklar






Ailesel hiperkolesterolemi, LDL res. 
Nefrojenik diabetes insipidus
ADH res.  (AQP-2 )
Diabetes mellitus (NIDDM, obesite)
İnsülin res.  (GluT4 )
Laron tipi cücelik, GH res. 
Akondroplasi, FGF res. 3 
Miyastenia gravis, asetil kolin res. antikoru
Membran karbohidratları ile
ilişkili hastalıklar



GlcNAc fosfotransferaz gen mutasyonu: bazı
hidrolazların Man-6P ile etiketlenememesi ve
lizozomlardaki eksiklikleri  I-hücre hastalığı
Eritrosit memb.nın bazı proteinlerinin
fosfatidil inozitol glikan (GPI) ile membrana
bağlanmalarında eksiklik Paroksismal
noktürnal hemoglobinüri
Membran glikoprotein ve glikolipidlerinin
oligosakkaridlerinde anormalite: metastaz
Diğer........





Mitokondriyal iç memb. proteinlerini kodlayan
genlerde mutasyon  Nörolojik ve kassal
hastalıklar
Yılan zehiri, fosfolipazlar, lizofosfolipid
oluşumu hemoliz
Sfingolipidozis: membranda glikosfingolipid
birikimi
İskemi: iyon kanallarını etkiler
Serbest oksijen radikallerilipid
peroksidasyon membran bütünlüğü bozulur.