H cre membran - İ.Ü. Cerrahpaşa Tıp Fakültesi

Hücre Membranı
Prof.Dr.SELMA YILMAZER
Prof.Dr.TURGUT ULUTİN
İstanbul Üniversitesi
Cerrahpaşa Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
HÜCRE MEMBRANI
• PLAZMA MEMBRANI
PLAZMALEMMA
75-80 Aº
Elektron Mikroskobu ile görülebilir
* Mekanik mikromanipulasyon ( 1926 Chamber)
* Fizyolojik deneyler;
hipotonik , hipertonik ortamlarda
hücrelerin şişme ve büzülmesi
Fonksiyonları
1.Sitozol ve dış ortam arasındaki farklılığın sürdürülmesi
2.İyon ve makromolekül trafiği
3.Hücre-hücre tutunması, adhezyonu
4.Hücre-hücre haberleşmesi
5.Hücre tanıması (antijenik makromoleküller içerir)
6.Reseptörler ile hücre dışındaki sinyaller
( örn.hormonlar) alınır
Tüm Biyolojik Membranlar
*Lipid ve Protein molekülleri içerirler
Genel yapı;
• İnce bir lipid tabakası (çift tabakalı)
• Lipid tabakası içine gömülmüş protein molekülleri
Özellikleri
• Membranlar,dinamik sıvı yapılar,
• Moleküllerinin çoğu hareketlidir
• Asimetrik yapıdadır
Lipid-protein oranı değişkendir
Myelin membranı ;
%82 lipid %18 protein
Mitokondri iç membranı; %25 lipid %75 protein
Lipidler membranın esas yapısal elemanıdır
Çift tabaka halinde dizilmiş fosfolipidler membranın
sınırlayıcı yapısını oluşturur
• Seçici geçirgen bariyer
(Küçük hidrofobik gazlar; O2, CO2, N2, küçük yüksüz
moleküller; su, etanol, gliserol, üre diffüzyonla geçer)
MEMBRAN LİPİDLERİ
Amfipatik moleküller
I- Fosfolipidler
II-Kolesterol
III- Glikolipidler
I-Fosfolipidler
(Membranda en çok bulunan lipid)
•
•
•
•
Fosfatidilkolin *
Fosfatidiletanolamin*
Fosfatidilserin * (negatif yüklü)
Sfingomyelin *
• Fosfatidilinositol ( az miktarda bulunur fakat hücre
sinyalleşmesinde çok önemli rol oynar)
(*)Memranda en çok bulunan fosfolipidler
MEMBRAN LİPİDLERİ
Amfipatik özelliği sonucu;
*Kendiliğinden 2 tabaka (sulu ortamda) oluşturur
*Kapalı kompartman oluşturur
*Sıvı oluşu
(Bu nedenle Lipidler membran oluşturmak için ideal
moleküllerdir)
Çift tabakalı lipid (bilayer) yapının keşfi
Gorter ve Grendel ‘ın ilk membran modeli (1925)
Eritrosit membranında
üzerindeki deneyler
Sentetik çift tabakalı lipidler :
(Yapay membranlar)
1-Lipozomlar
2-Siyah membranlar
lipidlerin
düzeni
Lipid asimetrisi
2 tabaka farklı fosfolipid içeriğine sahiptir.
Fosfatidilserin ve
Fosfatidiletanolamin sadece iç yaprakta,
Fosfatidilkolin ve
Sfingomyelin
dış yaprakta
Lipid asimetrisi membran fonksiyonları açısından önemlidir
Ökaryotik membranlar neden farklı
fosfolipidlerin bir karışımını içerir?
*Bazı membran proteinleri sadece
belirli fosfolipidler varlığında iş görebilir
*Bazı enzimler membranın sitozolik yüzündeki
özel lipid baş gruplarına bağlanırlar.
Örn.Protein kinaz C (PKC) fosfatidilserinin yoğun
olduğu iç yüze bağlanır ve bu (-) yüklü fosfolipid
varlığında aktif olur.
II.Kolesterol
Ökaryotik plasma membranları
çok miktarda kolesterol içerir
1- Membran sıvılığını belirler
2- Membran geçirgenliğini azaltır.
3- Membranın dayanıklılık ve esnekliğini arttırır.
Bakteri plasma membranlarında kolesterol yoktur
Membran Sıvılığını Belirleyen
Faktörler
1-Kolesterol miktarı
2-Lipid bileşenleri
3-Sıcaklık
Lipid salları
• Plazma membranı sfingolipid,
kolesterol ve
bazı membran proteinlerinden zengin
topluluklar içerir (lipid yamaları veya lipid
salları)
Membran
içindeki
hareketlidir (1970)
lipid
molekülleri
Lipid Hareketleri
1-Lateral difüzyon (1 sn'de 2 µ)
2-Rotasyon hareketi
3-Takla hareketi (çok nadir)
ER membranlarında Enzim:fosfolipid translokatör
MEMBRAN PROTEİNLERİ
*Protein molekülleri küresel tanecikler şeklindedir ve
*Çoğu lipid içinde gömülüdür.(Sıvı -Mozaik Model)
*Membran işlevlerinin çoğunu yerine getirir.
*Membran proteinleri asimetrik yerleşirler.
*Çoğu membran proteini amfipatik moleküllerdir.
*Membran proteinleri hareketlidir. (Frey ve Edidin 1970)
MEMBRAN PROTEİNLERİ
1-Periferal (ekstrinsik) proteinler
Yüzeyde bulunan diğer proteinlere tutunurlar (protein-protein
etkileşimi)
• Sitozole bakan lipid tabakasına bir yağ asidi zinciri ile
tutunan proteinler
• Dış yapraktaki fosfotidilinositole bir oligosakkarit zinciri ile
tutunanlar
2-İntegral (İntrinsik) proteinler
Lipidlerin hidrofobik bölgesi ile etkileşirler
• Transmembran proteinler (tek geçişli alfa heliks, çok geçişli)
• Beta tabakalı fıçı şeklindeki transmembran proteinler
• Proteinlerin membran içine gömülü
yuvarlak tanecikler şeklinde olduğunun
keşfedilmesi (Steere ve Moor 1961)
Dondurup-Kırma Yöntemi
1-Fiksasyon (glutaraldehit)
2-Kriyoprotektan içine koyma (örn.gliserin)
3-Dokuyu dondurma (-150ºC sıvı nitrojen)
4-Kırma
5-Platin ve karbonla yüzeyi kaplama (replika)
6-Elektron mikroskobunda gözleme
Membran proteinleri hareketlidir
(Frey ve Edidin 1970
• Membran proteinleri çift tabakalı lipid
içinde lateral hareketler yaparlar
• Membran proteinlerinin hareketliliği
hücre füzyonu deneyleri ile ispatlandı
Membran proteinlerinin
fonksiyonları
1-Hücre içine, dışına molekül transportu
(Transport proteinleri Örn. Na-K+ ATPaz)
2-Hormonlar ve çevredeki diğer kimyasal maddelerden
sinyaller alır ve bunları hücre içine iletir.
(Reseptör proteinler)
3-Ekstraselüler matriks elemanları için tutunma yerleri
oluşturur.
(Ekstraselüler matriks reseptörleri. Örn. İntegrin)
Membran proteinlerinin
fonksiyonları
4-Sitoiskelet elemanları için tutunma yerleri
oluşturur (Örn.Katenin)
5-Hücrenin
diğer
hücrelere
tutunması
(Örn.Kaderin)
5-Membrana bağlı enzimler olarak çeşitli kimyasal
reaksiyonların katalizlenmesi
6-Hücrenin antijenik özelliklerinin sağlanması.
(Hücre yüzey antijenleri Örn.MHC proteinleri)
Hücre yüzey antijenleri
(Hücre-hücre tanıması)
İnsanda hücre yüzey antijenleri
HLA (İnsan lökosit antijenleri)=
MHC molekülleri (doku uyumu antijenleri)
MHC Proteinleri
1-MHC sınıf I (tüm nukleuslu hücre yüzeyleri)
2-MHC sınıf II (B lenfosit ve makrofaj yüzeyleri)
MHC Proteinleri
• Sabit Bölgeler (tüm bireylerde aynı)
• Değişken Bölgeler (bireyler arasında farklılıklar var)
Her bireyin MHC molekülleri diğerlerinden farklı
(tek yumurta ikizleri hariç)
En polimorfik molekül
MHC değişkenliği
doku transplantasyonunu önler.
MHC antijenleri=Transplantasyon antijenleri
MEMBRAN
KARBOHİDRATLARI
%2-10
• Eukaryotik hücre membranının sadece dış yüzünde bulunur
(asimetrik)
• Glikokaliks (Hücre mantosu) oluşturur
Glikoproteinler (Membran dış yüzündeki proteinlere)
Glikolipidler (Dış yapraktaki lipidlerin
hidrofilik
uçlarına)
• Sitozolik yüzde "CH" yok
Membran Karbohidratlarının
Fonksiyonları :
1-Hücrelerarası temas ve adhezyon (Doku bütünlüğü)
2-Büyük taneciklerin geçişi için bariyer
3-Sindirim enzimleri, safra tuzları etkisine karşı koruyucu
(barsak epiteli)
4-Hücre-hücre tanıması, hücre matriks tanıması
5-Reseptör (peptid hormonlar, hücre zehirleri örn.kolera ve
tetanus toksinleri) virus, bakteri tutunma bölgeleri
6-Kan grubu antijenleri (A,B,O)
Glikolipidler (Dış yapraktaki lipidlerin %5 i)
• Tüm hayvan hücre membranlarında ve bazı iç
membranlarda bulunur
• Sinir hücrelerinde ve beyinde çok bulunur
*Galaktoserebrosit (Myelin %40)
*Gangliosidler (En kompleks glikolipid):
Bir veya daha çok sialikasit=
N-asetil nöraminik asit NANA içerir,
Membrana (- ) yük verir
Gangliosidler
Sinir hücrelerinde tüm lipidlerin
%5-10’nunu oluşturur
40 farklı gangliosid belirlenmiştir
• Glikolipid metabolizması bozukluğu
Tay-Sachs hastalığı
GM2 normal dönüşümü yapılamaz, birikir
Sonuç:
Beyin ve sinir fonksiyon bozukluğu, zeka
geriliği, erken ölüm
Glikolipidler ve glikoproteinler hücre içine
alınan bazı maddeler için bağlanma bölgeleri
oluşturur
(örn: bazı peptid hormonlar, kolera ve tetanus toksinleri, bazı
viruslar ve bakteriler)
• Gangliosid GM1 Kolera toksini için reseptör
Kolera toksini GM1 e bağlanır.
Hücre içine girer
İntraselüler c-AMP artışı
Na+ ve su atılımı
• CD4 (T lenfosit hücre yüzey glikoproteini)
HIV (AIDS) virusu için bağlanma bölgesi
• Kanser hücrelerinde plazma membranı
karbonhidratlarında değişiklikler görülür
• Embriyonik gelişimde programlanmış
değişiklikler oluşur
Kan grubu antijenleri
Glikoprotein, glikolipid
CH grubu antijenik belirleyici
A grubu olan bireyin CH düzeni
B grubu olan bireyden farklı
A ----B
=
immun cevap
Kan nakli
Donör ve alıcı aynı gruptan ise immun cevap
oluşmaz.
Tüm bireylerde “O” antijenini sentezleyen enzimler
vardır. O” antijeni,
fukoz,
galaktoz,
N-asetilglukozamin,
glukoz
zincirinden oluşur
A grubu; “O” antijenine bir
N-asetil galaktoz amin ekleyen enzime sahip
• B grubu; galaktoz ekleyen enzime sahip
• AB grubu; hem A hem B antijenlerini sentezler
• “O” grubu; sadece “O” antijenini sentezler
Kan Grubu
Antijen
Alabileceği
Kan Grubu
A
A
A ve O
B
B
B ve O
AB
A ve B
Hepsi
O
Hiçbiri
O