Hücre zarının yapısı. Hücre zarında taşınma mekanizmaları-2019 (1)

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