Version 0.3 - Trakya Üniversitesi
advertisement
HAYVAN FİZYOLOJİSİ Version 0.3 DR UTKU GÜNER Ders Notları Güncel sürüm için kare kodun adresine gidin. TRAKYA UNİVERSİTESİ Fen Fakültesi Biyoloji Bölümü Kod adı: AŞURE 3+3 Vertex site Trakya Üniversitesi Fen fakültesi Biyoloji Bölümü Mayıs 2014 DERLEME İçindekiler Temel Fizyolojik Yasalar................................................................ 1 Termodinamik yasalar .....................................................................1 Avogadro hipotezi............................................................................2 Boyle yasası ....................................................................................4 Herry yasası ....................................................................................5 Laplace yasası ................................................................................6 Fick Yasası......................................................................................6 Frank-Starling hipotezi.....................................................................7 Hücre Fizyolojisi............................................................................... 8 Hücre...............................................................................................8 Hücrenin inorganik bileşikleri.........................................................10 Hücrede su ....................................................................................11 Suyun fonksiyonu ..........................................................................12 Hücrenin organik molekülleri ........................................................13 Proteinler .......................................................................................13 Proteinlerde Üç Boyutlu Yapısı......................................................17 Lipidler...........................................................................................25 Hormonlar......................................................................................27 Enzimler ........................................................................................27 Vitaminler ......................................................................................30 Hücre Zarı.......................................................................................31 Fosfolipid yapısı ............................................................................32 Hücre membranın görevleri ...........................................................35 Membran Proteinleri ......................................................................36 Membran proteinlerinin görevleri: ..................................................39 Membran Karbohidratları...............................................................39 Kolesterol ......................................................................................40 Kolesterol İşlevi .............................................................................42 Membran bağlantıları.....................................................................43 Bazal lamina..................................................................................45 1 Adhezyon Molekülleri: ...................................................................46 Hücre dışı matriks .........................................................................48 Fosfolipidlerin geçirgenliği .............................................................49 Basit Difüzyon ...............................................................................51 Filtrasyon.......................................................................................52 Taşıma proteinleri ile Kolaylaştırılmış diffüzyon.............................53 Kolaylaştırılmış difüzyon GLUT glikoz transporterları ....................54 Kolaylaştırılmış difüzyon Aquaporin su kanal proteinleri ...............55 Aktif- pasif Taşıma.........................................................................56 Simport-Antiport aktif taşıma yolları...............................................59 Primer aktif taşıma Na-K ATPaz....................................................60 Primer aktif taşıma Ca ATPaz .......................................................61 Sekonder Aktif Taşıma Na -Glikoz ve Amino asit coportu .............61 Membran reseptörü ikincil haberci.................................................62 Ekzositoz .......................................................................................63 Endositoz.......................................................................................64 Sitoplazma ......................................................................................66 Sıvı kısım sitozol ...........................................................................66 Endo plazmik Retikulum ................................................................67 Düz E.R. işlevi ...............................................................................67 Granüllü ER İşlevi..........................................................................68 Ribozom ........................................................................................68 Golgi Aygıtı....................................................................................70 Lizozom .........................................................................................72 Vitamin A zehirlenmesine bağlı lizozom membran hasarı .............73 Kanser ve lizozom .........................................................................74 Lizozomlar ve Gut hastalığı ...........................................................74 Lizozomlar ve Yangı ......................................................................74 Mitokondri ve Enerji Üretimi.........................................................75 Kemoosmotik Atp sentezi .............................................................76 Hücre iskeleti Görevi .....................................................................77 İntermedial Filamentler ..................................................................78 Mikrofilamentler .............................................................................78 Mikrotübüller..................................................................................79 Sentrozom .....................................................................................80 Kamçı ve Siler ...............................................................................81 Hücre iskeleti ve hareket ...............................................................81 Çekirdek (Nükleous) .......................................................................81 Sinir sistemi ....................................................................................85 Nöron.............................................................................................86 3 Gibbs Donan Dengesi ...................................................................88 Refleks Olayı .................................................................................90 Sinir iletisi ......................................................................................91 Membran Dinlenme potansiyeli .....................................................92 İyon Kanalları ................................................................................93 Kimyasal kapı yada Ligant kapısı ..................................................93 Voltaja bağlı Na kapısı...................................................................94 Aksiyon Potansiyeli .......................................................................94 Depolarizasyon-Hiperpolarizasyon ................................................96 İmpulsun sinir boyunca yayılması..................................................98 Mutlak refrakter periyod:................................................................99 Relatif (Nisbi) refrakter periyod: .....................................................99 Reobaz (Eşik değer)................................................................... 101 Ekdize Edici Post Sinaptik Potansiyel (EPSP) İnhibe edici post sinaptik potansiyel (IPSP):........................................................................ 104 Sumasyon: ..................................................................................108 Nörotransmiter maddeler............................................................. 109 Asetilkolin .................................................................................... 112 Histamin ...................................................................................... 112 Dopamin: ..................................................................................... 112 Glutamik asit ve aspartik asit....................................................... 113 MAO (Mono amino oksitaz) ......................................................... 114 COMT (Katekol-O-Metil Transferaz):...........................................114 Serotonin ..................................................................................... 115 Kalsiyum kanalları ....................................................................... 116 Sinir sistemi ..................................................................................116 Sinir sistemin evrimsel gelişimi .................................................... 116 Sinir Organizasyonu .................................................................... 120 Omurilik sinirleri...........................................................................123 Beyinden çıkan sinirler ................................................................124 Beyin Kısımları ............................................................................125 Retiküler Aktive edici sistem (Retiküler Formasyon) ...................127 Bazal Ganglion ............................................................................128 Limbik sistem...............................................................................128 Hipotalamus ................................................................................129 Talamus....................................................................................... 130 Sinir sistemi organizasyon........................................................... 131 Sempatik Sinir Sistemi................................................................. 132 Parasempatik Sistem................................................................... 134 Kolinerjik Ve Adrenerjik Etkiler .................................................... 135 4 Cerebellum (Küçük Beyin) Fonksiyonlari..................................... 136 Büyük Beyin (Beyin korteksi) (Cortex cerebri) ............................. 137 Tek Hücrelilerde hareket ............................................................. 138 Çok hücrelilerde hareket..............................................................139 Kas ...............................................................................................141 Kas tipileri.................................................................................... 141 Kas Yapısını Oluşturan Proteinler ...............................................144 Aktin ............................................................................................ 144 Tropomiyozin: ..............................................................................145 Troponin : .................................................................................... 145 Miyozin : ...................................................................................... 145 Sarkomer Yapısı.......................................................................... 146 Motor Ünite..................................................................................147 Nöromüsküler bağlantı (kavşak, uç plak)..................................... 148 Kas Kasılmasi..............................................................................150 İskelet Kasında Gevşeme............................................................ 151 Tetani .......................................................................................... 152 Merdiven Treppe Olayı ................................................................153 İskelet kası tipleri......................................................................... 153 İskelet Kasında Enerji.................................................................. 154 Alaktik Anaerobik Sistem (Fosfatojen = ATP- Keratin fosfat): ..... 156 Glikoliz......................................................................................... 158 Kasılma Tipleri.............................................................................158 Rigor Mortis .................................................................................159 Kalp kası...................................................................................... 160 Düz Kas....................................................................................... 163 Mandal Mekanizması................................................................... 163 Kalsiyumu Bağlıyan Protein -Kalmodulin..................................... 167 Düz Kas Tipleri ............................................................................168 Viseral Düz Kas (Tek Birimli Düz Kas) ........................................ 168 Multiunit Düz Kas ........................................................................ 168 Reseptörler ...................................................................................170 Duyu Organları ve Reseptörler.................................................... 172 Duyu Organı Sınıflaması ............................................................. 173 Duysal Sistemin Genel Özellikleri................................................174 Deride sıcaklık algılanması.......................................................... 177 İki-Nokta Ayırımı .......................................................................... 178 Reseptörlerdeki Elektriksel ve İyonik Olaylar...............................178 Jeneratör Potansiyeller................................................................178 Fotoreseptörler ............................................................................178 5 Omurgalı Göz Yapısı ................................................................... 179 Görme Olayı ................................................................................179 Görmenin Kimyası ....................................................................... 181 Çubuk Hücreleri...........................................................................183 Retina .......................................................................................... 183 Koni Hücreleri..............................................................................184 Bipolar Hücreler...........................................................................184 Ganglion Hücreleri....................................................................... 184 Fotoreseptörler uyarı oluşumu ve bunun işlenmesi ..................... 185 Görme sinirleri .............................................................................186 Gece Körlüğü ..............................................................................186 Koku ............................................................................................ 187 Tad duygusu................................................................................189 İşitme Duyusu ve Denge ............................................................. 190 Tüy Hücreleri ...............................................................................193 Ses özelikleri ...............................................................................194 Kulak Zarı ve Kemiklerin İşlevleri ................................................195 İşitme Sinir Liflerindeki Aksiyon Potansiyelleri............................. 196 Odiyometre..................................................................................198 Vestibüler Fonksiyon .................................................................. 199 Vestibular Apparat Krista Ampullaris ve Dinamik Denge .............199 Nistagmus ...................................................................................199 Utrikular Reseptör Hücreleri Üzerine Yerçekiminin Etkisi ............200 Kalp ve damarlar...........................................................................201 Böcekte dolaşım sistemi..............................................................202 İnsanda Kalp ...............................................................................203 Kalp Sesleri .................................................................................206 Kalp ileti sistemi...........................................................................207 Elektrokardiyogram (EKG)........................................................... 213 Kalp atımı etkileyen faktörler ....................................................... 215 Stannius bağları .......................................................................... 218 Dolaşım sistemi ...........................................................................218 Kan basınçı .................................................................................219 Sistemik Dolaşım......................................................................... 221 Pulmonar dolaşım: ...................................................................... 222 Kan damarları ..............................................................................222 Kapiller kan damarları.................................................................. 223 Kapillerin Fonksiyonları: ..............................................................224 Kan akımı kontrolü ...................................................................... 226 Akut kontrol .................................................................................226 6 Kan Akımının Uzun Süreli Kontrolü .............................................228 İyonlar ve Diğer Kimyasal Faktörlerle Vasküler Kontrol...............232 Bazı Özgül Dokularda Kan Akımının Özel Kontrolü ve Endotel... 232 Kapillerde madde taşıma yolları ..................................................235 Kapiller membrandan sıvı geçişi: Starling güçleri; ....................... 235 Lenf sistemi .................................................................................236 Kan Fizyolojisi...............................................................................238 Plazma Proteinleri ....................................................................... 238 Plazma Lipidleri ...........................................................................242 Plazma Karbonhidratları ..............................................................242 Plazmada Bulunan İnorganik Maddeler....................................... 243 Kan hücreleri ...............................................................................243 Eritrositler(akyuvarlar) ................................................................. 243 Eritrosit membran proteinleri ....................................................... 245 Hemoglobin Yapımı ..................................................................... 246 Demir Metabolizması................................................................... 248 Alyuvarların Yıkımı ...................................................................... 249 Anemi .......................................................................................... 251 Eritroblastozis Fetalis .................................................................. 251 Polisitemi ..................................................................................... 251 Kan Grupları ................................................................................252 Trombositler ................................................................................254 Kanın Pıhtılşaması(hemoztaz) .................................................... 255 Ekstrensek Yol ............................................................................260 İntrensek Yol ...............................................................................260 Pıhtılaşma Faktörleri.................................................................... 261 Pıhtılaşmanın Sınırlandırılması ...................................................261 Kan Pıhtısının Erimesi ................................................................. 262 Vitamin K eksikliği ....................................................................... 263 Hemofili ....................................................................................... 263 Tromboembolik Olaylar ...............................................................263 Lökositler-Akyuvarlar Beyaz Kan Hücreleri ................................. 264 Nötrofil ......................................................................................... 264 Eozinofil....................................................................................... 265 Bazofil.......................................................................................... 266 Lökositoz-lökopeni....................................................................... 268 Lösemi......................................................................................... 268 Vücudun Enfeksiyonlara Direnci..................................................269 Doğuştan gelen bağışıklık ........................................................... 269 Kazanılan bağışıklık .................................................................... 270 7 Aktif ve pasif bağışıklık ................................................................270 Antijen ve antikorlar ..................................................................... 271 Komplement sistem ..................................................................... 273 Toll-benzeri reseptörler (Toll-like receptors-TLR) ........................ 275 Hapten......................................................................................... 275 Aşırı duyarlılık reaksiyonları ........................................................ 276 Tip I Hipersensitivite .................................................................... 276 Tip II Aşiri Duyarlilik..................................................................... 278 Tip III Aşiri Duyarlilik .................................................................... 278 Tip IV Aşiri Duyarlilik.................................................................... 279 Püy(irin oluşumu) ........................................................................ 281 Sindirim Fizyolojisi ........................................................................282 Farklı besinlere göre sindrim sistemi ...........................................283 Geviş getiren ve getirmeyen Otcularda sindirim sistemi ..............284 Sindirim kanalının yapısı ............................................................. 285 Müküs salgısı ..............................................................................287 Tükrük Salgısı .............................................................................287 Özofagus Salgısı ......................................................................... 288 Mide............................................................................................. 288 Mide salgı hücreleri ..................................................................... 290 Pankreas ..................................................................................... 292 Enterohepatik dolaşım................................................................. 294 İnce Barsak Salgısının Yapısı ..................................................... 295 Kalın Barsak ................................................................................295 Sindirim kanalındaki başlıca Sfinkterler ....................................... 296 Besinlerin Kimyasal sindirimi.........................................................297 Protein sindirimi...........................................................................297 Karbonhidrat sindirimi.................................................................. 301 Yağların sindirimi......................................................................... 304 Safra tuzlarının ............................................................................305 Karaciğer ..................................................................................... 306 Homestazi.....................................................................................313 Geribildirim ..................................................................................315 Refleks ve yerel homeostatik yanıtlar .......................................... 316 Isı dengesi ...................................................................................317 Canlıların çevreye osmotik durumuna uyumu ............................. 324 Azotlu atık maddeler.................................................................... 325 Üre sentezi ..................................................................................325 Ürik asit ....................................................................................... 328 Boşaltım organları ....................................................................... 328 8 Balıklarda Osmoregülasyon ....................................................... 329 Kuşlarda ozmoregülasyon: .......................................................... 331 Sıvı-Elektrolit Dengesi ................................................................. 331 İntrasellüler sıvı ...........................................................................332 Extrasellüler sıvı .......................................................................... 333 Sıvı değişiminde etkili faktörler .................................................... 334 Osmotik Basınç ...........................................................................335 Sodyum ve Potasyum.................................................................. 335 Asit-Baz dengesi ......................................................................... 336 İnsanda Azotlu atıklar(Üre, Ürik asit, Kreatin)..............................336 Amonyağın Atılımı ....................................................................... 338 Ekstrasellür ve İntrasellüer Tamponlar ........................................ 338 Boşaltım sistemi Böbrekler............................................................340 Böbrek Yapısı..............................................................................341 Böbreğin Kanlanması .................................................................. 341 Nefron tipleri ................................................................................342 Nefron yapısı ...............................................................................343 Filtrasyon yarıkları ve Podositlerin uzantıları ...............................345 Bowman kapsülünde basınç bağlı filtrasyon................................346 Glomerül filtrasyon Oranı............................................................. 347 Mezangiyal hücreler .................................................................... 348 Vesa recta ...................................................................................351 Jukstaglomerüler Apparat ve Hormonal kontrol........................... 352 Renin ........................................................................................... 353 ANP ............................................................................................. 356 İdrar oluşumu ..............................................................................356 Boşaltım sistemi diğer kısımları İdrar Torbası ve İdrar Yolları ..... 357 Hemodiyaliz.................................................................................357 Solunum Fizyolojisi .......................................................................360 Direkt ve indirekt solunum ........................................................... 361 Trake solunumu...........................................................................362 Dış ve İç solunum ........................................................................ 363 Canlılarda Gaz Alış Verişi............................................................ 363 Deri solunumu .............................................................................364 Solungaç solunumu ..................................................................... 365 Akçiğer solunumu ........................................................................ 366 Ters Akım Sistemi: ...................................................................... 367 Kuşlarda solunum........................................................................ 368 İnsanda Solunum Sisteminin Kısımları ........................................ 369 Soluk alıp verme.......................................................................... 370 9 Solunum pigmentleri.................................................................... 371 Akciğer ve Dokularda Gaz Değişimi ............................................373 Metabolizma ................................................................................378 Respiratuvar değişim oranı (RER, R) .......................................... 378 Solunum hızı kontrolü.................................................................. 379 Akçiğer alveollerindeki yüzey gerilimi ......................................... 381 Akciğer Hacim ve kapasiteleri: .................................................... 381 Su Altı (Dalma) Fizyolojisi............................................................ 384 Şnorkel ile Solunum..................................................................... 385 Hücre haberleşme yolları ..............................................................386 G-Proteinine Bağlı Reseptörler.................................................... 389 Tirozin Kinaz Reseptörleri ........................................................... 391 İyon Kanalı Reseptörleri ..............................................................393 İkincil haberciler...........................................................................394 Protein Fosforilasyonu................................................................. 400 Hücre İçi Reseptörler................................................................... 401 Hormon........................................................................................ 404 Hormon reseptörleri..................................................................... 409 Hormon Etki Mekanizmaları ........................................................ 409 Endokrin Bezler ...........................................................................413 Hipotamus ...................................................................................413 Hipofiz Hipotalamus İlişkisi .......................................................... 414 Hipotalamus hormonları ..............................................................414 Hipofiz hormonları(trofik hormonlar) ............................................415 Ön hipofiz hormonları .................................................................. 417 Opiyomelanokortin ailesi hormonlar ............................................417 Glikoprotein ailesi hormonlar ....................................................... 418 Somatomammotropin ailesi hormonları ....................................... 419 Opiyomelanokortin ailesi ön hipofiz hormonları (POMC) .............420 Pineal bez (Epifiz) hormonu (melatonin)...................................... 421 Böbrek hormonları (Eritropoietin, 1,25 kalsiferol, Renin) .............422 Timus bezi hormonları ................................................................. 422 Kalpten salgılanan ANP hormunu ...............................................422 Plasenta hormonları Koryonik gonadotropin (hCG) ..................... 423 Tiroid Bezi hormonları ................................................................. 423 Kalsitonin..................................................................................... 425 Paratiroid Bezi hormonları ........................................................... 426 Böbrek Üstü Bezleri (Adrenal Bezler) hormonları........................ 427 Glukokortikoidler.......................................................................... 428 Mineralokortikoid ......................................................................... 428 10 Gonadokortikoidler ...................................................................... 428 Pankreas hormonları ................................................................... 428 Glukagon ..................................................................................... 429 İnsülin .......................................................................................... 430 Diabetes Mellitus ......................................................................... 433 Gonadlar: Cinsiyet bezleri ........................................................... 433 Diğer Dokulardan salgılanan Hormonlar...................................... 437 Kaynaklar......................................................................................439 Indeks ...........................................................................................441 11 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Bölüm 1 Temel Fizyoloji Yasaları ve Hücre Fizyolojisi Temel Fizik ve kimya yasalarının bir kısmı fizyolojik önemi bakınundan incelenmiştir. Hücre fizyolojisinde özellikle hücre membrane yapı ve işlevi ile organeller hedeflenmiştir. Temel Fizyolojik Yasalar Termodinamik yasalar 1. yasa: evrendeki enerjiler yok olmaz sadece birbirine veya işe dönüşür. Evrendeki toplam enerji sabittir (istisnai olarak nükleer reaksiyonlarda kütle enerjiye dönüşür, ama evrendeki toplam kütleyi de enerji cinsinden kabul edersek, toplam enerji yine de sabit olur). Kalori (cal) sıcaklığı artırmak için gerekli enerjidir olarak tanımlanır. 1 gram suyu 14.5°C dereceden 15.5°C. yükseltmek için gereken enerjisidir. Kalorinin 1000 katı kilokalori(kcal) olarak tanımlanır. Diğer bir enerji birimi ise joule (J) dür. 1000 joule 1 kilo joule eşittir. 1 Kcal 4.184 kJ eşittir. ŞEKİL 1.1 Termodimaniğin birinci yasası enerji ve entropi Canlı sistemler enerjilerini temel olarak ya diğer canlılardan, güneşten yada kimyasal bağ enerjisinden elde eder. Enerji yok olmaması yalnızca farklı formlara dönüşmesi 1 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ekositemde canlı metabolizmasında önemlidir. Tüm enerji döngüleri sırasında bir miktar enerji kaybolur yani entropi(düzensizlik) artar. 2. yasa: Hiçbir cihaz veya sistem aldığı ısıyı tamamen işe dönüştürecek şekilde çalışamaz(%100 verim olmaz). Ayrıca sadece ısıyı bir sıcaklıktan daha yüksek bir sıcaklığa transfer eden bir süreç mümkün değildir. Canlı sistemlerde enerji dönüşümü mekanik sistemlerden daha yüksek verimde olmasına rahmen hiçbir zaman yüzde yüze seviyesine gelemez. "Hiçbir enerji akışı, düzensizlikten düzene doğru olamaz." veya "Bütün sistemler, evrenin yapısı gereği düzensizliğe doğru gitmeye mahkûmdur." veya "Yapılar, her zaman düzenli bir halden, düzensiz bir hale doğru ilerlerler."Biyolojik yapılarda enerji dönüşümleri insan yapımı sistemlere daha yüksektir. En yüksek verimli enerji dönüşümü biyolümünasta gözlenir. Ateşböceği lüsiferin adlı maddenin ATP ile fosforilasyonu sonucu bir parıltı meydana getirir. Kimyasal enerji böylece ışık enerjisine dönüşür ve böcekler arasında iletişimi sağlayan ışık parlamaları meydana gelir. Az bir enerjide ısı olarak kaybolur(verim %98). 3. yasa: mükemmel kristallenmiş bütün maddelerin mutlak sıcaklıktaki (0 kelvin) entropileri sıfırdır. Entropi hesabının temelini oluşturan yasadır. Sıfır Kelvin üzerindeki tüm moleküllerin belirli bir kinetik enerjileri vardır. Bu enerji canlı sistemlerindeki kendi kendine olan enerji kullanılmayan tüm olay için gereklidir. 0. yasa (evet sıfırıncı): Eğer iki cisim üçüncü bir cisim ile ısısal denge halinde ise birbirleriyle de ısısal dengededir ve bu nedenle aynı sıcaklıktadır. ŞEKİL 1.2 Termodimaniğin sıfıncı yasası ısısal denge Sıcaklık ölçümünün temeli bu yasadır. Sıfırıncı olmasının sebebi ise diğer yasalardan sonra çıkmış olması ama diğer yasaların anlaşılabilmesi için gerekli olmasıdır. Canlı sistemdeki ısı dengesinde 0. yasa kullanılır. Canlılar ısı koruması için yada ısının diğer ortamlara transferinde bu yasa önemlidir. Avogadro hipotezi Bütün maddeler; demir, kalsiyum ya da oksijen gibi saf kimyasal maddeler, kimyasal elementlerden oluşur. Bir element kimyasal olarak daha küçük parçalara ayrılamayan maddedir. 2 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.3 Avargadro hipotezi Maddeler normal şartlarda gaz, katı yada sıvı halde olabilir. Vücudun yaklaşık % 98'i oksijen, karbon, hidrojen, nitrojen, kalsiyum ve fosfor olmak üzere sadece altı elementten meydana gelmiştir. Madde moleküler farklı atom ağırlığa sahip olmalarına rahmen molar olarak eşitlerse aynı sayıda atom içeririrler. Aynı sıcaklık, basınç ve hacim altında gazlar, aynı sayıda molekül içerirler. Buna göre, belirli bir hacimdeki gazın bulundurduğu molekül sayısı, gazın kütle ya da boyutundan bağımsızdır. Örnek olarak, aynı hacimdeki hidrojen ve nitrojen verilebilir. Buna göre, hidrojen de nitrojen de, aynı hacim, aynı basınç ve aynı sıcaklıkta aynı molekül sayısına sahiptir. Bu durum solunda alınan havaın birleşenlerin dağılımında önemlidir. Soluk havasında bulunan gazların dağılımında basınç ve sıcaklık önemli rol oynar buna karşın molekül ağırlıları gaz karşımda gazların dağılımı değiştirmez. Bu noktada gazların sıvılar içinde erimelerinde diğer faktörlerinde rolü olduğu unutmamalıdır. Avagadro kanunu matematiksel olarak şöyle gösterilebilir: V \ n= a. V kübik metre olarak hacim, n gazın mol sayısı, a da bir sabittir. Bu denklem, sadece homojen maddeler(tek bileşenli) için geçerlidir. Buna homojen sıvılar ve katılar da dahildir. Avogadro yasasının en önemli sonucu, yasanın ideal gaz sabitinin tüm gazlar için aynı olduğunu bulmasıdır. P paskal olarak basınç, T de Kelvin olarak sıcaklıktır. Denkleme göre, tüm gazlar için bu sabit eşittir. Yani gazın boyutunun ya da kütlesinin bu sabitin değerini değiştirmez. Standart durumda, bir mol ideal gaz, 22.4 litre (dm3) yer kaplar. Bu değer, genellikle molar hacim olarak kullanılır. Bir moldeki molekül sayısı olan Avogadro sayısı, yaklaşık olarak mol başına 6.02×1023 parçadır. Avogadro yasası, toplam gaz yasasını oluşturan Boyle yasası, Charles yasası ve Gay-Lussac yasasıyla birlikte ideal gaz yasasını oluşturur. Farklı gazların karışımı olan havadaki her bir molekül farklı atom ağırlığına sahip olmasına karşın aynı hacim ve basınçta eşit sayıda molekülden oluşmuştur. Sıcaklığın ve basınçın değişmesi hava karışımdaki moleküllerin sayısını etkiler. Bu durum dalış fizyolojisi için önemlidir. Molekül ağırlığı, bir maddenin molekülünün yapısına katılan tüm atomların ağırlıklarının toplamıdır. Örneğin suyun (H2O) molekül ağırlığı; 2 x 1,008 + 16,00 = 18,016’dir.Molekül ağırlığının gram cinsinden ifadesi mol olarak tanımlanır. 1/1000 mol=1 mmol veya 1 mol=1000 mmol. Örneğin 1 mol (1000 mmol) su, 18,016 gram su demektir veya 18,016 gram su 1 mol’dür Gerçekte 1 mol (1000 mmol) suda Avogadro sayısı (6,023 x 1023) kadar su molekülü bulunur Ekivalan ağırlık (eşdeğer ağırlık), bir element veya bileşiğin 1 mol hidrojen ile birleşen veya onun yerine geçebilen miktarını ifade eder; moleküler ağırlığın valansa (değerlik) bölümüne eşittir. Ekivalan ağırlığın gram cinsinden ifadesi, ekivalan sayısı (Eq) olarak tanımlanır. 1/1000 Eq=1 mEq veya 1 Eq=1000 mEq Örneğin 1 ekivalan HCl, 36,46 gram HCl demektir veya 36,46 gram HCl, 1 ekivalan HCl’dir. 3 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Aynı şekilde 1 Eq (1000 mEq) kalsiyum(Ca), 40,08/2=20,04 gram kalsiyum demektir veya 20,04 gram kalsiyum 1 Eq (1000 mEq) kalsiyumdur. Valans (değerlik); bir asit için moleküldeki yer değiştirebilen H atomları sayısı, bir baz için moleküldeki yer değiştirebilen OH- iyonu sayısı ve bir tuz için moleküldeki (+) yüklü iyonların yerine geçebilecek H+ iyonu sayısı oksidan bir madde için reaksiyon sırasında alınıp verilen elektron sayısını gösterir. Boyle yasası Boyle yasasına göre, sıcaklıklar sabit tutulduğu sürece, belirli ölçüde alınan bir ideal gazın hacmiyle basıncının çarpımı sabittir. Matematiksel bir anlatımla: PxV=k P paskal olarak basınç, V kübik metre olarak hacim, k gaz sabiti (8.3145 J/(mol K). Sabit sıcaklıkta tutulan belirli bir miktar gazın, hacmi ile basıncının çarpımı sabittir. Boyle yasası, genellikle, sadece hacim ya da basınç anlamında yapılan bir değişikliğin sonuçlarını önceden tahmin etmek için kullanılır. Belirli ölçüdeki herhangi bir gazın, sıcaklığın sabit tutulma şartıyla (bunun için soğutma ve ısıtma kullanılmalıdır), "önce" ve "sonraki" hacim-basınç ilişkisi aşağıdaki gibidir: P2P=1 xPV /VP22 x V2 1V1 1= Bu denklem, genellikle herhangi bir (basınç ya da hacim) "sonra" öğesinin bulunması için kullanılır. Örnek: Gazlar, sıkışabilirler. Gazlar Basınç farkı yönünde akarlar. Direnç artarsa akış azalır. “Hava”, bağımsız olarak difüze olan gazların bir karışımıdır. Her bir gazın karışım içinde miktarına bağlı bir “kısmî basıncı” (Pgaz) vardır. Boyle yasası akciğerlerin çalışmasında önemlidir. Akciğerlerde soluk verilmesi sırasında hacim artışı olur ve akciğer basıncı azalır bu durumda dıştaki hava akciğerlere dolar. Tersine soluk vermede akciğer hacim azalı ve artan basınçla akciğerlerdeki hava dışa atılır. ŞEKİL 1.4 Hacim basınç arasındaki ilişki Boyle kanuna göre sabit sıcaklık altında gazların hacimleri basınçlarıyla ters orantılıdır. Basıncın artışı ile dolaşımdaki ve dokulardaki gazların hacimleri ve oluşmuş gaz 4 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ kabarcıklarının çapları küçülür. Bu etkiden gaz embolisi ve kabarcık oluşumuyla ilintili olan dekompresyon (vurgun) hastalığında faydalanılır. Su dalmak için yüzeyde hava alıp dalan bir dalgıç akciğer hacmi 6 lt kabul edilirse 10 metrede bu hacim 3 litreye düşer (her on metrede 1 atm basınç artışı olur). Dönüp hiç nefes vermeden su yüzeyine çıktığında akciğerindeki hava miktarı aynı olduğundan, akciğerin hacmi de ilk haline eşit olacaktır. Dalgıç su yüzüne çıkarken sıkıştırılmış olarak solunan bu fazla havanın boşalması için yeterli zaman tanımazsa akciğerlerde genişleyen gaz dokularda yırtılmalara yol açar. Fakat tüple dalış yapan (scuba- self contained underwater breathing apparatus) bir dalgıç için durum farklıdır. Bu sefer dalgıç, 10 metrede hacmi yarısına inmiş olan ciğerini tüpteki havayla doldurur. Şimdi akciğerlerde yüzeydekinin iki katı kadar hava vardır. Yine hiç nefes vermeden su yüzeyine geri döndüğünde, akciğerin içindeki hava ilk hacminin iki katına ulaşmak isteyecektir. Bu da akciğerin kapasitesini zorlayacağından, zarar görmesine sebep olabilir. Eğer dalgıç derinde soluduğu havayı su yüzeyine çıkarken geri vermezse genişleyen hava akciğer dokusunu zedeleyebilir. Yırtılan damarlardan dolaşıma katılan hava tıkanmaya (emboliye) yol açabilir. Dokularda ve merkezi sinir sisteminde çözünen azot derinde karar verme gibi fonksiyonları bozup dalgıçın yaşamını tehlikeye sokabilir. Herry yasası Bir maddenin belli bir çözücünün belli bir miktarında, belli basınç ve sıcaklıkta çözünebilen en fazla miktarına o maddenin çözünürlüğü denir. Çözülmeyi bazı faktörler etkiler: Belirli şartlar altında bir gazın • Çözünen maddenin türü, sıvıdaki çözünürlüğü o gazın çözülme katsayısı ve basınçı ile doğru orantılıdır. Gazın • Çözücünün türü, “kısmi basıncı” ile çözülür doğru orantılı iken • Sıcaklık, Basınç, sıcaklık ile ters orantıdır. Çeşitli çözücülerdeki • Ortak iyon etkisi, gaz çözünürlüğü değişir Örneğin Suda O2: 0.15 • Ortamın pH sı, mmol/L (zayıf) iken CO2: 3.0 mmol/L • Yabancı iyonlar, (kuvvetli [x20]). Gazın erime katsayısı artıkça • Kompleks oluşumu. yada gazın basınçı artıkça daha fazla gaz sıvıde erimiş hale geçer. Başka bir ifade ile bir sıvının içinde çözünebilecek gaz miktarı o gazın kısmi basıncıyla doğru orantılıdır. Gazın basıncı arttıkça sıvıda eriyen gaz miktarıda artar. Buna örnek olarak kola şişesinde erimiş halde bulunan CO2 verilebilir. Kolada çözünen gaz CO2tir ve yüksek basınçlarda daha çok çözünür. İçecek kapağı açıldığında gaz çıkışı fark edilir. Basınç kalktığı için çözünmüş CO2 uzaklaşır ki bu da köpürme şeklinde görülür. Herry yasasının fizyolojik önemi solunum sisteminde ve vurgunda gözlenir. Dalgıçların zaman zaman yaşadıkları“vurgun” olayı da gazların çözünürlüğü ile ilgilidir. Dalgıçlar su altında basınçlı hava solurlar ve bu nedenle kanda daha fazla miktarda azot gazı çözülür. Dalgıç yüzeye çıktığında fazla çözünmüş azot kabarcıklar oluşturur. Bu kabarcıklar eklem ve damarlarda şiddetli ağrılara, felç ve hatta ölümlere neden olur. Herry yasasının canlılardaki diğer önemli etkisi sıcaklığa bağlı olarak çözülmenin(Oksijen sıvıdaki örneğin plazma içinde) çözülmesinin artmasıdır. 5 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Laplace yasası Kan damarı duvarı, kan basıncı ve kabın dışındaki çevre basıncı arasındaki farkın bir sonucu olarak gerilir. La Place yasası transmural basınç farkı ile gerginlik, yarıçapı ve damar duvarının kalınlığı arasındaki ilişkiyi açıklar. Tabii ki, daha yüksek bir basınç farkı, fazla gerilime neden olacaktır. Damar çapı daha büyük olan daha fazla bir gerilime sahiptir. Bu üç kural bir denklemin içine sonuçlanır: T = (P x R ) / M T duvarlarında gerilim olduğunda, P duvar boyunca olan direnç, R silindirin yarıçapıdır ve M duvarın kalınlığı basınç farkıdır. Kalp kan getiren venlerle kalp basınçı artar. Bu durumda kalp ölçüde gerilmiş olur ve yarıçapı (R) ventrikül artar. Bu nedenle çok daha büyük bir duvar tention (T)kalp kası tarafından geliştirilebilir olan kan ejeksiyon sırasında aynı basıncı ( P) oluşturmak için kullanılır. Böylece genişlemiş kalp, normal büyüklükte kalp kıyasla kan aynı miktarda pompalamak için daha fazla enerji gerektirir. Bir balon üflemediğinizi düşünün. Daha sert balonda, içindeki hava basıncı ile dış arasında daha yüksek bir basınç farkı vardır. Basınç farkı yükselir, bu balon lastik duvarlarında gerilim de artar ve bu da balon gerginliğe neden olur. Şimdi çok kalın kauçuktan yapılmış bir balon üfleme hayal edin. Daha fazla basınç farkı balon duvarlarında gerginliği aşmak için gereklidir. La place yasası Basınç altında kalan damar ve alveolerde basınça maruz kalan membranın şekline bağlı olarak farklı gerilim formülleri kullanılır. ŞEKİL 1.5 Bir kabın cidarına yapılan basınç Bir organın duvarındaki gerilim, organ içi basınç ve lümen çapı ile doğrudan ilişkilidir. (gerilim = basınç x çap). Kalbin duvar gerilimi arttığı takdirde beslenmesi bozulur, iskemi sonucunda yetmezlik görülebilir Fick Yasası Bir gazın diffüzyonu gazın solübilitesi ve membranın yüzey ölçümü ile doğru, membranın kalınlığı ile ters orantılıdır. Diffüzyon için membranın iki tarafında basınç farkı olmalıdır. 6 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.6 Gaz difüzyonun etkileyen faktörler. Moleküler kütle taşınımı, difüzyon, konsantrasyon farklarının bulunduğu bir ortam içinde, yüksek konsantrasyon bölgelerinden düşük konsantrasyon bölgelerine yönelmiş moleküler kütle taşınımı ile karşılaşılır. Difüzyon adı verilen bu olayda, bir noktada birim yüzeyden birim zamanda geçen mol sayısına difüzyon akı yoğunluğu (Mdif ) denir. Fick yasasına göre, difüzyon akı yoğunluğu konsantrasyon gradyenti ile orantılıdır. Ortamın ve taşınan moleküllerin özelliklerine bağlı olan D parametresine difüzyon katsayısı adı verilir V gaz = A x D x (P1 – P2) / T Frank-Starling hipotezi Frank-Starling mekanizması temel olarak, kalp kası doluş sırasında ne kadar çok gerilirse, kasılmanın kuvvetinin ve aortaya pompalanan kanın miktarının da o kadar büyük olacağı anlamına gelir. Fizyolojik sınırlar içerisinde diyastol esnasında kalp ne kadar kanla dolarsa(kalbe ne kadar gelirse), sistolde de o oranda fazla miktarda kan pompalanır. Yani kısaca kalbe ne kadar kan gelirse kalp o kadar kan pompalar. FrankStarling yasasının altında yatan temel mekanizma kalp kası liflerinin gerildiklerinde kasılma güçlerini artırmaları yatmaktadır(örneğin lastiğin gerildikten sonra bırakılması gibi). Kalbe venöz dönüsteki herhangi bir artış diyastol sonu hacmi artırır, bu artış ventrikülleri genişletir, kalp kası liflerini gerer, atım hacmini sonuçta da Kalp output (kalp çıktısı) artırır. Atardamarın kapiller damar girişinde kan basıncı 40 mm Hg Osmotik basınç ise 25 mmHg iken ven ucunda kan basıncı 15 mm Hg Osmotik basınç 25 mmHg seviyesindedir. Arter damar ucundan başlayarak kapiller damarlar botunca su, iyonlar kısmende albümin kan proteinleri doku sıvısına(ekstrasellüler sıvıya) geçmeye başlar bu neden kapiller boyunca kanın osmotik basınçi 25 mm Hg 15 mmHg seviyesine iner buna nedenle kapiller damarların arteriol ucunda kan dan doku sıvına net geçiş varken kapillerin ven ucunda osmatik basınçın azalmasından dolayı sıvı geçişi doku sıvıdan kana doğru olur. 7 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Hücre Fizyolojisi Canlılar, hücre adı verilen en küçük yapısal birimlerin, çok karmaşık fonksiyonları yerine getirebilecek şekilde bir araya gelmesiyle oluşmuşlardır. Hücre, gözle görülemeyecek kadar küçüktür ve çevresi yarı geçirgen bir zarla kuşatılmış durumdadır. Hücreye şeklini veren sitoplâsma gerekli yaşamsal öğeleri içeren, yarı sıvı bir maddedir. Aynı görevdeki hücrelerin kümelenmesi ile dokular; farklı dokuların belirli bir işlevi görmek üzere birleşmesiyle de organlar oluşur. Yapısal özellikleri farklı olan organların bir araya gelmesi sonucunda da belirli bir işlevsel bütünlük gösteren sistemler şekillenir. Canlıdaki tüm metabolik faaliyetler hücre içinde geçer. Hücrenin iki temel bölümü nükleus ve sitoplâzmadır. Nukleus, sitoplazmadan bir nükleus membranından ayrılmıştır; sitoplazma, kendini çevreleyen sıvıdan hücre membranıyla ayrılır. Hücre Canlının, tüm canlılık işlevlerini yürütebilen temel birimine hücre denir. Hücreyi meydana getiren başlıca beş esas madde; su, elektrolitler, proteinler, lipidler ve karbonhidradlardır. Hücreyi meydana getiren bu maddelerin bütününe protoplazma denir. Bir hücrenin işlevleri organel adı verilen alt sistemler (hücre çekirdeği, mitokondri, endoplazmik retikulum, golgi cisimciği, ribozomlar vb.)tarafından bir iş bölümü halinde yürütülür. Organeller hücre içi sıvıdan zarlarla ayrılırlar. Hücre de dış ortamdan hücre zarı ile ayrılır. Protoplazmayı dıştan çevreleyen bu zar, canlı, esnek, seçici geçirgen özelliğine sahiptir. Hücrenin Fonksiyonel Özellikleri: Hücreler ortamdan ham materyali alırlar. Enerji üretirler: Bu enerji iç ortam dengesini sağlamak ve sentez reaksiyonlarını yürütmek için gereklidir. Kendi moleküllerini sentez ederler. Organize bir şekilde büyürler. Çevreden gelen uyarılara cevap verirler. Çoğalırlar (bazı istisnalar haricinde). Hücrenin Yapısal Özellikleri Kalıtsal bilgiler DNA içinde saklanır. Hücredeki genetik kod temelde aynı yapıdadır. Bilgi DNA dan proteinlere RNA aracılığı ile geçer. Proteinler ribozomlar tarafından yapılır. Proteinler hücrenin fonksiyon ve yapısını düzenlerler. Bütün hücreler seçici geçirgen bir zar olan plazma membranı ile çevrilmiştir. Çekirdek Hücre çekirdeği çekirdek zarı , sitoplazması çekirdekçik ve kromatin iplikten meydana gelir. Hücre bölüneceği zaman çekirdek zarı ve çekirdekçik eriyerek kaybolur. Hücre bölündükten sonra tekrar meydana gelir. Çekirdekçik rRNA’nın sentezlendiği yerdir ve Ribozomun oluşturulmasını sağlar. Çekirdek zarı Endoplazmik retikulumla bağlantılıdır. Porlar yardımıyla çekirdekten çıkan maddeler hücre sitoplazmasına geçer. Çekirdek 3 temel yönlendirme yapar. 1) Hücrenin en basit şekilde iki yeni hücre vermek üzere bölünmesini kapsayan hücresel çoğalması, 2) Hücrenin metabolik aktivitelerinin oluşumu sırasında hücrenin farklılaşmasını kontrol etmesi, 3) Hücrenin metabolik aktivitelerini düzenlemesidir ŞEKİL 1.7 Hücre ve organeleri 8 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ 1. Hücre, canlının tüm yaşam belirtilerini barındıran ve uygun ortamda gelişen, bölünüp çoğalabilen en küçük yaşam birimidir. 2. Sitoplâzma inorganik maddeler ve karbon içeren organik moleküllerden oluşmaktadır. • • İnorganik maddeler: Su, mineral iyonlar (anyon, katyon) Organik maddeler: protein, karbonhidrat, lipid, nükleik asitlerdir. Hücre boyutu fonksiyon ve işlevine uygun biçimde büyük farklılıklar içeririr. Örneğin İnsan ovumu 200 mikron, Balık yumurtası 5 mm ve Tavuk yumurtası 30 mm boyutlarındadır. Buna karşın beyin hücrelerinin en küçüğü 4-5 mikron çapındadır. Hücre ve hücre içindeki organeller boyutları 20 um başlar, buna karşın makro moleküllerin boyutları 20 nanometre kadardır. İnsan vücudunda yer alan hücrelerin boyutları oldukça farklıdır. Örneğin en küçük hücrelerin boyutu 4-5 mikron kadar olduğu halde yumurta hücresi (ovum) 200 mikron çapındadır ve çıplak gözle bile görülebilir. Hücre boyutları açısından sözü edilmeye değer en ilginç örnek ise sinir hücreleridir. Uzantıları ile birlikte boyu 1.5 metreyi bulan tipleri vardır. İnsan vücudundaki hücreler kübik ve silindirik biçimden örümceksiye kadar değişen biçimler gösterirler. İnsanda Kan hücreleri hariç toplam hücre sayısı 1013–1014 kadardır. Merkezi sinir sistemi, retina, lens kristali hücre sayısı sabittir ve sonradan çoğalamaz. Hücreler çoğunlukla renksizdir, buna karşın deri ve gözdeki pigmentli hücreler vardır. Sıvı ortamda bulunan hücreler (akyuvarlar) küremsi biçimlidirler. Hücrenin şeklide fonksiyona uygun biçimde odukça farklıdır. Sinir hücreleri dalanma bir birine temas ederken, Epitel hücreleri yan yana gelerek fonksiyonlarına uygun yüzey alanları oluştururlar. ŞEKİL 1.8 Hücre boyutu 9 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Atomlar molekülleri, moleküller makromolekülleri, makromoleküller makromoleküler kompleksleri oluşturmasıyla, dokuların en küçük yapı taşları olan ve yaşamın tüm özelliklerini sergileyen hücreler oluşmaktadır. Genel olarak tüm hücreler temelde aynı yapıya sahiptirler. Fakat kökene aldıkları dokuya ve dolayısıyla fonksiyonlara bağlı olarak bazı özelleşmeler gösterirler. İnorganik moleküllere, hücrede yaygın olarak bulunan ve önemli görevler üstlenen sodyum (Na+), potasyum (K+), kalsiyum (Ca2+), klor (Cl-), hidrojen (H+), oksijen (O2), tuz (NaCl) ve su (H2O) oluşur. Organik moleküller ise, karbohidratlara; basit şekerler, glikojen, lipidlere; yağ asidleri, trigliseridler, fosfolipid, steroidler, proteinlere, keratin, antikor, aktin, miyozin ve enzimler nükleik asidlere ise; deoksiribonükleik asid (DNA) ve ribonükleik asid (RNA). Protoplazma temel olarak beş maddeden oluşur: su, elektrolitler, proteinler, lipitler, karbonhidratlar oluşur. Birleşik yada madde Hücredeki oranı(ağırlık) Su(H2O) İnorganik iyonlar(Na, K, Mg, Ca, CI) Küçük metabolitler Proteinler RNA DNA Fosfolipit ve diğer lipitler Polisakkaritler 70 1 3 18 1.1 0.25 5 2 Hücrenin inorganik bileşikleri Hücrenin temel sıvı ortamı sudur, birçok hücrenin %70-80’i sudan oluşmuştur (yağ hücreleri hariç). Hücre içindeki birçok kimyasal madde suda çözünmüş durumdadır, diğer maddeler parçacıklar halinde süspanse olmuştur. Kimyasal reaksiyonlar, erimiş kimyasallar arasında ya da süspanse haldeki zarsı yapı ve partiküllerin yüzeyiyle su arasındaki sınırda gerçekleşir. ŞEKİL 1.9 Moleküllerin üç boyutlu ve iki boyutlu gösterimi. Suyun önemi, H atomlarının kısmi (+)yük, O2’in de kısmi (-)yük taşımasından ileri gelmektedir. Bu su molekülüne dipol iki kuvvetli özelliği kazandırmaktadır. Hem birbirlerine hem de artı ve eksi yüklü diğer moleküllere bağlanabilmektedirler. 10 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Hücrede su Hücredeki toplam suyun % 5’i hücredeki diğer yüklü moleküllere bağlanır. Bu suya bağlı su denir. Serbest su ise hücredeki suyun %95’ini oluşturur. Serbest su hücrede diğer maddeler için iyi bir eritici ve sitoplazmanın kolloidal yapısı için iyi bir dağıtıcı ortam sağlar. • • • • Tüm Biyokimyasal Reaksiyonlar Sulu Ortamda Gerçekleşir. İyi bir çözücüdür. Hidrolazlar gibi enzimler için substrat. Isı düzenleyicidir. . Hücrenin su içeriği, hücrenin yaşı ve hücrenin metabolik etkinliği ile ilgilidir. Su miktarı embriyonik hücrelerde en fazla iken ergin ve yaşlı organizmalarda bu oran azdır. Ayrıca kemik minesi ve kemik dokuda su miktarı yok denecek kadar azdır. Su, yüksek erime ısısına sahiptir. 1 gram buzu eritmek için 0 °C'de 80 kalori gerekir. Erime ısısının yüksek olması suyun donmasını geciktirir; böylece biyolojik sistemler düşük sıcaklıklara dayanıklı olabilen özelliklerini kazanırlar. Suyun Isınma (özgül) ısısı yüksektir. 1 g suyun sıcaklığını 1 °C arttırmak için 1 kalori'lik enerji gereklidir. Bu özgül ısı, amonyak dışındaki tüm maddelerinkinden yüksektir. Böylece su sıcaklıklarda fazla artış olmadan daha fazla enerji depolayabilir ve böylece canlı sistemde sıcaklık ve metabolik olaylar daha kararlı olabilmektedir. Suyun gizli buharlaşma ısısı yüksektir. 100 °C'de 1 g suyu 1 g su buharı haline dönüştürmek için 539 kaloriye ihtiyaç vardır. Gizli buharlaşma ısısının yüksekliği canlı sisteminin izotermal olmasında en önemli katkıya sahiptir. Suyun gizli buharlaşma ısısı, Hidrojen bağlarından dolayı yüksektir. Hidrojen bağlarının kırılması için yüksek enerjiye gerek vardır. 11 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Suyun fonksiyonu 1. Hücrelerin ihtiyacı olan maddeleri hücreye taşımak: su temel molekül olarak tüm suda erimiş maddeleri taşır. 2. Hücrelerin fonksiyonlarını yerine getirebilmesi için gerekli olan katı maddelerin çözünmesini sağlamar tüm maddeler(hirofobikler hariç) suda erir. 3. Hücrelerde metabolik faaliyetler sonucu oluşan atık maddeleri boşaltım organlarına (böbrek, akciğer, deri, sindirim kanalı) taşıyarak vücut dışına atılımını sağlar. 4. Su vücut ısısını dengede de tutar. 5. Vucud içindeki tüm sıvılar temel olarak kan üzerinden ayarlanır su kanın hacmini dengeler bu yolla tüm sıvıların miktarını ve yoğunluğunu ayarlar. 6. Besinlerin sindirimine yardımcı olur hidroliz suyla gerçekleşir. 7. Beyin, omurilik gibi bazı organları dış etkenlerden korumak, suyun görevleridir. 8. Suyun ısı kapasitesinin yüksek oluşu vücut ısısının ayarlanmasını sağlar. Buharlaşma enerjisi yüksek oluşu nedeniyle vücuttaki fazla ısı terleme ve buharlaşma ile dışarı atılır. Vücut ısısı dengelenir. Buharlaşma ısısı yüksek olduğu için su kaybı az olur. Vücuttaki suyun %20 sinin kaybı hayati tehlikeye neden olur. 9. Suyun sıvı halinin yoğunluğu katı halinin yoğunluğundan fazladır. Bu sayede su üstten donmaya başlar. Bu da suda yaşayan canlılar için hayati önem sağlar. Bu maddede açıklamam gereken bi konu var; su üstten donduğu için su dışındaki düşük ısıdan su daha çok etkilenmez. Yani su yüzeyindeki buz tabakası, suyu yorgan gibi örttüğünden dışarıda su -15 derecelerdeyken bile su o kadar soğumaz. 10. Su donarken dışarı ısı vererek izolasyon görevi yapar. 11. Su, vücuttaki boşluklara pasif difüzyonla geçer ve basınçla dengeyi sağlar. 12. Vücuda alınan besinlerin bir kısmının çözülmesini sağlayarak sindirimi kolaylaştırır. Ayrıca suda bazı vitaminler çözünür, bunlar da metabolizmanın düzenlenmesinde yardımcıdır. 13. Vücutta iyonize olarak asit-baz dengesinin korunmasında rol oynar. Besin maddelerinin ve oksijenin hücrelere taşınmasını ve biyokimyasal reaksiyon ürünlerinin dışarı atılması için taşıyıcı olarak görev yapar 12 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Hücrenin organik molekülleri Hücrede lipit, protein ve karbohidrat olmak üzere temelde 3 organik molekül vardır. Yapısal olarak vücutta en fazla bulunan organik molekül kollejendir. Hücrede su dışında bulunan anyon (negatif yüklü iyonlar) ve katyon (pozitif yüklü iyonlar) hücre kitlesinin %1’ini oluşturur. Bunlar hücre metabolizmasında görev alır ve hücre işlevinde kritik roller oynarlar. Asit-baz dengesini korur ve osmotik basıncın ayarlanmasında önemlidir. Canlı vücudunda Enerji verici moleküller = karbonhidratlar, lipitler, proteinler. Yapıcı-onarıcı moleküller = proteinler, lipitler, karbonhidratlar. Düzenleyici moleküller = proteinler, vitaminler, lipitler. Yönetici moleküller = nükleik asitler. biyosentez reaksiyonları sonuncu oluşturulan maddelerdir. Organik moleküllerin vücutta çeşitli görevleri vardır. Bunlar; Protein Yağ (Lipid) Vitamin Element Karbonhidrat C, H, O C, H, O, N (S, P) C, H, O ----- Monomer Glikoz Amino asit (a.a.) 3 yağ asidi + gliserol ------ —Yapım ve onarım (Hc memb. Yapısına katılır) —Depo maddesi —Isı izolasyonu —Enerji vermek —Basınç ve darbelerden koruma Fosfolipidler, Steroidler 1gr 9.3 Kcal Görevleri —Enerji vermek (Yapım ve onarım) —Hücre yapısına katılmak (Hc. Membranında) —Depo maddesi (Karaciğer) —Yapım ve onarım —Yapı ham maddesi (Membranlar) —Düzenleyici rol (Hormonlar) —Enerji kaynağı (Açlık halinde) Örnek Nişasta, Glikojen Albumin, Glikoprotein Enerji Miktarı Bağlar 1gr 4.1 Kcal 1gr 4.3 Kcal Glikozit Peptid Ester Nükleik asit C, H, O, N, P Nükleotid —Düzenleyici Koenzimlerin yapısına katılırlar. —Kalıtımdan sorumlu —Yönetici moleküller Protein sentezi A, D, E, K vitaminleri ---- DNA, RNA ---- ----Fosfodiester Proteinler Karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O), azot (N) bilişimindedir. Ayrıca yapılarında kükürt (S) ve fosfor (P)da bulunabilir. Proteinler amino asit adı verilen yapı taşlarından meydana gelir. Amino asitler amfoter bileşikleridir. 20 çeşit amino asit bulunur, amino asitlerin her birinin radikal grubu farklıdır. İnsan vücudunda sekiz çeşit amino asit sentezlenemez(valin, lösin, isolösin, treonin, metionin, lisin, fenilalanin, triptofan). Bunlara temel (esansiyel) amino asit denir, besinlerle dışarıda alınır. Proteinler hücre kütlesinin %10-20’sini oluşturur. Hücre proteinleri yapısal proteinler ve genellikle enzim olarak işlev gören globular proteinler olarak ikiye ayrılır. Hücredeki bu tip yapısal proteinler, genellikle uzun, ince filamentler halinde bulunur, bunlar birçok protein molekülünün polimeridir. 13 H A Y V A N • • • • • F İ Z Y O L O J İ S İ Hücre zarı yapısında yer alır ve dokuların yapısal bileşenlerini oluştururlar. Ör: keratin Küçük moleküllerin taşınmasında ve depolanmasında görev alır. Ör:hemoglobin tarafından O2 taşınması Hücreler arası sinyal iletim işine katılırlar. Ör:hormonlar Enfeksiyonlara karşı koruma görevi üstlenirler. Ör:antikorlar Enzim yapısını oluştururlar. Ör: Renin Bu tür intraselüler filamentlerin en bilinen kullanımı, tüm kasların kontraktil mekanizmasıdır. Filamentler ayrıca mikrotübüller halinde silia, sinir aksonu, mitotik iğcikler gibi “hücre iskeleti" organellerini de oluştururlar. Fibriler proteinler ekstrasellüler olarak özellikle kollejen ve bağ dokusunun elastin liflerinde, kan damarları, tendon, ligament vb. içinde bulunur. Globüler proteinler tamamen farklı tiptedir, genellikle tek protein moleküllerinden oluşmuştur ya da daha büyük oranda, fibriler yapıdan çok globüler yapıda bir araya gelmiş bir kaç protein molekülünden oluşurlar. ŞEKİL 1.9 Polipeptid bağı ile meydana gelen di, poli ve peptid veprimer sekonder ve tersiyer yapı Bu proteinler genellikle hücrede enzim işlevi görür ve fibriler proteinlerin tersine hücre içi sıvıda erimiş durumdadır. Önemli bir bölümü de hücre içindeki membrana yapışık durumdadır. Bu enzimler hücredeki diğer maddelerle doğrudan ilişki içindedir ve kimyasal reaksiyonları katalizlerler. 14 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Proteinler farklı şekiller sınıflandırılır. Protein yapı ve fonksiyon olarak çok farklı şekillerde olabilir. 1 - Katalizör Proteinler : Biyolojik sistemlerde hemen hemen tüm kimyasal reaksiyonlar enzim denen spesifik makromoleküllerle katalizlenirler. Bu reaksiyonların bazıları CO2’in hidrasyonundaki gibi oldukça basittir, diğer bazıları ise, kromozom replikasyonundaki gibi oldukça karmaşıktır. Enzimler çok büyük bir katalitik güç oluştururlar ve reaksiyonların hızını en az bir milyon kez arttırırlar. Yaklaşık 1000 kadar enzim karakterize edilmiş ve bunlardan bazıları kristalize edilmiştir. Pepsin, tripsin, kimotripsin, lipaz, amilaz ve ribonükleaz midebağırsak kanalının sindirim enzimleri olarak sırasıyla proteinleri, yağları, şekerleri ve nükleik asitleri parçalama yeteneğindedirler. Bilinen enzimlerin tümü proteindir. Böylece proteinler biyolojik sistemlerde kimyasal dönüşümlerin gerçekleşmesinde yekpare rol oynarlar. Hücre proteinlerinin en büyük kısmını enzimler oluşturur. Bunlar hücrede kısmen eriyebilir şekilde kısmen de yapıya bağlı halde bulunurlar. Memeli hayvan karaciğerinde bilinen enzimlerin sayısı o kadar fazladır ki hücre proteininin hemen hemen tümünü temsil ederler. Tek hücreli E.coli’de 2500 kadar enzim bulunduğu sanılmaktadır. 2 - Taşıyıcı ve Depolayıcı Proteinler : Bazı küçük moleküller ve iyonlar spesifik proteinlerle taşınırlar. Örneğin, hemoglobin eritrositlerde 02 i kaslara taşır. Demir kan plazmasında transferrin ile taşınır ve karaciğerde farklı bir protein olan ferritin ile kompleks oluşturarak depolanır. Yumurtada ovalbumin, sütte kazein, mısırda zein ve bağday tohumunda gliadin amino asit deposu fonksiyonu gören besinsel proteinlerdir. 3 - Koordineli Hareketten Sorumlu Proteinler : Kasın en büyük kurucusu proteindir. Kas kasılması aktin ve miyozin denen iki cins protein flamentinin birbiri üzerinde kaymasıyla birliktedir. Mikroskopik bakıda, kromozomların mitoz safhasındaki hareketleri ve spermlerin kamçıları ile hareketleri de proteinlerin kasılma hareketiyle meydana gelirler. Kirpiklerin ve flagella’ların hareketi dyneinadlı protein ile mümkündür. 4 - Mekanik Destek Sağlayıcı Proteinler : Deri ve kemiğin yüksek taşıma gücü yapısında bulunan fibröz bir protein olan kollagen ile ilgilidir. Deri bu sayede gergin durur ve kemikler bu sayede uyumlu bir bağlantı sağlarlar. Fibronektin ve integrinler hücre dışı matriks proteinleri olarak hücrelerin matrikse bağlanmalarına aracılık ederler. Kolajen birbiri üzerine sarılmış 3 zincirden meydana gelir. Her bir zincir 1400 amino asit uzunluğundadır . 3 amino asidin tekrarlanması ile dengeli bir yapı oluşur. 3.amino asit gliserindir ve içerde kalır. Dışarıda ise proline ve hidroksiproline bulunur. 15 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Vücudumuzdaki tüm proteinlerin ¼’ü kolajen’dir. Kolajen, moleküler telleri şekillendirerek, tendonları ve boşlukları güçlendiren, cildin ve iç organların esnekliğini sağlayan ana yapısal proteindir. Kemikler ve dişler de kolajen’e eklenen mineral kristalleri ile oluşmuştur. 5 - İmmun Koruma Sağlayıcı Proteinler : Antibadiler bakteri, virus veya diğer organizma hücreleri gibi yabancı maddelerle birleşebilen yüksek derecede spesifik proteinlerdir. Fibrinojen ve thrombin de bu özelliklerde proteinlerdir. Organizmaya yabancı bir protein veya makromolekül (antijen) girdiğinde antikorlar ortaya çıkar ve antijeni bağlayarak antikor-antijen kompleksi oluştururlar. Bu reaksiyona “immun yanıt” denir. Bu durum sadece omurgalılar için söz konusudur. 6 - Sinir İmpluslarının Oluşumundan ve İletiminden Sorumlu Proteinler : Spesifik bir uyarıma sinir hücresinin cevabı reseptör proteinler ile sağlanır. Rodopsin, retinanın rod hücrelerinde bir reseptör proteindir. Reseptör proteinler asetilkolin gibi küçük spesifik moleküllerle tetik çekebilirler. Sinir impulslarının sinir hücreleriyle birleşme yerlerine ulaştırılmasında bunlar gereklidir. 7 - Büyüme ve Farklılaşmanın Kontrolünden SoRumlu Proteinler (Regülatör Proteinler): Genetik bilginin bir sıra dahilinde kontrol edilmesi hücrelerin düzenli büyümesi ve farklılaşması için zorunludur. Yüksek organizmalarda büyüme ve farklılaşma büyüme faktörü proteinler tarafından kontrol edilir. Örneğin sinir büyüme faktörü sinir ağının oluşumunu yönetir. Çok hücreli organizmalarda değişik hücrelerin fonksiyonları hormonlarla düzenlenir. Bu hormonlardan bazıları proteindirler (insulin, ACTH, GH, TSH vb). Gerçekten de proteinler hücrelerde enerji ve madde akışını kontrol eden alıcılar olarak hizmet ederler. Bir çok hormonal uyarıya hücrelerin cevabı G-proteinler olarak adlandırılan ve GTP bağlayan bir protein sınıfı üzerinden gerçekleşir. 8 - Ekzotik Proteinler: Sınıflamaya girmeyen bazı proteinler de vardır ki bunlara ekzotik proteinler denir. Örneğin Antarktika sularında yaşayan balıklarda antifriz proteinler soğuk ortamda yaşamak durumundaki canlıyı donmaya karşı korur. Bir Afrika bitkisinin kuvvetli şeker tadında bir proteini olan monellin insanların tüketimine sunulan, toksik olmayan ve yağlanmayı önleyen bir gıda tadlandırıcısıdır. Bazı canlılarda mevcut yapışma özelliğine sahip tutkal proteinler bu gruba örnek oluştururlar. Protein tipi Örnekler Yapısal proteinler Regülatör proteinler Kontraktil proteinler Taşıyıcı proteinler Depo proteinleri Omurgalı kanındaki koruyucu proteinler Membran proteinleri Toksinler Enzimler Kolajen ipek, virüs kılıfı, mikrotübüller İnsülin, Adrenokortikotropin, büyüme hormonları Aktin, miyozin, dyenin, knesin Hemoglobin, miyoglobin, transferin Yumurta akı, albümin Antikorlar Membran transport proteinleri, antijenler Besin zehirleri, Difteri toksini Sukraz, pepsin, tripsin Proteinler sekonder ve tersiyer yapıları ile fonksiyonel hale gelir. Primer yapıdaki bazı amino asitler sekonder yapının değişimine yol açan bağlar ve etkileşimler yapar. Sekonder ve tersiyer yapıda en fazla rastlanan bağ ve etkileşimler iyonik etkileşimler, hidrojen bağları disülfit kovalent bağları vander waals etkileşimleridir. Kovalent bağlar iki atom arasında ortaklaşa kullanılan elektron çiftinden oluşan bağlardır. 16 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Negatif yüklü elektronun bağa katılan iki atom tarafından eşit kuvvette çekildiği kovalent bağa nonpolar kovalent bağ denir. Negatif yüklü elektronun bağa katılan iki atomdan birine daha yakın bulunduğu kovalent bağa polar kovalent bağ denir. Proteinlerde Üç Boyutlu Yapısı Proteinler; belirli bir kimyasal yapıya ve molekül ağırlığa, genlerle belirlenen bir tek amino asit dizisine: iyi belirlenmiş üç boyutlu bir yapıya (konformasyon) sahiptir. Konformasyon, basit bağlar etrafında mümkün olan dönmeler sonucunda bağlarda kopma olmaksızın çok çeşitli pozisyonlarda bulunabilen grupların uzaysal düzenini ifade eder. Konformasyon; proteinlerde daha çok ikincil, üçüncül ve dördüncül yapıların beraberliğini ve bütünlüğünü izah eder. Proteinin görevi ile (taşıma, katalizleme vb.) sıkı ilişkilidir. Proteinlerin yüksek yoğunluğundan (1,4 g/cm3) da anlaşılacağı gibi amino asitler molekülde oldukça sık durumdadırlar. İç kısımda hidrofob, az hidratize olan bir bölge oluşur. Yüklü gruplar hemen hemen yalnız yüzeyde bulunurlar ve sulu çözeltide bir hidrat zarfı ile çevrildiğinden molekül olduğundan biraz daha büyük görünür. Bu durum ultrasantrifüjde, sedimentasyonda ve jel kromatografisinde önemlidir. Bu tür proteinler su ve tuz çözeltilerinde çözünerek alınabilirler. Ancak biyolojik membranların sentezine katılan proteinler dış kısımlarında hidrofob gruplar taşırlar ve böylelikle membran lipidleriyle hidrofobik etkileşmeye girerler ve membranda sabitleşirler. Membran içinde yer almış olmaları birçok protein için (özellikle solunum zinciri enzimleri) fonksiyonel bakımdan önemlidir. Hidrofob yüzey nedeniyle böyle proteinler suda veya tuz çözeltilerinde çözünmezler, ancak deterjanlarla çözelti halinde alınabilirler. Her protein biyolojik aktivitesiyle ilişkili olarak yüzeyinde bir veya birkaç spesifik bölge veya alan ihtiva eder. Bu bölge toplam yüzeye oranla çok küçük bir bölümü oluşturur. Böylece her enzim katalize ettiği reaksiyonunun substratıyla doğrudan ilişkiye girebilecek bir aktif bölgeye sahiptir. Taşıyıcı proteinler ilgili oldukları molekülleri dönüşümlü olarak bağlayacak bir bağlama bölgesi taşırlar. Örneğin, Hemoglobin 4 hem grubu taşır ve herbiri reverzibl olarak O2 ile birleşebilir. Hücre reseptörleri olarak hizmet eden proteinler spesifik substratları için bağlama bölgelerine sahiptirler. Bundan başka, protein hormonlar bir hücre yüzeyinde hormon reseptörleriyle doğrudan ilişki kurabilecek spesifik yüzeysel yapılar içerirler. Proteinler hidrojen bağlarından zengindir. Proteinlerin üç boyutlu yapısını belirleyen güçler, protein omurgasındaki peptid atomlarının ve yan zincir (R) grupları arasında şekillenen etkileşmeler sonucu meydana gelir. Proteinlerin aktif üç boyutlu yapılarını kazanmalarında çözücü sistemin (su ve içinde çözünmüş bulunan bileşiklerin) de önemli bir rolü vardır. Biyolojik sistemlerde tüm bu geri-dönüşümlü moleküler etkileşimler başlıca 3 güçle sağlanır: 1. Hidrojen bağları 2. Elektrostatik bağlar (tuz bağı yada iyonik bağ) 3. van der Waals çekmeleri Hidrojen bağları ana zincirinin =NH ve –C=O grupları arasında alfa-sarmal ve beta yaprak tabaka yapıları oluşturur. Ayrıca, 20 temel amino asitten 11’inin yan zinciri de hidrojen bağı oluşumuna katılabilir. Hidrojen bağı oluşturma yeteneği olan gruplar; 17 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ 1. Triptofan (indol) ve argininin (guanidin) yan zincirleri (sadece hidrojen bağı vericisidirler). Bu2.gruplar değişimine bağlı olarak bazen alıcı veserin bazen verici olarak hizmet ederler. Peptid pH grubuna ek olarak glutamin, asparajin, ve de threonin yan zincirleri (hidrojen bağı vericisi ve alıcısı olarak hizmet edebilirler). 3. Lizin e-amino grubu, aspartik asit ve glutamik asit b- ve g-karboksil grubu, tirozin fenol grubu ve histidin imidazol grubu. Amfoterik, Amfiprotik, Amfipatik Amfoterikterimi hem asit hem de baz olarak davranabilen türler(atom, molekül veya iyon) için kullanılır. Amfiprotik ise proton, H+alabilen veya verebilen tür anlamına gelir . Suyu veya HCO3- gibi bir iyonu ele alırsak bunların hem amfoterik hem de amfiprotik olduğunu görürüz. Ama öte yandan tek başına metaller veya bazı metal/yarı metal oksitler (Al, Zn, Al2O3,PbO,SnO gibi..) amfoter özellik gösterdiği halde amfiprotik değillerdir. Amfipatik'e gelince hem hidrofobik hem de hidrofilik bölgelere sahip moleküller için kullanılır. Verilebilecek en basit örnek fosfolipidlerdir: fosfolipidlerde yağ asitlerinin bulunduğu kısım hidrofobiktir ve hücre zarının içi kısmında yer alırlar; fosfat grubunun bulunduğu kısım ise hidrofiliktir ve zarın dış kısmına bakar. Proteinlerin üç boyutlu yapılanmasına katılan bu güçler kovalan olmayan zayıf bağlardandır. Fakat hepsinin bir arada çalışmasıyla kooperatif bağlanma adı verilen ve birbirinin etkisini güçlendiren bir yapı ortaya çıkar. Bu şekilde proteinler ortam koşullarındaki aşırı değişmelerde bile konformasyonlarını muhafaza edebilirler. Hatta, birçok protein biyolojik aktivitesini kaybetmeden kristalleştirilebilir. Bir molekülün özel üç boyutlu yapısı çeşitli fiziksel metotlarla (x ışını kristalografisi gibi) tayin edilebilir. Canlı hücrelerdeki konformasyon (ya da buradan izole edilmiş en yüksek biyolojik aktivitedeki bir proteinin konformasyonu) natif durum diye adlandırılır. Bir protein natif halde görevlerini en üst derecede sergiler. Yapısal olanlara kollagen, katalitik olanlara enzimler ve taşıyıcı olanlara ise hemoglobin örnek verilebilir. Protein moleküllerinin çoğu biyolojik aktivitelerini veya fonksiyonel kapasitelerini çok sınırlı bir ısı ve pH’da muhafaza ederler. Yüksek ısı veya pH’da protein molekülleri denatürasyon denen bir yapısal değişikliğe uğrarlar. Birincil yapı dışındaki diğer yapılar bozulur, kovalan bağlar dışındaki bağ yada çekmeler kopar. Proteinlerin çoğu 50-60oC’nin üzerinde denatüre olur. Bazıları 10-15 C’nin altında da denatüre olurlar. Denatürasyon proteinlerin biyolojik aktivitelerinde kayba neden olur (enzimlerin ısı ile inaktivasyonu, proteinlerin ısı ile koagülasyonu). Denatürasyon çok sayıda etken tarafından oluşturulabilir. Bunlar ısı ve ilaçlar (6 mol/L üre vb), deterjanlar (SDS vb) ve sülfidrilli ayıraçlardır (merkaptoetanol vb). Denatürasyona uğramış protein bazan sebep olucu etkenin ortadan kalkmasıyla yeniden natif hale dönebilir (renatürasyon). Denatüre edilen protein bir enzim ise renatürasyon ile katalitik aktivitesini yeniden kazanabilir. Renatürasyon biyolojik bir aktiviteyi restore edebilir, fakat asla natif proteinde mevcut olmayan bir aktiviteyi meydana getirmez. 18 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Kovalent bağ, iki atom arasında, bir veya daha fazla elektronun paylaşılmasıyla karakterize edilen kimyasal bağın bir tanımıdır. Genellikle bağ, ortaya çıkan molekülü bir arada tutan ortak çekim gücü olarak tanımlanabilir. Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu bölgede (-) yüklü bir alan yaratacaklardır. Bu alan, her iki çekirdeğe bir çekme kuvveti uygulayarak bir bağ yaratır. Kovalent bağ, söz konusu atomların dış yörüngelerinin dolması ile meydana gelir. Bu tür bağlar, moleküller arası hidrojen bağından daima daha güçlü, iyonik bağ ile ise ya aynı güçte ya da daha güçlüdür. Bazı inorganik maddelerin hidrojen(H), amonyak (NH3), klor (Cl), su(H2O) ve azot(N) molekülleri ile tüm organik maddelerin molekülleri kovalent bağ ile bir arada tutulmaktadır. ŞEKİL 1.10 Polar ve nonpolar kovalent bağlar. İyonik (elektrovalent) bağlar ise atomlar, elektron kazanarak ya da kaybederek iyon adı verilen yüklü parçacıkları oluştururlar. Zıt yüklü iyonlar arasındaki çekim kuvveti sonucu olarak da iyonik bağlar oluşur Vander waals bağları elektriksel çekim kuvvetlerinin etkisi ile birbirlerine yaklaşan iki atom arasında, atomlar birbirlerine göre en kararlı oldukları uzaklıkta oluşur. Hidrojen bağları, aynı cins (hidrojen ile azot ve oksijen) arasında oluşur moleküller arasında, farklı cins moleküller arasında, bir molekül içinde oluşabilir. ŞEKİL 1.11 Hidrojen bağları. Bir hidrojen (H) atomunun oksijen (O) ve azot (N) gibi bir elektronegatif atoma kovalent bağlanması halinde, elektronların oksijen ve azot atomuna hidrojenden daha yakın bulunmaları nedeniyle elektropozitif hale gelen hidrojenin başka bir elektronegatif atom tarafından çekilmesi sonucu meydana gelir. Hidrojen bağlarında, hidrojen bağı donörleri (vericileri) diye bilinen −OH, ⟩ NH, −SH gruplarının hidrojen atomları, O, N, S gibi akseptör ( alıcı) atomların serbest elektronları ile etkileşirler. 19 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Proteinler her organizmada bulunan önemli bir makromolekül sınıfıdır. Proteinler, 20 farklı tip L-α-amino asitten meydana gelen polimerlerdir. Biyolojik fonksiyonlarını yerine getirebilmek için proteinler uzay içinde belli bir biçim alacak şekilde katlanırlar. Bu katlanmayı yönlendiren güçler, protein atomları arasındaki hidrojen bağı, iyonik etkileşimler, Van Der Waals güçleri ve hidrofobik istiflenme gibi, kovalent olmayan etkleşimlerdir. Proteinlerin işlevlerini moleküler düzeyde anlayabilmek için genelde onları üç boyutlu yapısının çözülmesi gerekir. ŞEKİL 1.12 Sekonder ve tersiyer yapıdaki bağ ve etkileşimler. Hücrede sentezlenen protein her canlıda kendine özgüdür. Proteini oluşturan amino asitlerin çeşidi, sayısı ve dizilişleri hücre DNA’sı tarafından her canlıda farklı bir şekilde belirlenir. Proteinlerde amino asitlerin dizilişi genlerle kontrol edilir. Proteinler, yüksek sıcaklık, basınç veya kuvvetli asitlerle etkileştirilirse yapısı bozulur, aktifliklerini kaybeder. Bu olaya denatürasyon denir. ŞEKİL 1.13 Amino asi tipleri 20 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Proteinler başka birleiklerle oluşturdukları bileşiklere iki gruba ayrılır 1-Basit proteinler: Hidrolize uğradıklarında yapı taşları olan amino asitlere ayrılırlar. Basit proteinlere örnek; albumin ve globulinler verilebilir. 2-Bileşik proteinler: Amino asitlere ek olarak protein özelliğinde olmayan başka grupları da içerirler. Bileşik proteinlerin hidrolizleri sonunda amino asitlerin yanı sıra başka bir organik bileşik de meydana gelir. Örneğin; • Nukleoprotein = protein + nukleik asit (Histon + DNA) • Glikoprotein = protein + polisakkarit • Lipoprotein protein yağ asitleri birine uyar: Canlı hücredeki reaksiyonların çoğu,=beş genel+kategoriden • Kromoprotein = protein + boya maddeleri (hemoglobin) • Fonksiyonel grup transferi • Oksidasyon-redüksiyon • Bir veya daha fazla karbon atomu çevresindeki bağ yapısının yeniden düzenlenmesi • C C bağlarını oluşturan veya yıkan reaksiyonlar • Bir molekül su çıkışıyla iki molekülün kondensasyonu reaksiyonları 21 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Karbohidratlar Karbohidrat terimi, orjinal olarak karbon, oksijen ve hidrojenden oluşmuş bir grup bileşiği belirtmektedir. Karbohidratlar, kimyasal yapı bakımından, polihidroksi aldehit, polihidroksi keton ya da hidrolizi sonucu bu tip bileşiklere ayrılan bileşiklerdir. Karbohidratlar yapısal olarak başlıca dört gruba ayrılabilirler. Bunlar sırasıyla, monosakkaritler, disakkaritler, polisakkaritler ve karbohidrat türevleridir. Karbonhidratlar glikoprotein moleküllerinin bir parçası olmak dışında yapısal açıdan fazla işlevsel önem taşımazlar ama hücre beslenmesinde büyük rol oynarlar. İnsan hücrelerinin çoğunda karbonhidrat depoları fazla büyük değildir, genellikle toplam hücre kitlesinin %1’ini oluşturur, bu oran kas hücrelerinde %3, karaciğer hücrelerinde %6’dır. Çözünmüş glikoz şeklinde karbonhidrat ekstrasellüler sıvıda her zaman kullanılabilir durumdadır. Az miktarda karbon hidrat, hücrede, suda çözünmeyen glikoz polimeri olan glikojen halinde depolanmıştır, glikojen, gerekli olduğu durumlarda hızla hücrenin enerji gereksinimini karşılar. ŞEKİL 1.14 Sükroz molekülü meydana getiren fruktoz ve glikoz Aldozlar ve Ketozlar: Karbonil bileşikleri ve önemi Karbonil grubu (C=O), sp2 melezleşmesi yapmış ve oksijenle çift bağ oluşturmuş bir karbon atomu taşır. Bu grubun geometrisini sp2 melezleşmesi yapmış olan karbon atomu belirler. Karbonil grubu sp2 karbonu dolayında düzlemseldir. Karbonla oksijen arasında bir sigma bağı, bir pi bağı vardır. Ayrıca oksijende iki ortaklanmamış elektron çifti bulunur. Karbonil grubu alkol ve eterdeki CO bağından daha polardır. Bu durum, pi elektronlarının elektronegatif oksijen atomu tarafından, C-O bağındaki sigma elektronlarına göre daha kolay çekilmesine yorulabilir. Fonksiyonel grup olarak bir aldehid içeren monosakkaridlere aldozlar, keton grubu içerenlere de ketozlar denir. ör: gliseraldehid ve glukoz bir aldoz, dihidroksiaseton ve fruktoz ise ketozdur. D-Glikoz bir aldohekzozdur. Dekstrorotatör olduğundan dekstroz adını da alır. Birçok önemli disakkarit ve polisakkaridin yapısına katılır. Üzümde bol miktada bulunduğundan üzüm şekeri de denir. Tatlı ve lezzetlidir. 22 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ D-Galaktoz doğada nadiren serbest halde bulunur. Laktozun yapı taşıdır. Ayrıca serebrositlerin, gangliositlerin ve glikoproteinlerin yapısında yer alır. L-Galaktoz yosunlardan elde edilen bir polisakkarit olan agar içerisinde bulunur. Tadı glikozdan daha azdır. Fermentasyon yönünden de glikoza kıyasla mayalar tarafından daha yavaş fermente edilir. D-Fruktoz bir ketoheksoz olup levorotatör özelliğinden dolayı levuloz adını alır. Sakkarazun ve inulinin yapı taşıdır. Bitkilerde yaygındır. Balda da bulunur. Fötüs kanında, plasentada ve sperma sıvısında serbest halde fruktoz vardır. Bir trisakkarid olan rafinozun yapısına katılır. D-Mannoz kısmen serbest ve kısmen de bağlı şekilde bitkilerde bulunur. Hayvansal organizmada gilkopepditlerin, kan grubu maddelerinin yapı taşı olarak sıkça rastlanır. Tabiatta bulunan pentozlardan L-arabinoz, D-riboz ve D-ksiloz gibi aldozlar ve ketopentoz olan L-ksiluloz mevcuttur. Alfa-D-ksiluloz pyranoz halkası teşkil eder ve bu halka şekli glikozun 5 numaralı karbonuna bağlı hidroksimetil grubu hariç diğer bakımdan glikoza çok benzer. D-Riboz ribonükleik asitlerin ve koenzim görevi yapan nükleotidlerin yapısında bulunur. D-Ksiloz Ağaç zamklarında, proteoglikanlarda bulunur. Bu şekerin keto şeker karşıtı Dksilüloz’dur. D-ksilüloz üronik asit yolunda önemli bir ara maddedir. Nöyraminik asitler D-şekerlerdir. Piruvik asitle mannozaminin birleşmesi sonucu oluşur. Hayvansal hücre çeperlerinin önemli yapı taşıdır. Lipidlerin polisakkaridlerin, glikoproteinlerin ve mukoproteinlerin yapısında olarak bakterilerde ve hayvan dokularında yaygın bir şekilde bulunur. Nöyraminik asitin N-açil türevleri sialik asitler olarak bilinir. Sialik asitler tükrük bezi salgısı ve diğer mukoza salgılarındaki glikoprotein yapısında bulunurlar. Ayrıca kan grubu maddelerin yapı taşıdır. Mümarik asit bakteri hücre duvarlarının önemli yapı taşıdır. Burada da amino grupları asetillenerek N-asitil mümarik asit oluştururlar. Glikozidler: Monosakkaridler, glikozid bağlarıyla bağlanarak daha büyük yapılar oluştururlar. İki monosakkarid içeren yapıya disakkarid denir. ör: laktoz (galaktoz + glukoz), maltoz ( glukoz + glukoz), sukroz (glukoz + fruktoz). 3-12 monosakkarid ünitesi içerenlere oligosakkarid, ör: glikoproteinlerde bulunur, 12'den fazla monosakkarid içerenlere de polisakkarid denir, ör:glikojen (homopolisakkarid) ve glikozaminoglikanlar (heteropolisakkarid). Monosakkaritteki aldehit grubu veya keton grubu ile molekül içerisindeki bir alkolik hidroksil grubu arasında oluşan hemiasetal ve hemiketal bağ aynı zamanda gilkozidik bağdır. Eğer glikozidik bağ monosakkaritlerin D-glikoz ve D-fruktoz içinde meydana gelecek olursa her iki şekerin a-D ve b-D şekilleri meydana gelmektedir. Bu glikozidik bağ monosakkaridin kendi içerisinde meydana gelebildiği gibi iki monosakkarit arasında da meydana gelebilir. Bu takdirde disakkaritler oluşmaktadır. Eğer glikozidik bağ pek çok monosakkarit arasında oluşuyorsa bu durumda da polisakkaritler meydana gelmektedir. Metil alkol ile glikoz reaksiyona girerse bu iki yapı arasında glikozidik bir bağ oluşur ve metil glikozid meydana gelir. Bu şekilde oluşan esterlere de glikozidler denir. Bunların da a- ve b- şekilleri vardır. Tabiatta, hidrolize olduğunda şeker ve alkol veren, karbonhidrat olmayan artıklar ihtiva eden bir çok glikozid vardır. Bu glikozidlerin karbonhidrat olan bölümüne glycone, karbonhidrat olmayan 23 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ bölümüne de aglycone denir. Glycone’un hidrofilik karakterinden dolayı glikozid, suda aglycone’dan daha fazla erir. Aglycone’lar, çiçek renkli maddelerindeki çeşitli flavonlar ve anthocyanin’ler dahil, ekseriye bitkilerde bulunan fenolik bileşiklerdir. Bir çok meyve ağaçlarının köklerindeki zehirli bir glikozid olan phlorizin’deki polyphenol ve kendisinden indigo boyasının elde edildiği glikozidde bulunan indoxyl aglycone’dırlar. Tıpta kullanılan glikozidlerden en önemlisi kalp glikozidi olarak bilinen dijitaldir. Glikojen Hayvanlarda glikozun depo şeklidir. Dallıdır ve alfa glikozit bağı ile bağlanmıştır. Suda çözünür. İyot ile kahverengiye boyanır. En fazla karaciğer ve kaslarda bulunur, depo edilir. Hidroliz olunca glikoz ünitelerini verir. Amiloz’dan çok amilopektin’e benzer. Hem a-1,4 hem de a-1,6 glikozidik bağ taşır. Glikojende her bir indirgeyici olmayan son gruba karşılık 8-12 glikoz artığı bulunur. Molekül ağırlığı 270.000 ile 100 milyon arasında değişir. Glikojen hayvan hücresinde nişasta granüllerinden çok daha küçük parçacıklar halinde bulunur. Glikojen su ile kolay karışır ve opalescent eriyikler meydana getirir. Dekstrinler nişastanın enzim veya asitle hidrolizi sonucu oluşur. Glikoz ünitelerinden kuruludur. Suda erir. Çocukların beslenmesinde kullanılır. • Karbohidratlar C, H, O den oluşmuş organik moleküllerdir. • Monosakkarit ve disakkarit yıkımı ile hücresel enerji sağlanır ve bunlar diğer hücresel bileşenlerin sentezi için başlangıç materyali sağlar. Ör:Asetil ko enzim A • Polisakkaritler hücrenin depo formunu (nişasta glikojen) ve hücrelerin yapısal bileşenini (selüloz, kitin) oluştururlar. • Polisakkaritlerin daha kısa polimerleri hücrelerin komşularına adezyonu ve proteinlerin uygun intraselüler hedeflere taşınmaları görevini üstlenirler. Karbonhidratlar, yağ asitlerine dönüşebilir ve asetil CoA ara metabolizmasının kavşak noktasındadır. Karbonhidratlar, bazı aminoasitlere çevrilebilirler. Karbonhidratların α keto aside dönüşmesinin ardından aminlenmesi gelir. Piruvat → alanin Bazı aminoasitler glukozun karbon atomlarından köken alabilirler. Aminoasitleirn asit → aspartik asit metabolizmasınınOkzaloasetik krebs siklusunun bir ara yapısına dönüştüğü durumlarda, bu özellik söz α ketoglutarik asit → glutamik asit konusudur. Çünkü oksaloasetat, fosfoenol piruvatı verebilir. Bazı aminoasitler, lipidlere 3-fosfogliserik asitasetil → serin ve diğerleri çevrilebilir. Lipidlere çevrilmeler CoA nın ve gliseraldehit 3-fosfattan itibaren gerçekleşir. Şöyleki aminoasitlerin karbon iskeletinin daha ileri yıkılımında son ürün olarak sitrik asit siklusu ara maddeleri olan piruvat ve asetil CoA meydana gelmektedir. Oluşan asetil CoA, sitrik asit siklusuna katılmakta veya asetoasetat üzerinden yağlara dönüşmektedir. Krebs siklusu aracılığıyla yağ sentezlerinden itibaren, karbonhidratların net bir sentez olasılığı yoktur. Çünkü iki karbon atomu bir molekül asetil CoA tarafından taşınıyorsa, iki karbon atomu da CO2 biçiminde elimine edilir. Yağ asitleri yine bazı aminoasitlerin, aynı proseslerle prekürsörleri olabilmektedirler. 1- Gerek krebs siklusunun prosesi ki, bu proses α ketoglutarik asitten türeyen aminoasitler için çok daha geçerlidir. 224 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Gerekse glioksilik asit siklusunun prosesi 3- Nükleotidlerin biyosentezi: Glukozdan riboz 5-fosfat, çeşitli aminoasitler (aspartik asit, glisin, glutamin) yine bazı aminoasitlerin metabolizmasından kaynaklanan tek karbonlu üniteler burada yer alırlar. Karbon iskeletlerinin metabolizması sırasında aminoasitlerden ortak son ürünler elde edilmektedir. Lipidler glisin, serin, treonin, hidroksiprolin ve triptofan → piruvat SudaAlanin, erimezler ancak yağ sistein, çözücülerde (alkol, eter, kloroform gibi organik eriticiler) Aspartik asit ve asparajin → okzalaoasetat erirler. Hücrelerin çoğundaki en önemli lipidler fosfolipidler ve kolesteroldür. Bu tip yağ Tirozin, ve aspartat → fumarik asit toplam hücre fenilalanin kitlesinin %2’sini oluşturur. Fosfolipid ve kolesterolün suda erimemesi, ve metiyonin → süksinil CoA birbirinden ayıran membran bariyerlerin hücreİzolösin membranının ve hücre içi bölümleri Glutamat, glutamin, histidin, prolin ve arjinin → α ketoglutarat oluşumunu sağlar. İzolosin, losin ve triptofan → asetil CoA oluşturmaktadır. ŞEKİL 1.14 Amphipatik molekülün su içinde konumlanması. Fosfosfingolipidlerde gliserol yerine sfingosin ve sfingosine bağlı bir yağ asidi yine fosforik asit ve X değişkeni bulunur. Sfingosin bir amino alkoldür. Sadece hayvansal hücrelerde bulunur. Fosfosfingolipidlere örnek olarak sfingomiyelin verilebilir. Fosfosfingolipidlerde bir yağ asidi bulunur. Glikolipidler gliserol ve sfingosin içermesine göre sınıflandırılırlar. Gliserol içerenlerde iki yağ asidi ve bir gliserol ile glukoz bulunur. Sfingosin içerenlerde ise bir yağ asidi ve sfingosin ile glukoz bulunur. Gliserol içeren glikolipidler bitkisel hücrelerde bulunduğu halde sfingosin içeren glikolipidler hayvansal hücrelerde bulunurlar. Sfingosin içeren glikolipidlere örnek olarak serebrosid ve gangliosid verilebilir. Serebrosidde tek glukoz molekülü bulunduğu halde gangliosidde çok sayıda glukoz molekülü bulunur. Zar yapısına giren bütün lipidler amfipatik moleküllerdir. Sulu bir ortama bırakıldıkları zaman hidrofilik kısımlar suya yönelirken hidrofobik kısımları birbirine bakar. Tek tabakalı, çift tabakalı sıralar halinde dizildikleri gibi dairesel şekilde de dizilebilirler. Bu özellikleri dolayısıyla hücre organellerinin zarlarını ve hücre zarını oluşturabilirler. 25 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Fosfolipidlerde yağ asitlerinin bulunduğu kısım hidrofobiktir ve hücre zarının içi kısmında yer alırlar; fosfat grubunun bulunduğu kısım ise hidrofiliktir ve zarın dış kısmına bakar. ŞEKİL 1.15 Lipit yapısı doymuş ve doymamış trigiliserol. Fosfolipidler ve kolestrol dışında hücrelerde çok miktarda nötral yağlar da denen trigliseritler de bulunur. Yağ hücrelerinde hücre kitlesinin %95’i trigliseritlerden oluşmuştur. Bu hücrelerdeki yağ, vücudun gereksinim duyduğu her durumda çözünerek enerji sağlayan besinlere dönüşen ana depolardır. Yağ moleküllerindeki karbon atomları arasında bulunan bağlara göre yağ asitleri iki gruba ayrılır. 1. Doymuş yağ asitleri: Karbon atomları arasında tek bulunduğu için bunlar H’e tamamen doymuşlardır. Örneğin, bütirik asit ve palmitik asit. Bu yağ asitlerini bulunduran yağlar genellikle oda sıcaklığında katıdır. Örneğin tereyağı doymamış yağ asidi taşır. Doymamış Yağ Asitleri Çift bağlı karbon atomları içerirler. Neredeyse tamamı sıvı haldedir. Sık karşılaşılan örnekleri linoleik asit, linolenik asit ve oleik asittir. Çift bağlarının konumuna göre cis veya trans şeklinde bulunabilirler. Böyle yağ asitlerine doymamış yağ asitleri denir. Doymuş Yağ Asitleri Yağ asitlerinin yapısında bulunan karbon atomları mümkün olan en fazla hidrojen ile bağ yapmışlarsa doymuş yağ asidi olarak adlandırılır. Doymuş yağ asitleri oda sıcaklığında katı halde bulunurlar ve hayvansal kaynaklıdırlar. ŞEKİL 1.16 Doymuş ve doymamış yağ asitleri . 2. Doymamış yağ asitleri: Karbon atomları arasında, bazılarında çift bağ bulunabilir. Böyle durumlarda karbon atomları hidrojen ile tam doymamıştır. Örneğin, oleik asit ve linoleik 26 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ asit doymamış yağ asitleridir. Bunları içeren yağlar da genellikle oda sıcaklığında sıvıdır. Örneğin, ayçiçeği, mısırözü ve zeytin yağ gibi. • • • • Yağlar(lipidler) alkol ve yağ asitlerinden oluşan esterlerdir. Enerji depo formudur. Lipidler gliserol ve yağ asitlerine ayrıldıktan sonra yağ asitleri oksitlenerek sitrik asit döngüsünde (6C) parçalanır ve yağ asitlerinin R yan zincirindeki karbon sayısına bağlı olarak glikozdan çok daha fazla ATP üretimine neden olur. Hücresel zarların temel yapısını oluştururlar. Lipidler hem steroid hormonlar (östrojen, testesteron) hem de haberci moleküller olarak hücre içi sinyal iletimini sağlar. Hormonlar Hormonlar, amin, peptid, steroid, lipid yapısında olabilir. Amin yapısındaki hormonlar: adrenalin, dopamin Peptid yapısındaki hormonlar: Sinyal iletim molekülleridir. Ör: insulin, prolaktin, endorfin steroid yapısındaki hormonlar: küçük molekül ağırlıklıdır. Ör: Testesteron, östrojen, progesteron. Lipid yapısındaki hormonlar: Kısa süreli lokal etkiye sahip lipid türevi biyomoleküllerdir. Ör:Prostoglandin Enzimler Enzimler biyolojik katalizörlerdir, yani biyokimyasal reaksiyonları hızlandıran biyolojik kökenli maddelerdir. Enzimlerin en önemli özellikleri: katalitik etkinlik, spesifiklik ve regülasyondur. Enzimler reaksiyonları yaklaşık 1 milyon kat hızlandırırlar. Bilinen en hızlı enzim karbonik anhidraz saniyede 105 CO2 molekülü bağlayabilir (dokulardan kana CO2 taşır). Reaksiyonu 107 kat hızlandırır. Enzimler biyolojik yapıdaki çoğunlukla protein yapısında (RNA hariç) katalizör görevi yapan kimyasallardır. Enzimler reaksiyonu binlercemilyonlarca kez hızlı olmasını sağlar. Tepkimeye giren maddelerin aktivasyonu düşürür. Enzimler, proteinlerden yapılmışlardır ve doğal olarak yalnız canlılar tarafından sentezlenirler. *Enzimler; etki ettiği maddeye SUBSTRAT ve bu maddeni sonuna "ase=az" eki getirilerek ya da katalizlediği tepkimenin çeşidine göre adlandırılırlar. ŞEKİL 1.17 Emzim etkisi Enzimler, spesifik kimyasal reaksiyonları hızlandırırlar; substratları için yüksek derecede spesifiteye sahiptirler; sulu çözeltilerde çok ılımlı sıcaklık ve pH durumları altında fonksiyon gösterirler. Enzimlerle katalize edilen tepkimeye katılan kimyasal moleküllere substrat adı verilir. Aktif merkez için, enzim-substrat bağlanmasını açıklayan iki model ileri sürülmüştür. Fisher’in anahtar-kilit modelinde, substrat ve enzimin aktif yerinin birbirine uyacak şekilde önceden belirlenmiş olduğu varsayılır. Koshland’ın uyum 27 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ oluşturma modeline göre aktif merkez esnek yapıdadır; substrat varlığında, proteinin tersiyer yapısında oluşan bir değişiklikle, enzim substratını katalize uygun en doğru biçimde bağlayacak biçimsel bir değişikliğe uğrar. ŞEKİL 1.18 ATP bağlı olarak konformasyon değiştiren hücre membran pompa proteinleri(Enzim). Biyolojik reaksiyonlar besinlerin parçalanması, sinir uyarılarının gönderilmesi, kas kasılması gibi olaylarda gereklidir. Aksi durumda bu reaksiyonlar çok yavaş ilerler. Biyolojik ortamlarda reaksiyonlar çok hızlıdır ve enzim, substrat ve ürün için uygun koşulları sağlar. Enzimin substratı ile reaksiyon verdiği bölge aktif bölge (aktif merkez) ve aktif bölgeye bağlanan molekül de substrat olarak adlandırılır. Aktif merkezdeki amino asitler ve bunların grupları substrat ile bağlanır ve kimyasal dönüşümü gerçekleştirir. ŞEKİL 1.19 Enzim aktif merkezi Bazı enzimler aktivite için, protein yapıyı oluşturan amino asit kalıntılarından başka kimyasal bileşen gerektirmezler. Bazı enzimler ise kofaktör diye adlandırılan bir ek kimyasal bileşen gerektirirler. Kofaktörü ile birlikte tam, katalitik olarak aktif bir enzim, holoenzim olarak adlandırılır. Holoenzimin bir protein kısmı bir de kofaktör kısmı vardır. Holoenzimin protein kısmı apoenzim veya apoprotein olarak adlandırılır. Holoenzimin kofaktör kısmı, bazı enzimler için Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ gibi bir veya daha fazla inorganik iyon; bazı enzimler için ise koenzim denen bir organik veya metalloorganik 28 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ kompleks bir moleküldür. Koenzimler, bazı enzimlerin aktiviteleri için gerekli olan ve kofaktör diye adlandırılan ek kimyasal bileşenlerin organik veya metalloorganik molekül yapısında olanlarıdır. Koenzim enzime çok sıkı bağlanmış olabildiği gibi, koenzim enzime çok gevşek olarak bağlanmış olabilir. Koenzimlerin enzim proteinine çok sıkı bir şekilde kovalent olarak bağlı olup enzim proteininden ayrılmayanları prostetik grup olarak adlandırılırlar ŞEKİL 1.20 Enzim çalışması Koenzimlerin enzim proteinine çok gevşek bir şekilde nonkovalent olarak bağlı olup enzim proteininden ayrılabilenleri kosubstrat olarak adlandırılırlar. Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği (IUBMB) tarafından önerilen ve benimsenen sistematik adlandırmada enzimler, altı sınıfa ayrılırlar, her sınıfın da katalizlenen reaksiyon tipine dayanan alt sınıfları vardır: Enzim sınıfları Enzimler kimyasal reaksiyonları bazıveya faktörlerin etkisi altında kalırlar. 1- Oksidoredüktazlar: elektrongerçekleştirdiklerinde transferi (hidrid iyonları H atomları) Bunlar; 2- Transferazlar: Grup transfer reaksiyonları Isı: Her enzim reaksyonunun optimal bir ısı seviyesi vardır. İnsanda bu ısı 36,5 derecedir. Sıfır derecede enzimler Hidroliz canlılıktareaksiyonları kaybedilmeyebilir. Genel olarak enzimler 60 C derece de 3- Hidrolazlar: (suya fonsiyonel grupların suya transferi) bozulurlar. 4- Liyazlar: Çift bağlara grupların ilavesi veya grupların uzaklaştırılmasıyla çift bağların pH: (asitlik-bazlık oranı): Her reaksiyonun gerçekleşebilmesi ortamın pH'ını belirleyen belli oluşturulması. + oranda [H ] ve [OH-] iyonları konsantrasyonu olmasına bağlıdır. 5- İzomerazlar: Molekül içine grupların transferi ile izomerik formların oluşturulması. Substrat konsantrasyonu: Ortamda reaksiyon hızını artırıcı yapılardan biride enzim ve substrat miktarıdır. Her ikisinin miktarı belirli oranlarda artırılırsa reaksiyon hızı sürekli artar. 6- Ligazlar : ATP hidrolizi ile C-C, C-S, C-O, ve C-N bağlarının oluşumu . Su: Enzim reaksiyonunun gerçekleşebilmesi için ortamda belirli oranda su olması gerekir. Çünkü moleküllerin birbirine çarparak reaksiyonu gerçekleştirebilmesi için hareketi sağlayacak sıvı bir ortamın olması gerekir. Tohumlarda su miktarı az olduğundan reaksiyonlarda minimal seviyede gerçekleşmektedir 29 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Vitaminler Canlı yaşamın sürdürülmesi için gerekli olan ve besin içerisinde doğal olarak bulunan basit yapılı bileşiklerdir. Vücut fonksiyonlarının düzenlenmesinde önemlidir. Vitaminler vücutta parçalanmazlar, yani vitaminler doğrudan enerji elde etmek için kullanılmazlar. Vücut, her vitaminden gerekli olan miktarın kan dolaşımında sürekli mevcut olmasını sağlar. Yağda eriyenler (A, D, E, K) yağ dokuda depolanır, suda eriyenler (B1, B2, B3, B5, B6, B12, C) fazlası vücuttan atılır her gün alınmalıdır. Suda Çözünür Vitaminler Yağda Çözünür Vitaminler Thiamin (B1), Riboflavin (B2), Niacin (B3), Vitamin A, Vitamin D ,Vitamin E ,Vitamin K Pantothenic Acid (B5), Pyridoxal, Pyridoxamine, Pyridoxine (B6), Biotin, Cobalamin (B12), Folic Acid, Ascorbic Acid Gözdeki pigment tabakası büyük miktarlarda A vitamini bulundurur. A vitamininin ışığa duyarlı pigmentlerin önemli bir ön maddesidir. Gece körlüğü, ciddi A vitamini eksikliğinde meydana gelir. Bunun basit nedeni uygun miktarda retinale dönüşecek yeterli A vitamini olmamasıdır. Bu yüzden, yapılabilecek rodopsin miktarı ciddi şekilde azalır. ŞEKİL 1.21 Vitaminlerin yapısı Trioyit bezi üzerinde bulunun paratriot bezlerinden salgılanan paratiroid hormonu böbreklerde D vitaminini aktive eder, aktive olmuş D vitamini de kalsiyum absorpsiyonunu artırır. C vitamini Askorbik asit, kollajenin yapısal bir bileşiği olan hidroksipirolinin oluşumundaki hidroksilasyon aşamasını hızlandıran prolil hidroksilazın aktivasyonu için gereklidir. Askorbik asit olmadan vücudun hemen hemen bütün dokularında yapılan kollajen lifleri kusurlu ve zayıftır. Bu nedenle, C vitamini, derialtı dokusu, kıkırdak, kemik ve dişlerde liflerin büyümesi ve dayanıklılığı için gereklidir. E vitaminin doymamış yağların oksidasyonunu engeller. B1 Tiyamin karbonhidratların ve birçok amino asit metabolizmaları için gereklidir. Riboflavin (B2 Vitamini), dokularda normal olarak fosforik asitle birleşerek iki koenzim olan, flavin mononükleotid (FMN) ve flavin adenin dinükleoid (FAD)’i oluşturur. Bunlar da mitokondrilerdeki önemli oksidatif sistemlerde hidrojen taşıyıcısı olarak görev yaparlar. Folik asit en önemli görevi, DNA sentezinde 30 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ gerekli olan pürinlerin ve timinin sentezidir. Bu nedenle folik asit, B12 vitamini gibi hücresel genlerin replikasyonu için gereklidir. İnce barsağın ileum kısmında B12 vitaminin emilimi icin gerekli olan intrensek faktör, hidroklorik asit ile birlikle paryetal hücrelerden salgılanır. B12 vitaminin alınması için intrensek faktör ile bağlanması şartır. İntersek faktör B12 vitaminin düşük pH değerlerinde bozulmadan kalmasını sağlar barsağın ileum kısımda reseptöre bağlı pinositoz ile alınmasını gereklidir. İntersek faktör olmadan B12 alınması 1/50 oranında azalır ve kemik iliğinde eritrositler yeterince olgunlaşamaz ve pernisiyoz anemiye oluşur. B6 vitamini protein sentezi için gereklidir. B6 vitaminin en önemli rolü, amino asitlerin sentezindeki transaminasyon olayındaki koenzim görevidir. B6 vitamini Transminasyon amino transferazlar adı verilen enzimlerle çalışır. Bu vitaminin yokluğunda amino asitlerin sentezi çok azalır ve bu nedenle protein yapımı da normal devam edemez. K vitamini intestinal kanalda bakteriler tarafından surekli olarak sentezlenir. K vitamini protrombin, faktör VII, faktör IX, faktör X ve protein C gibi beş önemli pıhtılaşma faktörünün yapımı için gereklidir. Eksikliğinde pıhtılaşma süresi artar. Kumarin olan walfarin K vitamini ile yarışarak ve böylece K vitamininin etkinliğini önleyerek gösterir. Karaciğerde büyük miktarlarda D vitamini ve B12 vitamini de depo edilir. Ayrıca A vitamini eksikliğini on ay gibi uzun bir süre önlemeye yetecek kadar A vitamini karaciğerde depo edilebilir. D vitamini eksikliğini üç-dört ay önleyecek kadar, B1 2 vitamini ise en az bir yıl ya da daha uzun süre eksikliği onleyecek kadar depo edilebilir. Hücre Zarı Hücre zarının bileşimi, yaklaşık olarak %55 protein, %25 fosfolipid, %13 kolesterol, %4 diğer lipidler ve %3 karbonhidratlardan oluşur. Bu maddeler birbirleriyle bağlı ya da bağımsız halde zarın yapısında bulunur. Zarın yapısı fonksiyonuna göre farklılık gösterebilir. • • • • • Hücre zarı, sitoplazmayı çevreleyerek hücreye şekil verir ve dağılmasını engeller. Madde alış verişini düzenler. Ozmatik dengenin düzenlenmesinde görev alır. Salgı görevi vardır. Enzimleri taşıyıcı görevi vardır. Hücre zarına “plazma zarı" da denir. Hücreyi dış ortamdan ayıran, seçici geçirgen canlı yapıdır. Hücreyi çevreleyen birim zar ortalama olarak 75 Angström (75x10-7 mm) kalınlığındadır. Elektron mikroskobu çalışmaları, zarların lipoproteinlerden yapılmış mozaik şeklindeki fonksiyonel birimler olarak incelenmesinin daha uygun olacağını göstermektedir. Hücre zarı hücreye şekil vermekle kalmaz, besin maddelerinin ve artık maddelerin hücreye giriş çıkışını da ayarlar. Zar aynı zamanda hücrenin koruyucusudur. İlk bilimsel model 1935 yılında Danielli ve Dawson tarafından ortaya atılmıştır. Bu model uzunca bir süre benimsendi ancak bu model hücre zarının işleyişini açıklayamadı. 1972 yılında Singer ve Nicolson'ın akıcı-mozaik zar modeli önermiştir. Bu modele göre zarın yapısında %65 protein, %33 lipit, %2 karbonhidrat bulunmaktaydı. Hücre zarı, gözenekli ve yarı geçirgen yapıya sahiptir. Esas yapı taşları lipid ve proteinlerdir. Her 31 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ hücrenin protein, yağ ve karbonhidrat oranları birbirlerinden farklı olduğu için her hücre zarı, o hücreye özgüdür. Hücreye gelen bütün kimyasal maddeler ve elektriksel iletiler hücre zarı ile alınır. Hücre zarının yapısında protein, yağ ve karbonhidrat bulunur. Hücre zarının görevleri; Yapı Lipidler Proteinler Karbon hidrat Sınıf Fosfolipid Alsınıf GliserolFosfolipitler Fonkisyonu İki yağ a. oluşan kuyruk ve gliserolü baş Kolesterol Zarın sertliğine katkı sağlar Periferal proteinler Enzim ve sinyal algılama İntegral Kanal proteini Selektif iyon taşıma protein Taşyıcı protein Selektif madde taşıyıcısı Hücre dışı glikokaliks Hücre zarının temel olarak 2 fonksiyonu vardır. 1. Uyarı iletimi yapar. 2. Hücrelerin birbirlerini tanımalarını sağlar. ŞEKİL 1.22 Hücre zarındaki lipit ve protein dağılımı 32 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Fosfolipid yapısı Fosfolipitlerin fosfat grubunu içeren polar başları hidrofilik (suyu seven), apolar kuyrukları ise hidrofobik (suyu sevmeyen) özellik gösterir. Bu yüzden sulu ortamda fosfolipitler hidrofobik kuyruklarını yanyana ve uçuca yerleştirerek, sadece hidrofilik başların suyla temas ettigi bir çifte tabaka oluştururlar. Oluşan bu çifte tabaka esnek, bir sıvı kristal gibi akışkan, ve kısmen geçirgendir. ŞEKİL 1.23 Fosfolipit molekül ve şematik görünümü Bu şekilde oluşan zar yapısının içinde yer alan fosfolipit ve diger moleküller, zarın düzlemi içinde yatay olarak serbestçe hareket edebilirler. Sıvı Mozaik Modeline göre hücre zarındaki lipitler adeta bir mozaik yapı oluştururlar ve bunun içinde yer alan protein ve diğer maddeler için bir çözücü olarak işlev görürler. Zarın oluşturduğu düzlemde bu moleküllerin difüzyon yoluyla yatay hareketi sayesine, hücre zarında çeşitli biyokimyasal reaksiyonlar gerçekleşir. Laboratuar ortamında fosfolipit kullanarak lipozom veya vesikül adı verilen, küresel şekilli, içleri boş, lipit çift tabakalı bir zarla çevrili kesecikler yapılabilir. Bu keseciklerin içine bir madde (örneğin DNA) doldurup bunların hücre içine alınmasını sağlamak mümkündür. Hücre zarı üzerinde iyon ve molekül pompaları bulunur. Bu pompalar hücrenin dışındaki bir çok maddeyi hücre içine transfer etmekle görevlidir. Bazı özelleşmiş proteinler ise zara homojen bir şekilde dağılarak çeşitli fonksiyonlar üstlenmiştir. Hücre zarının seçici geçirgen özelliği vardır. Hücre zarının yapısı için akıcı mozaik zar modeli geçerlidir. Bu modele göre zar proteinleri dağınık haldedir ve tek tek proteinler çift katlı fosfolipit tabakaya gömülüdür. 33 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Fosfolipaz C hücre içi ikincil haberci (görevi hücre membranındaki fosfatidil inositolü yıkarak iki parçaya ayırmaktır. Bunlar inositol trifosfat ve diaçil gliserol sisteminde rol alan enzimdir. Clostridiyumun alfa toksininde bulunur. Fosfolipaz A2 pankreatik sıvıda bulunan ve gıdalarla alınan fosfolipitleri yıkan enzimdir. ayrıca hücre içinde de var olup, araşidonik asiti serbestlestirir. en önemli sentez blokerı steroidlerdir. bu bloğu lipokortin sentezini arttırarak yaparlar. Yılan ve arı zehirinde bol miktarda bulunur, membrandaki fosfolipitleri yıktıgı icin hücre yapısını bozup ödem geliştirir ŞEKİL 1.24 Fosfolipit yapısı Lipit ve fosfolipid molekülleri bir iskelet üzerine yerleşmiş polar ve bu nedenle hidrofilik bir baş ile polar olmayan ve bu nedenle hidrofobik iki karbon kuyruğundan oluşur. Lipid ve fosfolipidler sulu bir ortam içinde bulunduklarında, hidrofobik kısımları su molekülleri tarafından dışlanır. Bu nedenle lipid molekülleri ya misel adı verilen küresel biçimde yada çift tabaka (bilayer) biçimde kümelenirler. Fosfolipitler dört bileşenden oluşurlar; bir veya iki yağ asit grubu, negatif yüklü bir fosfat grubu, bir alkol grubu ve de bunları birbirine baglayan bir omurga. Gliserol omurgalı fosfolipitlere gliserofosfolipit veya fosfogliserit denir. Sfingozin omurgalı tek bir fosfolipit vardır: sfingomiyelin. Hücre zarlarının (membranlarının) ana bileşenleri fosfolipitler, kolesterol ve glikolipitlerdir. Fosfolipit, sentezi mitokondri ve sitoplazmada ER yapılır. Fosfogliserit sentezinin ilk aşamasında fosfatidatın kimyasal olarak aktive edilmesi, yani reaksiyona girmeye eğilimli hale gelmesi gerekir. Fosfolipitlerin sentezinde ya aktive edilmiş bir diasilgliserol ya da aktive edilmiş bir alkol gerekir. Fosfatidil serin ve fosfatidil inositol oluşumunda, bir alkol (serin veya inositol) hidroksili ile sitidin difosfodiasilgliserol (CDP-diacylglycerol) arasında bir fosfo ester bağlantısı oluşur. Fosfatidil etanolamin sentezinde, alkol önce ATP ile fosforlanır, sonra sitidin difosfat (CDP) ile reaksiyona girip aktive olur. Bu alkol ardından diasilgliserol ile reaksiyona girip son ürünü verir. Memelilerde fosfatidil kolin iki yoldan sentezlenebilir: ya fosfatidil etanolamin sentezine benzer bir seri reaksiyonla ya da fosfatidil etanolamin metil transferaz enziminin katalizlediği fosfatidil etanolaminin metilasyonu ile. Sfingomiyelinin sentezinde, sfingozinin amino ucu, uzun zimcirli Asetil-CoA ile birleşerek seramit oluşturur. Bunun ucundaki hidroksil grubuna fosfatidilkolin (diğer adıyla lesitin) eklenmesiyle sfingomiyelin meydana gelir 34 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Hücre membranın görevleri 1. Hücre içindeki sitoplâzmayı hücre dışındaki dış ortamdan ayırır. 2. Hücreleri diğerlerinden ayırır. 3. Kimyasal reaksiyonların oluşabileceği belirgin bir yüzey oluşturur. 4. Hücreye materyal giriş-çıkışını düzenler. 5. Yapısında bulunan proteinler hücreye yapısal destek sağlarlar. 6. Bazı proteinler kimyasal reaksiyonları hızlandıracak enzim görevi yaparlar. 7. Reseptör görevi yaparlar. 8. Hücreye antijenik özellik kazandırırlar (hücrelerin birbirlerini tanımasını sağlarlar). 9. Hücre zarının en önemli özelliklerinden birisi seçici geçirgenlik özelliğine sahip olmasıdır. Bu; homeostazis için ve hücrelerin uyarılması için gereklidir. Lipid tabaka sadece yağda eriyen maddelere geçirgendir; Sterol yapısındaki hormonlar (Kortizol, Testestron ) ya da yüksüz küçük moleküller (O2, CO2, N2). Lipid tabaka içindeki proteinler yüzey boyunca hareket edebilir. İntegral proteinler- yapısal proteinler başlıca işlevleri: - pompa (Na-K ATPaz, SERCA, Na-Glikoz pompası SGLT) -taşıyıcı protein (GLUT glikoz transportorları) -iyon kanalı ( Na kanalları, K kanalları, Ca Kanalları) -reseptör (Protein reseptörleri EPO) -enzim ve antikor (ACE, Eritrosit antijen oligosakkaritleri) Secici geçirgen olan Na iyon kanalları çapı 5 A olup Na daha küçük olan Li geçirirken Na daha büyük olan moleküllerin geçmesine izin vermez. Taşıma yapan kanaların yanlzıca çapları değil aynı zamanda yükleri madde geçişi üzerinde etkidir. Bu yolla kanal proteinlerin belirli maddelere karşı geçirgen belirli maddelere karşı ise geçirgen olmaması sağlanır. 35 H A Y V A N ŞEKİL 1.25 F İ Z Y O L O J İ S İ Na iyon kanalı geçirgenliğini belirleyen aralık Temel olarak hücre Membranların ortak özellikleri : 1-Membranlar birkaç molekül kalanlığında ince tabaka yapısındadır. Birçok membranın kalınlığı, 60-100 A arasındadır. Membran kalınlığı fonksiyona göre değişir. Membran Proteinleri 2. Esaszarı yapılarını lipidler oluşturur. Membranlarda ayrıca proteinsaran ve liptlere bağlı Hücre ya da protein plazma ve zarı hücrenin organellerini ve sıvı içeriğini ve hücreye karbonhidratlar da bulunur. yapısal bütünlük sağlayan ayrıca çok önemli işlevleri yürüten seçici geçirgen bir yapıdır. Her ne kadar biyolojik zarların temel yapısı lipidler tarafından oluşturuluyorsa da, 3. Membran lipitleri, hem hidrofilik hem de hedrofobik kısımları bulunan nispetin küçük hücrenin yaşamasıyla ilgili birçok özel fonksiyon proteinler tarafından gerçekleştirilir. moleküllerdir. Bu lipitler sulu bir ortamda kendiliklerinden kapalı iki tabakalı yapılar Proteinler iki tiptir: integral proteinler zarıboydan boya kat ederler, periferik proteinler oluştururlar. Bu lipit tabakaları yüklü moleküllerin geçişi için bariyer görevi görürler. ise memranın yalnızca bir yüzeyine tutunmuşlardır. Zarda yer alan proteinlerin tipleri ve miktarları Örneğin; Sinir aksonlarını kuşatan myelin zarlarda, zarın 4. Özgül oldukça proteinlerfarklıdır. membranın belirli fonksiyonlarına aracılık ederler. Membran proteinleri, toplam kütlesinin % 25 inden daha azı proteinken, mitokondri, kloroplast gibi enerji pompa, geçit, reseptör, enerji transdüseri ve enzim olarak fonksiyon görürler. Bu üreten yapılarda bu miktar % 75 Olağan ise bu miktar yaklaşık % proteinler lipit tabakaları arasında yerkadardır. alırlar ki, bu liptlerzarlarda proteinlerin görev yapabilmeleri için50 dolaylarındadır. Lipid molekülleri, protein molekülleriyle kıyaslandığında, hacım olarak daha uygun ortamı sağlarlar. küçük olduğundan bu % 50 lik oranda bile çok fazla sayıda lipid molekülü vardır. Genel olarak zarlarda 1 protein molekülüne karşılık yaklaşık yapısını 50 lipidoluşturan molekülüprotein yer alır.ve lipit 5. Membranlar nonkovalent yapılardır. Membranların molekülleri birçok nonkovalent bağlantılar kurmuşlardır. 6. Membranlar asimetriktir. Membranların iç ve dış yüzeyleri birbirlerinden farklıdır. Apostatik hücreler hücre içi proteinler Aneksin V dış tarafa döner. 7. Membranlar sıvı yapıdadır. Lipit yapılar membranın yüzeyine difüze olmuşlardır. Özgül birtakım bağlantılar yapmadıkları zaman proteinler de bu şekilde yerleşmişlerdir. Membranlar “proteinlerin ve liptlerin iki, boyutlu çözeltileri” olarak tanımlanabilir. ŞEKİL 1.26 Hücre membrane yapısı Hücre membranı temel görevleri: 36 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ • Hücre içi ortamın özgün bileşimini hücre dışı ortamdan ayırmak, Hücre içi ile hücre dışı ortamlar arasında seçici bir şekilde madde alışverişini sağlayarak hücrenin atıklarını hücre dışı ortama vermek, hücre dışından hücreye gerekli maddeleri almak ve hücre içi ortamın özgün yapısını korumaya yardımcı olmak, • Komşu hücrelerle iletişimi ve madde alışverişini sağlamak, • Hücreyi dış ortamdan ayırır. Hücreye şekil verir. • Madde giriş-çıkşını düzenler. Aktif taşıma olayını düzenler. • Hücrenin beslenmesine yardımcı olur. • Komşu ve yabancı hücreyi bulur. • Hücreyi alınacak hormonları tanır. • Hücrenin yıpranan kısmını onarır. • Metabolizma atıklarının dışarı atılmasını sağlayarak iç ortamı düzenler. • Prokaryot hücreye sahip canlılarda zardaki solunum enzimleri sayesinde enerji üretimi sağlanır. Birçok zar proteini, lipid tabakada bir taraftan diğer tarafa kadar uzanır. Transmembran proteinler olarak adlandırılan bu proteinler amfipatik özelliktedir, yani hem hidrofilik hem de hidrofobik bölgelere sahiptirler. Hidrofobik kısımları lipid tabakanın hidrofobik iç kısmıyla, hidrofilik kısımları ise lipid tabakanın her iki yanında yer alan su tabakasıyla ilişkidedir. Bu proteinlerin bazılarının hidrofobikliği kendilerine kovalent olarak bağlanmış olan ve lipid tabakanın sitoplazmik yarısı içine gömülü bulunan yağ asiti zincirleri nedeniyle artabilir. Zarların sitoplazmik yarısına bağlanan bazı proteinler sadece yağ asiti zincirleri aracılığıyla lipid tabakaya tutunur. Bazı hücre yüzey proteinleri ise küçük bir fosfolipid olan fosfatidil inositole kovalent olarak bağlanarak lipid tabakanın dış yüzünde yer alırlar. Yağ asitlerine kovalent olarak tutunan proteinler zarda bulunan lipidlere kovalent olarak bağlanır. Bu proteinler üç tip lipid grubuyla bağlanırlar. İntegral proteinler: 37 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ • Hücre zar proteinleri lipid tabakaya gömülü olan proteinlerdir. • Bunlar fosfolipidlerle hidrofobik etkileşimler sayesinde bir arada bulunurlar. • İntegral proteinlerin membranı kateden ve lipidlerle etkileşen yüzeyinde apolar (veya hidrofobik) amino asitler bulunur. • Birçok integral protein suda eriyen maddelerin hücre dışı ile içi arasında girip çıktığı bir kanal sağlamaktadır (transmembran proteinleri, Na-K ATPaz). • Aquaporinler denen özel bir transmembran ailesi bazı özelleşmiş hücrelerde (proksimal tubul, toplayıcı kanallar) suyun hızlı hareketini sağlar. Proteinleri zara bağlanması Üç yolla olur. • Birinci tip bağlanmada (açilasyon); bir yağ asiti zinciri (myristic veya palmitic acid) bir amid bağı aracılığıyla, sitozolik yüzde, proteinin amino ucundaki glisine kovalent olarak bağlanır. İkinci tip bağlanmada (prenilasyon); bir prenyl grubu (farnesyl veya daha uzun olan geranyigeranyl grubu) bir thioeter bağı ile, sitozolik yüzde, proteinin karboksil ucundaki 4. sırada yer alan sistein'e bağlanır. Bu prenilasyonu takiben uçtaki 3 amino asit ayrılır ve yeni oluşan karboksil uç metillenir, böylece protein zara yerleşmiş olur. ŞEKİL 1.27 Hücre membran bileşenleri yeri ve dağılımı • Üçüncü tip bağlanmada; proteinler, zarın dış yüzünde yer alan glikozilfosfatidilinositol (glycosylphosphatidylinositol)(GPI)'a bağlanır. GPl'ın yapısı hücreler arasında farklılık gösterebilir. Bu yapı genel olarak fosfatidilinositol ve fosfatidiletanoamin ihtiva eder. Fosfatidilinositolün iki yağ asidi zarda uzanırken fosfatidiletanoamin bu lipid yapıyı proteine bağlar. Fosfatidilinositol ve fosfatidiletanoamin arasında ise sayısı hücre tipine göre değişen şeker rezüdüler yer alır. 38 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Membran proteinlerinin görevleri: • Enzimatik görevleri vardır. • Reseptör olarak görev yaparlar. Hormon, ilaç, bakteri ve virüsler için reseptör oluştururlar. • Taşımada veya taşımaya yardımcı kanallar oluşturmada görev almaktadırlar. • Plazma membranında yer alan transmembran proteinler bir yandan hücre iskelet elemanları ile diğer yandan hücre dışında bulunan bazı ipliksi proteinlerin bağlantı noktalarını oluştururlar. • Hücre-hücre etkileşimini sağlarlar. Membran Karbohidratları Plazma zarının hücre dışı yüzeyi, zar lipit ve proteinlerinin bazılarına kovalent olarak bağlanmış az miktarlarda karbonhidrat içermektedirler. Glikoproteinler ya da glikolipitler şeklinde adlandırılırlar. İntegral proteinlerin çoğu glikoproteinlerdir ve zarın lipit moleküllerinin yaklaşık onda biri glikolipitlerdir. Bu moleküllerin “gliko” bölümleri hemen daima hücre yüzeyinden dışa doğru değişmez şekilde çıkıntı yapar. Proteoglikan olarak adlandırılan karbonhidrat bileşiklerinin bir çoğu, küçük protein çekirdeklerle birbirlerine tutunmuş ve hücrenin dış yüzeyine gevşek biçimde bağlanmış karbonhidrat maddeleridir. Bu nedenle hücrenin dış yüzeyi çoğu kez bütünüyle glikokaliks adı verilen gevşek bir karbonhidrat örtüyle kaplıdır. Hücrenin dış yüzeyine tutunan karbonhidrat uçlarının (glikokaliks) birkaç önemli işlevi vardır: Membran karbonhidratları hemen daima (1) Glikokalilks hücrenin kimliğinin teşhis proteinler edilmesinde,ya da lipidlerle kombine olarak glikoproteinler ve glikolipidler halinde bulunur. Integral proteinler çoğu glikoproteindir. Bu(2)moleküllerin “gliko” bölümleri hemen daima hücre yüzeyinden dışadış doğru asılarak çıkıntı Çoğu elektriksel olarak negatif yüklü oldukları için hücrenin yüzeyinin negatif yapar, bileşiklerinin proteoglikan adımaddeleri verilen birçoğu, yüklükarbonhidrat olmasına neden olur ve diğer negatif yüklü iterler. küçük bir protein çekirdekle biri birine tutunmuş ve hücrenin dış yüzeyine gevşek biçimde bağlamış karbonhidrat maddelerdir. Bu(3)nedenle hücrelerin dış yüzeyi glikokaliks verilen gevşek bir karbonhidrat örtüyle Bazı hücrelerin glikokaliksi diğer hücrelerinadı glikokaliksine bağlanır, böylece hücreler kaplıdır. Hücrenin dış olurlar. yüzeyine tutunan karbonhidrat uçlarının birkaç önemli işlevi vardır: birbirlerine tutunmuş Glikolipid ve glikoproteinlerin gliko kısmının hücre yüzeyinde yaptığı karbonhidrat örtüye (4) Karbonhidratların çoğu insülin hormonların bağlanması reseptör görevi glikokaliks denir. Karbonhidrat uçlar gibi negatif yüklüdür (hücre yüzeyi için negatif yüklü olur). yapar, bağlanmadan sonra bu kombinasyon bağlı olan internal proteinlerin aktive olmasını sağlar, bu da bir dizi intraseiüler enzimin aktivasyonuna neden olur. (5) Bazıları da bağışıklık reaksiyonlarına girer 39 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Glikokaliks •Hücre örtüsüdür •Negatif elektrik yüküne sahiptir. •Antijen antikor birleşmesi için uygundur •Bir hücrenin başka bir canlıda antijen özelliğini göstermesine yol açar. •Kan grupları glikokaliksin antijenik özelliklerine göre belirlenir ŞEKİL 1.28 Hücre zar. Glikokaliksin işlevi; —Eritrositlerdeki glikokaliks kan grubunun oluşumunda etkilidir. —Difüzyon için seçici bir engeldir. —Hücrelerin birbirini tanımasını sağlar —Kontakt İnhibisyona neden olur —Hücreye antijenik özellik kazandırır —Reseptör görevi yapar Kolesterol Kolesterol, hayvanların vücut dokularındaki hücre zarlarında bulunan ve kan plazmasında taşınan bir sterol, yani bir steroid ve alkol birleşimidir. Daha düşük miktarlarda bitkilerde de bulunur. İlk defa 1754'te safra taşlarında kolesterol bulunduğu için bu maddenin ismi Yunanca chole- (safra) ve steros (katı) sözcükleri ile kimyadaki -ol ekinden türetilmiştir. 40 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.29 Zar proteinleri. Kolesterol, özellikle hayvansal gıdalarda bulunur ama vücuttaki kolesterolun ancak ufak bir kısmı gıda kaynaklıdır; çoğu vücut tarafından sentezlenir. Vücudun her hücresinde bulunmakla beraber, onun sentezlendiği veya hücre zarlarının daha çok olduğu organ ve dokularda, örneğin karaciğer, omurilik ve beyinde kolesterolun yoğunluğu daha yüksektir. Kolesterol kanda normalden fazla bulunması halinde damarlarda birikerek damar sertleşmesine (ateroskleroz) yol açar. Bazen de safra pigmentleri ile birleşerek safra taşlarının oluşumunda rol oynar. Düşük yoğunluklu lipoprotein (İngilizce karşılığı olan Low Density Lipoprotein'den LDL olarak kısaltılır) kanda kolesterol taşıyan ve yoğunluğu 1,019-1,063 g/mL arasında olan lipoprotein sınıfına karşılık gelir. Karaciğerde üretilen çok düşük yoğunluklu lipoprotein (İngilizce Very Low Density Lipoprotein, VLDL) metabolizması sonucu oluşur. LDL tanecikleri 18-25 nm çapındadır, taşıdığı lipitlerin yanı sıra apolipoprotein B-100 (apoB100) ve apoE proteinlerini içerir. ŞEKİL 1.30 LDL alınması ve hücre içi sindirimi Kolesterol pek çok biyokimyasal reaksiyonda yer almasına rağmen özellikle lipoproteinlerin kolesterolü taşıma biçimleri ve kandaki kolesterol düzeyleriyle kalp hastalıkları arasındaki bağlantıdan dolayı bilinir. Vücut, kolesterolü kullanarak hormonlar 41 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ (kortizol, üreme hormonları), D vitamini ve yağları sindiren safra asitlerini üretir. Bu işlemler için kanda çok az miktarda kolesterol bulunması yeterlidir. ŞEKİL 1.31 Kolestrol yapısal formülü Eğer kanda fazla miktarda kolesterol varsa kan damarlarında birikir ve sertleşmeye ve daralmaya (ateroskleroz veya arteriyoskleroz) yol açar. Aterosklerozda damar duvarında biriken tek madde kolesterol değildir; akyuvarlar, kan pıhtısı, kalsiyum gibi maddeler de birikir. Yüksek kan kolesterolünün zararlarından bahsedilirken söz konusu olan "kötü kolesterol", yani düşük yoğunluklu lipoprotein (İngilizce low density lipoproteins LDL) tarafından taşınan kolesterol düzeyidir. Yüksek yoğunluklu lipoprotein (İngilizce high density lipoproteins HDL) tarafından taşınan kolesterola "iyi kolesterol" denir. Kolesterol, D vitamini ve çeşitli steroid hormonlarının öncülüdür. Ayrıca safra asitleri de Kolesterol İşlevi • sentezlenir. Sıcaklık Kolesterol ile doğru hücre orantılıdır. kolesterolden zarlarının (membranlarının) inşası ve bakımı için gereklidir. • Yağ asidi zincir uzunluğu ile ters orantılıdır. • Yağ asidi doymamışlık derecesi ile doğru orantılıdır. Hücre zarının akışkanlığı:miktarı Kolesterol içeren membranlar daha geniş sıcaklık aralığında • Kolesterol ile ters orantılıdır. akışkanlıklarını korurlar. Kolesterol, yağların sindirimine yarayan safranın sentezlenmesinde kullanılır. Ayrıca aralarında yağda çözünen vitaminlerin (A, D, E ve K vitaminleri gibi) metabolizmasında rolü önemlidir. Aldosteron, testosteron, östrojen ve projesteron gibi steroid hormonlarının ve kortizolun sentezlerinde yer alır. Başka araştırmalar kolesterolün sinir hücreleri arasındaki sinapslarda ve bağışıklık sistemi hücrelerinin işlevlerinde rol oynadığını gösterir. Hücre membranının yapısına etkisi sonucunda hücre sinyal iletimine ve membranlardaki iyon ve proton geçirgenliğine de etki eder. 42 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Membran bağlantıları ŞEKİL 1.32 Bağlantı komplekleri Tight juction – sıkı bağlantı: Sıkı Bağlantı ya da Zonula Occludens, vücudu dış etkilerden koruyan hücrelerde bulunan, hücrenin yan yüzeyinde yaptığı hücreler arası bağlantılardandır. Epitel hücrelerindeki kuvvetli bağlantılar bu tiptedir. Bu tip bağlantı da hücreler arası boşluk yok denecek azdır. Genellikle de yalıtma özellikleri fazladır. Beyin kan bariyeri, ince barsakta epitelyum hücrelerinde sıkı bağlantı vardır. ŞEKİL 1.33 Hücreler arası bağlantı yapıları 43 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ En yüzeydeki hücreler arası bağlantı noktası. Okludin ve klaudin proteinlerini içerir. Bariyer yapılarında yer alır (kan-beyin, kan-timus, kan-testis, kan-gaz, kan-göz gibi). Mesane ve gastrointestinal sistemde de bulunur • Gap junction – geçit bölgesi: Epitel hücrelerinin lateral yüzeyindeki morfolojik değişikliklerdir. Bu bölgeler epitel hücrelerinde olduğu gibi düz kas ve kalp kası hücrelerinde de bulunan bir sıkı bağlantı bölgesi olarak iki hücrenin elektriksel bağlanma bölgeleridir. Nexus da delikler bulunduğu için delikli geçit bölgeleri olarakta bilinmektedir. Bu deliklerden iki hücre arasında molekül ağırlığı 1000 daltondan daha küçük moleküller geçer. Örneğin cAMP (Cylic Adenozin mono fosfat) molekülleri bir hücreden diğer hücreye geçerek hücre de bazı faaliyetleri başlatırlar. Gap junction connexin adlı protein subunitlerinden oluşur. Sinsityum halinde çalışan dokulardaki hucreleri bir kanal yapısında birbirine bağlayan oluşumlardır. Normalde hücre mebranları hücre içini dişindan izole eder, gap junction'lar komşu hücre mebranlarını kat eden kanallar vasitasiyla bu hücreler arasi elektriksel uyari ve madde gecişine izin verir, böylece mesela uyarilan bir hücre komşu hücrelere bu uyariyi elektriksel olarak veya kimyasal ligandlar yoluyla iletebilir ve tüm doku uyarilmiş olur. ŞEKİL 1.34 • Gap junction connexin proteinlerin bir araya gelemsiyle oluşur. Gap junctionlar kalp kası, uterus, osteosit, korneada bulunur. Desmosoz aynı hücreye işlevi yürüten hücrelerin ortak hareketbağlantı etmelerini ve birbirine yapışmalarını • Hücreden elektriksel iletimi sağlayan yapılarıdır. sağlayan sitoplazmik uzantılardır. Çoğunluk simetriktirler. Bu uzantılar küçük bölgeler halinde olabilir ya da hücrenin etrafını çepeçevre sarar (kemer desmozom). • Bir(düğme hücrededesmozom) 6 adet konneksin bir araya gelerek bir yarı kanal (konnekson) oluşturur. • İki hücredeki konneksonlar yan yana gelince tam bir kanal oluşur (neksus) 44 • Böylece iki hücre arasında iyon ve hormonların geçişini sağlayan bir kanal oluşmuş olur H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Mekanik etki altında kalan hücrelerde düğme desmozom daha fazladır. Esasında hücre bağlantıları, hücrelerin serbest yüzünden derinlere doğru farklı bölgeler gösterir. belt- kemer desmosom spot- düğme desmosom ŞEKİL 1.35 Hücre zarının farklı bağlanma yapıları. Bazal lamina Bazal zar ya da bazal membran; epitel hücrelerinin bazal kısımlarını döşeyerek epiteli altındaki bağ dokudan ayıran, düz kas, iskelet kası, kalp kası, sinir hücreleri ve yağ hücrelerinin etrafını kaplayan, çeşitli fibrillerden ve aramaddeden oluşan ince tabakaya denir. Esnek, ince, ekstar sellüler matriksin özelleşmiş şeklidir. Bazal lamina: Fibroblast, epitel, düz kas ve swann hücreleri tarafindan sentezlenen, epitel hücreleri, kas hücreleri, adipöz (yag doku) ve schwan hücreleri etrafinda bulunan tabakadir. Molekül olarak laminin, entactin (nidojen), fibronektin, tenasin, kollagen tip iv proteinleri (glikoprotein) ve heparan sülfat bulunur. laminin ve nidojen temel komponentleridir. ŞEKİL 1.36 İntersellüler matriks elemanları Bazal lamima epitel hücrenin altında, ya da düz kas, iskelet kası hücrelerin etrafını kuşatır veya glomerulus, akciğer alveolleri gibi bölgelerde iki hücre tabakası arasında yer alır. Bazal lamina ve retiküler lamina olmak üzere iki katmanı vardır. Bazal zar ait olduğu hücreler tarafından sentezlenir. Epitel hücrelerinin bağ dokusuna bakan yüzeylerindeki hücre zarlarının altında uzanır. Kalınlığı 400–700 Ao arasında değişir. Glikoprotein 45 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ yapısındadır. Alttaki retiküler lifler ile süreklilik gösterir. Burada retiküler lifler yoğunlaşıp retiküler laminayı oluşturur. Bazal lamina ile alttaki retikulum telcikleri ağının oluşturduğu tabakaya bazal membran denilir. İki katmandan oluştuğu gözlemlenmiştir: Daha az yoğunlukta ve hücre zarına yakın olan katmana, lamina rara, (lamina lucida); fazla yoğun ve bağ dokusu tarafında yer alan katmana ise, lamina densa denilmektedir. Bazı dokularda bağ dokusu tarafında bulunan üçüncü katmana lamina reticularis denilir. Çok katlı epitelin altında iyi gelişmiş olarak bulunur. Kadherinler: Kadherinler aynı tip hücreleri bağlarlar (homofilik).Selektinler :Selektinler farklı tip hücreleri bağlarlar (heterofilik).Selektinler endotel hücresinde, lökosit, Bazal lamina birbirine belliLökositlerin düzende tutunmuş 4 bileşenden oluşur. trombositlerde bulunur kapille olan damar endotel bağlanmasında görev alır.. Hücre göçünde, hücre tipinin belirlenmesinde kadherinler görev yapar. 1-Laminin Kadherinler:Glikoprotein kalsiyuma bağlı reseptör proteinlerdir. 2-Tip IV kollagen 3-Entaktin : Glikoprotein 4-Perlekan : Heparan sülfattan zengin bir proteoglikan İntegrinler: Epitel hücrelerini, altlarındaki bazal membrana bağlayan adezyon molekülüdür. Bazal membrandaki laminin ve fibronektine tutunurlar. ŞEKİL 1.37 Hücre membran proteinlerinin görevleri Bazal lamina filtrasyonda, hücre polaritesinin oluşturulmasında, hücre metabolizması, farklılaşması ve gelişmesinde görev alır. Hasar gören hücrelerin yenilenmesinde ve hücre göçünde de bazal lamina görevi vardır. Pek çok kanser türünde bazal lamina tamamen kaybolur. Yaşlanma, diyabet, Hipertansiyonda bazal lamina kalınlığı artar ve dokular yeterince beslenemez. Adhezyon Molekülleri: Adheren (tutturucu, yapıştırıcı) bağlantılar epitel hücrelerinde, fibroblastlarda, kalp kası hücrelerindeki interkalar disklerde ve düz kas hücrelerinin arasında bulunur. Adezyon molekülleri, hücrelerin özgül olarak dokulara yönlenmelerinde, birbirlerini tanımalarında, embriyogenez, hücre büyümesi, hücre farklılaşması ve inflamasyon gibi olguların düzenlenmesinde görev alırlar. Adezyon kuvvet molekülleri bugün dört sınıfta incelenmektedirler: integrinler, selektinler, immünglobulin süper-ailesine dahil adezyon kuvvet molekülleri ve kaderinler. Bir de fonksiyonel olarak adezyon kuvvet görevi gören ama yukarıdaki gruplar içerisinde sınıflandırılamayan adezyon kuvvet molekülleri vardır. 46 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ İntegrinler İntegrinler, heterodimer transmembran proteinlerdir. Aktif ya da inaktif halde bulunabilen integrinlerin, biribirine kovalent olmayan bağlarla bağlı alfa ve beta (ß) alt üniteleri vardır. Molekülün fonksiyonel aktivitesi için her iki alt ünite de gereklidir, ancak ba lanma özgüllüğünün alfa alt ünitesi ile ilişkili olduğu düğünülmektedir. İntegrinler, yapılarında bulundurdukları ß alt ünitelerine göre ß1, ß2, ß3 ve ß7 integrinler olarak adlandırılırlar. ß1 yapısında olan integrinlere “Very Late Activation (VLA)” adı verilir. Bu ismi aktive olmu T lenfositlerin yüzeyinde 2-4 hafta gibi uzun bir süre sonunda eksprese olmaları nedeniyle alırlar. ß1 integrinler özellikle lökositlerin endotel hücrelerine ve hücre-dışı matrikse bağlanmasında görev alırlar. ß2 grubu integrinler üç homolog heterodimerden oluşur; kompleman reseptör tip 3 (CR3;CD11b/18), CR4 (CD11c/18) ve lökosit fonksiyonlarıile ilişkili molekül-1 “Leukocyte FunctionAssociated Antigens-1 (LFA-1; CD11a/18)” İntegrinlerin yapıları ve fonksiyonları iki-değerli katyonlara bağımlıdır (Ca2+, Mg2+). İntegrinler arginin-glisin-asparagin (RGD) aminoasit dizilerine sahip moleküllere bağlanma özelliği gösterir. Bu diziler hüce-dışı matriks glikoproteinlerinde, bazı hücrelerin yüzeyinde ve bazı kompleman proteinlerinde bulunur. Sitoplazmik kısımları ile vinkulin, talin, aktin, alfaaktinin, tropomiyozin gibi hücre içi iskelet yapıları ile etkileşirler. Dolaşımdaki lökositlerin damar endoteline tutunup yapıştıktan sonra, inflamatuvar reaksiyonun bulunduğu alana göç etmelerinde rol alırlar. Hücre dışı sinyaller aracılığı ile haberleşmeyi sağlarlar. İntegrin adı, bu moleküllerin hücredışı matriks ve hücre iskeleti ile ilgili aktivitelere aracılık etmesinden (integre etmesi) kaynaklanır. Embriyolojik geliğim, hemostazis, trombosis, yara iyileşmesi, immün ve immünolmayan savunma mekanizmaları gibi birçok fizyolojik olayda hücre-hücre ve hücrematriks adezyonuna katılırlar. Kardiyovasküler sistemde hücre-hücre ilişkisi dinamik bir olgudur ve ince ayarlı bir düzenleme gerektirir. Fibrinojen (2 mg/ml) varlığına rağmen trombositler agrege olmaz, kan akımına rahmen lökositler inflamasyon alanına gidebilir. Bütün bu olaylarda integrin grubu hücre yüzey molekülleri rol oynar. İntegrinler, insan vücudunda bulunan hemen tüm hücrelerde eksprese olurlar. Aktif hale geçen bir hücre sitoplâzmasından sinyal iletildi İnde, integrinlerin hücre-dışında kalan kısmı şekilde işlevini göstererek kendi ligandına olan afinitesini arttırır. Bu işleme içeriden-dışa(insideout) sinyal iletimi denir. Bu işlem adezyon molekülleri arasında bir tek integrinlerde görülür. İntegrinlerin ligandına başlanması ile bu kez dışardan-içeriye (outside-in) sinyal mekanizması çalışır; bu da hücre içerisinde apoptozisten proliferasyona kadar birçok işlevde etkili olur. İntegrinler, liganlarının aviditesi yönünden düşük ve yüksek afiniteli durumda olabilirler. İntegrinler farklı yollardan aktive edilebilirler. TCR kompleksi veya protein kinazı C (PKC) aktive eden forbol esterler aracılığıyla içeriden dışarıya doğru sinyal iletimi sa lanabilir. CD2, CD44 veya CD43’e karşı monoklonal antikorlar da C11/CD18 aktivasyonuna neden olurlar. Mg2+ ve Mn2+ ve bazı integrin başlayan antikorlar da (MEM83, KIM127, KIM18) hücre içi sinyali olmaksızın integrin aktivasyonu yapabilirler. Fibro nektinler Bu proteinin esas görevi hücreleri matrikse bağlamaktır. Fibronektinler iki polipeptid zincirinden meydana gelmiştir. C-terminal uçlarından birbirleriyle disülfit bağları ile bağlanmıştırlar. Uzunluğu 60–70 nm, kalınlığı ise 2–3 nm kadardır. Üzerinde çok sıkı katlanmış globüler bölgeler vardır. Bu bölgelerle matrikste özellikle kollagen tip I, II, III ve V ' e, heparan sülfata, fibrin, denature kollagen ve hücre zarlarındaki integrinlere bağlanırlar. Vücudun çeşitli bölgelerinde 20 çeşit fibronektin izole edilmiştir. Bütün bu 47 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ fibronektinler tek bir fibronektin geninin çeşitli (splicing) diziliş gösteren kalıplardan oluşturulan RNA'lardan sentezlenmiştir. Fibronektinler hücre göçünün yapılmasında da etkin moleküllerdir. Bu moleküller 6 kolu bulunan tenasin proteini ile özellikle gelişmekte olan organlarda epitel hücrelerinin altında yer alan mezenşim hücrelerinin bol olduğu ortamda birleşirler. Hücre dışı matriks Hücre dışı matriks pek çok işlevsel protein ve polisakkaritten oluşur (Glikoprotein, Proteoglikan). İçinde bulunduğu veya temas halinde olduğu hücreler tarafından salgılanır. Örneğin konnektif dokuda bu matriks makromoleküllerini (ESM) salgılayan büyük hücreler fibroblastlardır. Kemik ve kartilaj dokularında ise bu hücreler kondroblast, osteoblastlardır. Kendilerini üreten hücrelerin yüzeyi ile yakın ilişki içindedirler. Hücrelerin ve dokuların bir arada tutulmasına yardım eder. Hücreler arası boşlukları doldurur. Destek (Kemik ve kıkırdak) görevi vardır. Hücre yapısı ve hareketi ile hücre gelişim ve farklılaşmasında önemlidir. Besin ve madde alışverişi ve hücre yaşamının devamlılığında gereklidir. Ayrıca hücrelerin migrasyonunu ve birbirleri ile olan ilişkilerini organize eder. Hücrelerde, N-bağlı şekerler proteinlere bağlanarak protein çeşitliliğine neden olurlar. Bu glikoproteinler, hücre zarının yüzeyine yerleşerek hücrelere yeni kimliklerini kazandırır. Bununla beraber N-glikosilasyonlu proteinlerin şeker profilinin uç kısmında bulunan şekerler, örneğin; sialik asitler hücrelerin birbirleriyle ve çevreleriyle iletişiminde önemli rol oynar. Negatif yüklü sialik asitler universal bir molekül olarak hücre yüzeylerinin özelliklerinin şekillenmesine katkıda bulunurlar ve hücrelerin çevreleriyle arasında birçok ilişkinin kurulmasında çok önemli rol oynarlar. Çok çeşitli hücresel tanıma olayları, hücre farklılaşması, pozitif yüklü iyonların taşınması, reseptörleri maskeleyerek asıl reseptörün tanınmasının engellenmesi ve onları bozulmaya karşı koruması bunlardan bazılarıdır. Hücre içinde veya yüzey elemanlarına bağlı sialik asitler, hücresel tanıma, tutunma, farklılaşma, yaşlanma gibi fizyolojik olaylarda yüzey değişikliklerinden ve hücrelerde bilgi iletimi gibi işlevlerle, hücrede birçok moleküler ilişkinin şekillenmesine katkıda bulunurlar. Hücre dışı matriks farklı moleküllerden meydana gelir. Glikozaminoglikanlar (GAG); Hidrate, jelimsi Hyalüronik asit, Kondroitin sülfat, Dermatan sülfat, Heparin ve heparin sülfat, Keratan sülfat Fibröz proteinler Yapısal olanlar: Kollajen, (Gerilme gücü) Elastin (Matrikse esneklik) Adezif olanlar: Hücrelerin matrikse uygun yerlere tutunmaları 48 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Fibronektin, laminin, tenasin, entaktin, vitronektin, İntegrin, Selectin, VCAM, ICAM, v.b Diğer ECM proteinleri: Fibrillin, fibulin, nudelin, netrin, galaktin, glutaktin, vs. En fazla bulunan hücre dışı protein %25 ile kollejendir. Kollajen (bazen kolajen veya kollojen olarak da anılır) hareket sisteminin yapı taşlarını, özellikle kemik, kıkırdak, lif ve eklemleri oluşturan proteindir. Bu madde Fibroblast, Osteoblast, Kondroblast, Retiküler hücre, Epitel hücre, Endotel hücresi, Düz kas hücresi, Schwann hücresi tarafından sentezlenir. Bu protein birbiri üzerine sarılmış üç alfa zincirinden meydana gelir. 19 tane değişik tipi tanımlanmış olup, tip I, tip II şeklinde isimlendirilir. Bu çeşitlilik moleküler yapıdan kaynaklanmaktadır. Kollajenin ana molekülü tropokollajendir. Tropokollajenler de hücrenin içinde üretilen prokollajenlerden oluşur. Fosfolipidlerin geçirgenliği Hücre zarı, seçici geçirgen bir yapıya sahiptir. Molekülün büyüklüğüne, yağda veya suda çözünmesine, polaritesine, ortamdaki yoğunluğuna veya türüne göre zar üzerinden madde taşınmasını dört farklı şekilde gerçekleştirir. Basit pasif difüzyon da gazlar gibi solutler ve su kendi elektrokimyasal gradiyentleri doğrultusunda membranlar dan kolaylıkla geçerler. Lipit çift tabaka iyonlar için geçirgen değildir, iyonlar sadece özel kanallar sayesinde hücre membranından geçebilir. Fosfolipidler, fosfogliseridler ve sfingomyelin olmak üzere ikiye ayrılır. 49 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Fosfolipid Sfingolipid ŞEKİL 1.38 Fosfolipit molekülden geçen maddeler ve diffüzyon Hücre zarınında pasif difüzyonun diğer bir tipi ise kanallar aracılığı ile olur ve genellikle iyonlar bu yolu kullanırlar. Elektrolitlerin lipid çözünürlüğü kötü olduğu, suyla hidrojen bağı kuramadığı için membranın çift katlı fosfolipid tabakasından difüzyonu yoktur. Bu sebeple iyonların membrandan geçiş katsayıları düşüktür ve membrandan geçebilmek için bir kanala (protein yapısındaki iyon kanalları) ihtiyaç duyarlar. Sinir hücrelerinde bulunan ligand kapılı ve voltaj kapılı kanallar bu şekildedir Transport Tipi Konsantrasyon farkına göre yön Enerji ihtiyacı Basit difüzyon Aynı yönde Hayır Kanal ve porlar Aynı yönde Hayır Pasif transport Aynı yönde Hayır Aktif transport Karşı yönde Evet Membrane Transportu kullanılan farklı yollar temel olarak ATP kullanması yada kullanılmasına göre sınıflandırır. Diffüzyon, kolaylaştırılmış diffüzyon fitrasyon, osmoz ATP kullanılmadan membranda madde taşıma yolarıdır. Primer ve sekonder aktif taşıma, Ekzositoz, Endositoz ise ATP kullanarak yapılan madde taşır. 50 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Basit Difüzyon Molekül ve elementlerin sahip olsukları kinetik enerji yani Brown hareketleri sonucu yüksek konsantrasyonlu bir bölgeden düsük konsantrasyonlu bölgeye moleküllerin (veya iyonların) membranı geçerek transportudur. Net hareket düsük konsantrasyon yönündedir. Yüksek konsantrasyonlu bölgedeki moleküllerin düsük konsantrasyonlu bölgeye doğru hareket etme ihtimali, düsük konsantrasyonlu bölgedeki moleküllerin yüksek konsantrasyonlu bölgeye hareket etme ihtimalinden daha büyüktür. Bu nedenle zaman içersinde konsantrasyon farkı yönünde moleküllerin hareketi olacaktır. Bu hareket her iki bölgedeki moleküllerin sayıları esit oluncaya kadar devam eder ve sonuçta her iki bölgedeki madde konsantrasyonu esit olur. Bu hareketin hızı tamamen konsantrasyon farkıyla orantılıdır. Hidrofobik maddeler lipid membranları hidrofilik maddelere göre daha kolay geçerler. Hidrofobik ortamda yüksek erime özelliğine sahip olan bu moleküller (örn. gliserol) plazma membranını suda eriyen maddelere göre daha kolay geçerler. Bu kuralın istisnası su dur. Su son derece polar olduğundan gliserol için söylenenden daha düsük bir diffüzyon hızına sahip olmalıdır. Aslında suyun diffüzyon hızı lipid yapay membranda gliserolun 7 katı kadardır. Tabii hücre membranında ise suyun diffüzyon hızı gliserolun 100 katıdır (aquaporinler etkisi). Membran taşıma proteinden ve enerjiden(ATP) bağımsızdır. Sadece gradiente bağlı olarak geçiş olmaktadır. Taşınacak madde konsantrasyon gradienti ne kadar fazla ve ne kadar hidrofobik ise geçiş o kadar hızlı olmaktadır. Taşınacak molekül büyüklüğü, ne kadar küçükse, membran kalınlığı, ne kadar ince ise ve geçiş yüzeyinin büyüklügü ne kadar fazla ise difüzyon hızı o kadar artar. Farklı maddelerin difüzyon katsayıları farklıdır. En hızlı difüzyon gazlarda meyadana gelir, sıvılarda daha yavaş olur. Difüzyon katılarda da meydana gelebilir; bu, atomlara birbirlerinin etrafında hareket edip yer değiştirme olanağını sağlayan kristal kafesi kusurlarında oluşur. Bununla birlikte bunun oranı o denli küçüktür ki sıkı temas halinde iki katı cisimde yıllar sonra bile görünür bir karışmaya tanık olunmaz. Difüzyon oranı, konsantrasyon gradieninin fonksiyonudur, İki alan arasında konsantrasyon farkı ne kadar büyük olursa, yüksek konsantrasyonlu alandan düşük konsantrasyonlusuna moleküller o kadar hızla yayılır (difüze olur). 51 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Difüzyon, Geçişme veya Yayılma olarak da bilinir, maddelerin çok yoğun ortamdan az yoğun ortama göçü. Fiziksel kimyada ise moleküllerin kinetik enerjilerine bağlı olarak rastgele hareketlerine denir. Difüzyon, maddenin bütün hallerinde farklı hızda ve özellikte görülür. ŞEKİL 1.39 Diffüzyon bağlı olarak konsantrasyon değişimleri . Yağı seven Lipofilik (hidrofobik yada başka bir ifade ile sudan kaçan) maddeler membranda daha kolay çözüldükleri için daha hızlı geçiş gösterirler. Bu nedenle gliserol, üre, yağ asitleri membranları daha kolaygeçer. Ancak membranda en hızlı difüzyona uğrayan molekül su molekülüdür (Ozmoz). Bir maddenin çift katlı lipid tabakadaki hareket hızını belirleyen en önemli faktörlerden birisi o maddenin lipiddeki eriyebilirliğidir. Örneğin oksijen, karbon dioksid, azot ve alkolün lipidde çözünürlüğü yüksektir. Böylece bütün bu maddeler çift katlı lipid tabakada doğrudan çözülürler ve sudaki eriyiklerinde olduğu gibi difüzyonu uğrarlar, bu maddelerin membrandan difüzyon hızlan, onların lipidde eriyebilirliği ile doğru orantılıdır. Filtrasyon Bir zarn iki kesimindeki hidrostatik basnç fark nedeniyle sıvının membranda bulunan porlardan (deliklerden) zarın bir bölümünden diğer bölümüne geçişlidir. Özellikle kılcal damarlarda meydana gelen bu olayda süzülen maddenin miktarı ile ortamda bulunan basınç farkı ve hücre zarının geçirgenliği etkilidir. Böbrek glomerullerinde ve kılcal damarlarında plazmanın süzülmesi de buna güzel bir örnektir. Bir membranın iki yüzü arasındaki hidrostatik basınç farkı nedeniyle, basıncın yüksek olduğu taraftan az olduğu tarafa doğru sıvı ve beraberinde erimiş küçük moleküllerin geçişine filtrasyon (süzülme) denir. ŞEKİL 1.40 Filtrasyon 52 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Vücutta filtrasyona örnek kapillerlerdeki ve böbreklerdeki taşıma olayları gösterilebilir. Kapillerlerdeki olay basınç farkı nedeniyle su ve suda erimiş partiküllerin damar dışına çıkışıdır (dokular arası sıvıya geçişidir). Filtrasyonda proteinler gibi büyük moleküller damar dışına geçemez. Fitrasyonda hücreler arası geçiş parasellüler geçiş önemlidir. Taşıma proteinleri ile Kolaylaştırılmış diffüzyon Bir molekülün yüksek konsantrasyonda bulunan bölgeden düsük konsantrasyon tarafına, plazma membranında bulunan protein tasıyıcı ile tasınması olayına verilen isimdir. Bu olay pasif bir olaydır. Ve konsantrasyon gradyanı yönünde yapılmıstır. Üç özelliğe sahiptir: 1) Taşıma proteinleri bir partiküler molekül için spesifiktir. 2) Kolaylaştırılmış difüzyon basit diffüzyondan daha hızlıdır. 3) Kolaylaştırılmış difüzyona taşınan madde kendine has olan tüm taşıma proteinlerini doldurmuş olabilir. Satüre olabilir(doyma kinetiği Tm değeri vardır). Glikoz, laktoz, amino asid, nükleotidler ve gliserol v.s. gibi benzer moleküllerin herbiri için spesifik, özel tasıyıcılar vardır. Glikoz tasıyıcısı D-glikozu tasıyacaktır, fakat L-glikozu tasımaz. Tasınacak molekül bağlandığı zaman tasıyıcı molekül yapısal bir değisiklik geçirmek üzere etkilenir. Böylece küçük molekülü membranın öbür tarafına geçirir. Plazma membranını geçerken hareket hızı, basit diffüzyondan daha hızlıdır. Belki de bu hücre içinde kullanılan, normal olarak membrandan çok düsük hızda diffüze olan hidrofilik moleküllerin transportu için gelismis bir mekanizmadır. Herhangi bir hücrede bir molekül veya iyon için sınırlı sayıda tasıyıcı vardır. Bütün tasıyıcılar bağlandığı zaman, transport hızı maksimum olur. Bu yüzden olay satüre olabilir özelliğe sahiptir. Transport kinetiği bir basit enzim için tanımlanan proseslere benzer. Bir tarafta konsantrasyon büyük olduğu zaman daha çok tasıyıcı bağlanacak ve diğer tarafa net hareket meydana gelecek. Konsantrasyon farkı sıfır olduğunda ise tasıyıcılar hala faaliyet gösteriyor olsalar da sonuçta içeriye ve dısarıya aynı hızda madde tasıyan moleküllerdir. Bu yüzden net diffüzyon gözlenmez. İnsülin ve epidermik büyüme faktörü gibi hormonlar normal olarak gözlenen diffüzyon hızından daha fazlasının olmasını sağlarlar. Örneğin glikozun hücre içersine girişini insülin hormonu hızlandırır. Kolaylaştırılmış diffüzyonda eloktrokimyasal gradient söz konudur. Yani taşımacak molekül çok olduğu yerden az olduğu yere doğru taşınır. Ancak membrandaki transport proteinler aracılığı ile olur. Bu nedenle taşıma işleminde doyma kinetiğine sahiptir. Kolaylaştırılmış difüzyon enerjiye(ATP) ihtiyaç duymaz. Glikozun hücre membranından geçişi kolaylaştırılmış transport ile olmaktadır(GLUT). Suyun difüzyonunda da aquaporin adındaki suya özel taşıma kanalları görev yapar. Organizmadaki diğer örnekleri demirin incebarsaktan absorbsiyonu ve plesentadan glikozun geçişidir. 53 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Kolaylaştırılmış difüzyon bir taşıyıcı aracılığı ile gerçekleşir: (1) Taşınacak madde taşıyıcı proteine bağlanınca, taşıyıcı proteinde şekil değişikliği olur ve içte kapalı olan hücre kanalının ucu açılır. (2) Molekül buradan içeri girmeye başlar. (3) Proteine zayıf bağlandığı için hücre içine yakın bir yere geldiğinde, ısıdan kaynaklanan hareketle protein, molekülden ayrılır ve molekül hücre içine girer. ŞEKİL 1.41 Membran madde taşıma yolları . Taşınacak madde molekülleri hücre membranlarını bir özel taşıyıcı denilen özel trasportor ile kompleks yaparak hücre membranını geçerler. Taşıma işlemi taşınacak moleküle özel olduğundan bir tip taşıma molekülü yalnız bir molekülün kolaylaştırılmış difüzyona izin verir. Öğreniğin benzer yapıda olmasına rahmen glikoz taşıma proteinleri(GLUT5) bir tipi yalnız fruktoz taşıması yapar. ŞEKİL 1.42 Kolaylaştırılmış difüzyonda da gözlenen transfermaksium Michael-mental kinetiği Çoğu protein kanalı bir veya daha fazla sayıdaki iyon veya molekülün transportu için yüksek düzeyde seçicidir. Bu, kanalın çapı, şekli ve iç yüzeyindeki elektriksel yük gibi niteliklerin sonucudur. Hücre membranından çok büyük miktarda difüze olan madde sudur. Örneğin, su alyuvar membranından her iki yönde düzenli olarak difüze olur. Saniyede alyuvar membranından her iki yönde difüze olan su miktarı yaklaşık olarak hücre hacminin 100 katma eşittir. Normal ol arak her iki yönde difüze olan suyun miktarı öyle hassas ayarlanmıştır ki suyun net hareketi görülmez. Bundan dolayı, hücrenin hacmi sabit kalır. Buna karşın belirli bazı koşullarda üpkı öteki maddeler için geliştiği gibi, membramn iki tarafı arasında su için de bir konsantrasyon farkı gelişir. Bu koşullarda, membranda suyun net hareketinin yönüne bağlı olarak hücre şişer ya da büzülür. Suyun konsantrasyon farkından doğan bu net hareketine osmoz denir. Kolaylaştırılmış difüzyon GLUT glikoz transporterları Glukoz taşıyıcılar GLUT hücrelerin yüzeyinde bulunan ve kolaylaştırılmış difüzyon ile glukoz taşıyan protein ailesidir. Farklı tipleri olan bu proteinler hemem hemem tüm hücrelerde vardır. 54 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ • GLUT-1: Merkezi sinir sistemi(beyin ve omurilikte) ve eritrositler • GLUT-3: Visseral organlar • GLUT-4: Daha çok periferik dokularda (kalp ve iskelet kası) • GLUT-5: Sindirim sistemin’de gösterilmiştir. ŞEKİL 1.43 Glikoz kolaylaştırılmış diffüzyon proteinleri GLUT taşıma sıstemi Farklı tip GLUT olması sayesinde bazı hücrelerin örneğin beyin omurlilik ve sinir hücrelerinin insülin gibi glikoz hücre içine alınmasında düzenleme yapan hormonlardan bağımsız olarak alınmasına izin veririr Kolaylaştırılmış difüzyon Aquaporin su kanal proteinleri Hücre içinde ve dışında su molekülleri canlı için hayati öneme sahiptir. Su basit difüzyonla hücre zarından geçer ayrıca su kanalları olarak da bilinen, aquaporinler gözenekli yapıya sahip su için özelleşmiş taşıma proteinlerdir. Bazıları, aquaglyceroporins olarakta bilinir. Bu taşıma proteinleri aynı zamanda por büyüklüğüne bağlı olarak, örneğin, zar boyunca gliserol, CO2, amonyak(NH3) ve üre gibi diğer küçük yüksüz eriyikleri taşıayabilir. Örneğin, aquaporin 3 kanal 8–10 A por genişliğine sahiptir ve 150-200 Da molekül ağırlığına sahiğ hidrofilik moleküllerin geçişini sağlar. Aquaporinler porları protonlar gibi hücre membranı elektrokimyasal potansiyelinin korunmasında kritik önemi olan moleküllerin karşı geçirgen değildir. ŞEKİL 1.45 Aquaporin membran taşıma proteinleri 7 heliks yapısı Memelilerde aquaporins on üç bilinen türleri vardır ve bunlardan altısı böbrekte bulunur. En çok çalışılan aquaporinler AQP1, AQP2, AQP3 ve AQP4 dir. Su fosfolipid çift-katlı 55 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ aracılığıyla veya aquaporinler adı verilen özel su kanalları boyunca geçirilerek difüzyon ile ya da hücre zarı geçer. Şimdiye kadar ondan fazlası memelilerde aquaporinler tespit edilmiş, fakat daha birçok varlığı kanıtlanmamıştır. Aquaporinler iyonları ve diğer küçük moleküllerin geçişine izin vermez buna karşın özel su kanalları olarak görev yapar. Bazı aquaporinler aquaglyceroporins olarak bilinen - su artı gliserol ve birkaç diğer küçük molekülleri taşıma görevi yapabilir. • Aquaporin 1: AQP1 böbrekte bulunan, yaygın olarak ifade edilen su kanalı proteinleridir. Böbrekte proksimal tübüllerde, Henle kulpunda vasa rektatda inen bölümü içinde bazolateral ve apikal plazma zarlarında bulunur. Buna ek olarak, kırmızı kan hücreleri, vasküler endotelyum, gastrointestinal sistemde, ter bezleri ve akciğer bulunmaktadır. Aquaporin 1 (ADH) vazopressin tarafından denetlenir. • Aquaporin 2: AQP2 böbreğin toplama kanalı ana hücrelerinin apikal hücre zarlarında ve hücre içinde bulunan hücre içi veziküller içinde bulunur. Bu aquaporin tipi peptit hormonu olan vazopresinle iki yolla düzenlenir: bir artış yoluyla da apikal plazma membranı apikal bölgeye kayması, AQP2 veziküllerin hareketi sayesinde kısa süreli düzenleme (dakika), ve uzun vadeli düzenleme (gün) AQP2 gen ekspresyonu. Bu kanalda mutasyonlar otozomal dominant ya da resesif olabilir. Şekersiz diyabet ile ilişkilidir. Genellikle bipolar bozukluğu tedavi etmek için kullanılan lityum, AQP2 genin ekspresyonunu azaltarak diabetes insipidus neden olabilir. AQP2 geninin ekspresyonu, gebelik ve konjestif kalp yetmezliği gibi su retansiyonu ile ilişkilidir koşullarında artar. • Aquaporin 3 ve 4: Aquaporinler ana toplama kanalı hücrelerin bazolateral hücre zarında bulunan ve bu hücrelerinden su çıkışı için bir yol sağlamar. AQP4 yapısal olarak ifade edilir, buna karşın böbrekte, AQP3 gen ifadesi, (ADH) vazopresin ile düzenlenir. AQP4 astrositler olarak ifade edilir ve merkezi sinir sistemine doğrudan uyarılması regüle edilir. Band 3 proteini : Eritrositlerin başlıca görevi akciğerlerden dokulara oksijen, dokulardan akciğere karbondioksit taşımaktır. Karbondioksitin oksijen ile değişimi bir anyon değiştirici transport proteini sayesinde olur. İşte eritrositlerdeki bu anyon transport proteinleri Band 3 proteinlerdir. Band 3 proteini de bir (multipass)transmembran proteindir. Kolaylaştırılmış difüzyonla iyon değişimi yapar(klor shift) Aktif- pasif Taşıma Lipid zar yapısı hidrofilik ve iyon yada büyük maddelerin geçisi izin vermez. Buna karşın hücrenin metabolizması için gerekli olan maddelerin uygun şekilde alınması gereklidir. Bu noktada hücre aktif taşıma yapar. Şekerler ve amino asitler poler (kutuplu) moleküllerdir. Bunların çapları 8 A°'dan büyük olduğu için normal yollardan hücre zarını geçemezler. Halbuki, bu iki maddenin de hücre zarını bolca geçmeleri gerekir. Çünkü hücrenin enerji üretimi ve protein sentezi yapabilmesi için bu iki maddeye İhtiyacı vardır. Öyleyse, başka bir mekanizmayla hücre zarını geçmeleri gerekmektedir. Yapılan deneyler, bu maddelerin zar yüzeyinde özel yerlere bağlandığım ve zarın dış yüzünden iç yüzüne (hücre içine) taşındığını göstermiştir. Bu tür taşınma şekline taşıyıcılar 56 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ aracılığıyla taşınma denir. Çünkü hücre zarında bulunan taşıyıcı moleküller, taşımaya aracılık ederler. Bu yolla zarı geçen maddeler kimyasal özgüllükleri, rekabet ve doymuşluk yaratma özellikleriyle basit difüzyonla geçen maddelerden ayrılırlar. •Sodyum-potasyum pompası, özellikle sinir hücrelerinde yaygındır. Sinir hücrelerinde, Na-K yoğunluklarındaki değişliklikler elektriksel yük meydana getirirler. Hücre zarı boyunca Na ve K’un sürekli diffüzyonu ve sızması, Na - K pompası ile gerçekleşir. • Kalsiyum pompası, kas kasılmasında kalsiyum iyonlarının taşınması için gereklidir. • Sodyum bağı kotransportta, şeker ve aminoasitler aktif olarak taşınırken Na iyonları da pasif olarak efllik eder. • Hidrojen bağlı kotransportta ise hidrojen iyonları bağlanırken, şekerler aktif olarak taşınır. ŞEKİL 1.45 Aktif taşıma sistemleri 1-Özgüllük: Taşıyıcılarla taşınmada, taşıyıcıların bazı kimyasal gruplara özgü olması özelliğidir. Örneğin şeker taşıyan sistem, amino asitleri taşımaz. Bazı sistemler o kadar özgüldür ki aynı atom sayısı ve kimyasal grupları taşıyan iki molekülden birisinin molekül biçiminde küçük bir değişiklik olsa, bunu ayırt edebilmekte ve o molekülü taşımamaktadır. 2-Doymuşluk(micheal mental enzim kinetiği) Basit difüzyonda, hücre dışında bulunan ve difüzyonla hücre içine girecek olan maddenin dıştaki yoğunluğu ne kadar artarsa, hücreye giren madde miktarı da o kadar artar. Taşıyıcılarla olan taşınmadaysa maddenin hücreye girişi, dıştaki yoğunluğun artmasıyla bir yere kadar artar, bir noktadan sonra durur. Buna göre, taşıma 57 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ sisteminin bir kapasitesi olduğu söylenebilir. Dıştaki yoğunluk, bu taşıma kapasitesinin üzerindeyse fazlası taşınmaz. Başka bir deyişle taşıma sistemi doymuştur. Sistemin doyması, hücre yüzeyindeki Özgül bağlanma yerlerinin tümüyle işgal edilmesi ve sistemin maksimum kapasiteyle çalışması anlamına gelmektedir. 3-Rekabet: Birbirine benzer iki madde, aynı taşıyıcı sistemle taşınıyorsa birbiriyle rekabet eder. Örneğin amino asitlerden alanin ve glisin aynı taşıyıcıyı kullanırlar, yani aralarında rekabet vardır. Benzer olarak nötür amino asitler arasında aynı taşıma proteinine bağlanmak için rekabet oluşur. Zarda bulunan taşıyıcı moleküllerle konsantrasyon farkına bağlı olarak birim zamanda yalnızca bir molekül ya da iyonun sitosolden içeri ya da dışarı doğru taşınması üniport taşıma olarak tanımlanır. Memeli hücrelerinde glikozun taşınması buna bir örneltir(SGLT). Aktif taşıma için taşınacak madde konsantrasyon farkı zorunluluğu yoktur. (madde konsantrasyon yönününe zıt olarak taşınabilir). Aktif taşıma da görev yapacak proteinler taşınacak molekülü membran içine özel proteinler(taşıma proteinleri) kullanarak taşır. 1) ATP-az’lar: Na+/K+ transport sistemi dısında en önemli transport sistemi kas liflerinin sarkoplazmik retikulumundaki Ca+2 - transport sistemidir. Bu sistem kasın relaksasyon zamanında etkili olur ve Ca2+’u hücre içindeki küçük vesiküler bosluklara kaldırır. Bunu hücre stoplazmasıyla vesikül içi arasındaki büyük kalsiyum konsantrasyonu farkına rağmen yapabilir (Ca2+ plazma = 10-7 mol/L ,Ca+2 vezikül= 10-3 – 10-2 mol/L) .Transport ATP’nin parçalanmasından açığa çıkan metabolik enerji ile gerçeklesir. Bir ATP molekülünün hidrolizi ile 2 mol Ca2+ vesiküle alınır. Bu olayda da gene Mg2+’un varlığına ihtiyaç vardır. Enzim fonksiyonları Ca2+ ve Mg2+ tarafından stimüle edilir. Ca2+ / Mg2+ ATP-az , Na+/K+ ATP-az gibi sadece lipidlerin varlığında fonksiyon görür. Hücre membranlarından özellikle eritrositlerden izole edilmistir. Ca2+ / Mg2+ ATP-az ’a ek olarak mide, böbrek ve glandların hücre membranlarında ATP -az’lar da vardır. Bu ATP- az’lar HCO-3 veya K+ tarafından aktive olurlar. 3) Aktif H+ transportu (Redox sistem): Mitokondriler hücre solunumunun gerçeklestiği yerlerdir. Redoks reaksiyonları mitokondirinin içinden dısına aktif H+ transportunu sağlar. Bu transport mitokondri membranının iki tarafı arasında bir elektrokimyasal potansiyel farkının olusmasıyla sonuçlanır. Bu potansiyel proton geri akısı olarak ATP sentezini yönetir. Oksijenli solunum sonunda ATP sentezin en fazla yapıldığı basamak mitokondri zar arasında elektrokimyasal gradiye bağlı proton taşıması sırasındadır(Kemosmotik ATP sentezi). a) Mitokondri içindeki H+ iyonlarının dısa transportuyla dıs fazın baslangıçtaki asitlik özelliği değisir. Membranın lipid fazı Triton 100 gibi deterjanlarla parçalanırsa asitlikte değisiklik olmaz. b) H+ iyonlarının transport hızı direkt olarak oksijen kullanımıyla orantılıdır. Bir oksijen atomu için 6H+ iyonu transfer edilir. ATP - az inhibitörler bunu etkilemezler. Fakat solunum zincirini etkileyen zehirler değistirebilir. c) H+ iyonlarının dısa tasınması bir membran potansiyeli meydana getirir(dıs pozitif, iç negatif). Membran potansiyelini ölçmek için mitokondiriler çok küçüktür. 58 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Simport-Antiport aktif taşıma yolları Simporta iki madde aynı yönde taşınırken antiport bir birine zıt yönde iki madde taşınması yapılır. Simport–antiport taşıma yollu mekanizması pasif taşınmanın tersinedir. Taşınacak molekülün düşük konsantrasyondan yüksek konsantrasyona doğru, bir taşıyıcı molekül aracılığıyla taşınmasıdır. Yokuş yukarı taşınma diye tabir edilen bu sistemde, enerjiye ihtiyaç duyulur. Enerji ihtiyacı, ATP molekülünden sağlanır. Bu sistemde moleküller genellikle tek yönde taşınır. Bazı sistemlerde, taşıyıcı molekül taşınacak maddeyi, her iki yönde de taşıyabilir. Ancak, taşıyıcının taşınacak moleküle karşı affinitesi (birleşme isteği, meyli) bir tarafta yüksek, öteki taraftaysa düşüktür. Taşınmanın bir yöne doğru olması ve yoğunluğun bir tarafta yüksek tutulabilmesi için bu şarttır. ŞEKİL 1.46 Uniport ve kotransport yolu. Aktif taşıma tipi olan Simport ve Antiporta iki yada daha fazla molekülün birbirine bağımlı transportudur. Eğer taşınım membranın iki tarafına göre aynı yönde ise simport, farklı yönlerde ise antiport adını alır. Böbreklerde ve sindirim kanalında glikoz aktif rezorpsiyonu sekonder aktif transporta örnektir. Hücrenin diğer yüzeyinde(bazal membran tarfında) aktif Na+/K+ pompası vardır. Bu mekanizma Na+ iyonlarını hücrenin iç kısmından dış kısmına(kapiller damara) taşır. Bu yüzeyde ise glikoz için pasif bir transport mekanizması(GLUT) vardır. Sodyum-glikoz Cotransport mekanizması lümene ait hücre membranlarında(Epitel hücrelerin lümen yüzeyinde) bulunmustur. Protein yapısındaki taşıma proteinleri inhibitör maddelerle durdurulabilir. Örneğin Oubain Na+/K+ ATP az pompasını inhibe edebilir. Bazal lamina kısmında bulunan (Kontraluminal tarafında) hücre membranınında eritrositlerde tanımlanana benzer sekilde glikoz transport mekanizması, floretin tarafından inhibe edilebilir. Luminal hücre membranlarının Na+-glikoz Co-transport mekanizması florizin tarafından inhibe edilir. Sodyum iyonları, yeterli glikoz molekülleri varsa elektrokimyasal potansiyel gradyanı boyunca böbrek veya sindirim sistemi lümeninden hücreye girer. Sodyum, hücre dışında içerideki miktarından 10 kat fazladır. Potasyumsa, hücre içinde dışa göre 30-35 kat daha fazladır. Bu iyonların hücre içinde ve dışındaki yoğunluk farkı, aktif taşınmayla muhafaza edilir. Na-K pompası, bu sistemle çalışır. Taşıyıcı molekül, hücre içinden 3 mol sodyumu hücre dışına taşır. Arkasından da hücre dışından 2 mol potasyumu hücre içine taşır. Tüm bu olaylar için 1 mol ATP kullanılır. Na bağlı glikoz taşıma proteini bir glikoz molekülü bir veya iki sodyum iyonuna bağlanır. Böylece intrasellüler glikoz konsantrasyonu, kan tarafındaki diğer ortamdakinden daha 59 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ fazla oluncaya kadar artar. Glikozun kolaylaştırılmış difüzyonla taşınması mümkündür. Bu durumda glikoz molekülleri pasif mekanizma ile kana geçebilir(GLUT). Glikozun lümenden kan tarafına tasınması devamlıdır. Hücrenin her iki tarafındaki sıvı hacimleri içersinde mutlak olarak aynı bilesim olsa bile bu işlem sürer. Sodyum transportu azalırsa, mesela oubain ile o zaman glikoz transportu da azalırr. Glikoz konsantrasyonu azalırsa, sodyumun aktif transportu da azalır. Sekonder aktif transport esas olarak tüm epitelyal dokularda bulunur. Böbrekte sekonder aktif transport mekanizması bikarbonat, protonların sekresyonu ile beraber glikoz, amino asit, monokarboksil ve dikarboksil asitler, safra asiti, fosfat, sülfat ve kalsiyum iyonlarının rezorpsiyonundan sorumludur. Glikozun sodyuma transpotunda SGLT denen transtport proteinleri bu taşımada görev alır. İntraselüler ortama giren sodyum daha sonra sodyum-potasyum ATPaz pompası ile hücre dışına atılmaktadır. Oral rehidratasyon(su kazandırma) sıvılarında sodyum ve glukoz beraber verilmektedir. Çünkü sodyum ve glikoz birbirlerinin emilimini incebarsak düzeyinde kolaylaştırırlar. Sodyum ve glikoz böbrek tübüllerinde de geri beraber emilir. Diabetik hastalarda filtratta glikoz fazla olması nedeniyle daha fazla olan glikozun geri emilimi için daha çok sodyum ve bunla beraber su emilir. Primer aktif taşıma Na-K ATPaz Sodyum-potasyum pompası (Na+- K+) sodyum iyonlarını hücre dışına taşırken, aynı anda potasyum iyonlarını da hücre dışından içine taşır. Bu pompa vücuttaki bütün hücrelerde vardır. Pompa, hücre içinde negatif bir elektiriksel potansiyelim oluşmasının yanı sıra, sodyum ve potasyum konsantrasyon farklarının korunmasından da sorumludur. o Sodyum-potasyum pompasında hücrenin içine doğru çıkıntı oluşturan tarafında sodyum iyonlarının bağlanması için üç reseptör bölgeye sahiptir. o Dış tarafında potasyum iyonları için iki reseptör bölgeye sahiptir. o Proteinin iç tarafında sodyumun bağlanma yerlerine yakın ya da ona komşu bir bölge ATP-az aktivitesi gösterir. ŞEKİL 1.47 Na-K ATPaz. • • • Proximal tübülde Na+’un geri emilimi, Distal tübülde Na’un geri emilimi ve Kas sarkoplazmasında Ca2+’un geri emilimi aktif taşıma ile yapılır Na-K ATPaz membran dinlenme potansiyelinin oluşturur. Hücreden ne iyon çıkışı(katyon çıkışı) sağlar. Na-K ATPaz çalışmaması sonunda hücre içi iyonların bağlı olarak su girişi ile hücre patlar. 60 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Primer aktif taşıma Ca ATPaz Kalsiyum (Ca 2+ ) hücre içinde sekonder haberci olması gibi birçok önemli rolleri vardır. Serbest kalsiyum bezlerden salgılama için, çizgili kas hücrelerinde kasılma yada döllenmiş yumurta tetiklenmesinde görev yapabilir. Serbest kalsiyum hücre içinde düşük konsantrasyonları muhafaza edilmesi için kalsiyum pompaları çalışır. İskelet kas sarkoplazmik retikulumun zarında bulunan ATPase ve sitozol içinde, hücre membranda bulunan kalsiyum pompaları kalsiyum hücre içinde Sarkoplazmik retikülüm yada ekstra sellüler sıvı içine pompalar. Bu pompalama işi primer aktif transport mekanizmasına örnektir. Kalsiyum iyonları normal olarak vücuttaki tüm hücrelerde intraselüler sıvıda gerçekten çok düşük konsantrasyonda, ekstrasellüler sıvının 1/10.000 oranında bulunur. Bu amaçla iki kalsiyum pompası çalışır. Bunlardan biri hücre membranındadır ve kalsiyumu hücreden dışarıya pompalar. Diğeri, kalsiyum iyonlarını, kas hücresinin sarkoplazmik retiküluma veya tüm diğer hücrelerde mitokondriler gibi bir veya birden fazla vesiküler organelin içine pompalar. SERCA, yada sarko/endoplasmik retikulum Ca2+-ATPaz, SR Ca2+-ATPaz, ATP varlığında sitoplazmadan endoplasmik retikulum kalsiyum iyonu pompalayan primer aktif taşıma yapan bir taşıma sistemdir. ŞEKİL 1.48 Ca taşınmasın kullanılan yollar.. Sekonder Aktif Taşıma Na -Glikoz ve Amino asit coportu Metabolik falliyetlerin düzenlenmesinde anahtar rol üstenen iki önemli molekül olan Glikoz ve aminoasitlerin çoğu hücrelerin içine büyük konsantrasyon gradyanlarına karşı taşınır. Yani hücre içinde yüksek konsantrasyonda olmalarına karşın ekstrasellüler sıvıdan ATP kullanılarak hücre içine pompalanırlar. Bu taşıma maddelerin taşıma mekanizması sekonder aktif taşımadır. 61 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.49 Sekonder aktif taşıma ile glikozun barsak epitelinde emilimi Taşıyıcı proteinlerin, dış tarafta, biri sodyum, diğeri glikoz için olmak üzere iki bağlanma yerine sahiptir. Aynı zamanda sodyum iyonlarının konsantrasyonu dışarı da çok yüksek, içerde çok düşüktür. Bu taşınma için gerekli olan enerjiyi sağlar. Taşıyıcı proteinin spesifik bir özelliği glikoz molekülü bağlanıncaya kadar sodyum iyonlarının içeriye hareketine izin veren konumsal değişikliğinin ortaya çıkmamasıdır. SGLT taşıma proteinleri glikoz sodyum simportu ile lümenden glikoz alır. SLGT2, Sodyuma bağımlı glikoz cotransporters (ya da sodyum-glukoz bağlanmış taşıyıcı , SGLT ) ailesidir glükoz taşıyıcıdır. Bağırsak mukoza ( ince barsak bölgesinin) ve nefronlarda proksimal tübül içinde bulunur. böbrek glikoz geri emiliminin katkıda bulunur . Böbreklerde glikozun % 100 kısmını geri emilir. Glomeruluslarda glikoz % 98 nefron boyunca SGLT2 ile yeniden absorbe edilir. Çok yüksek plazma glukoz konsantrasyonu ( hiperglisemidurumunda ), glikoz idrarla atılır. (glikozüri) SGLT2 sodyum ile glikoz arasında 4900 kadar çalışırken SGLT1 bu oran 70 dir.Barsak hücresinden kana glikoz verilmesi, başka bir taşıma proteini GLUT5 tarafından yapılır. ŞEKİL 1.51 Barsakta kullanılan kotransport yolu. Membran reseptörü ikincil haberci Pankreastan beta hücrelerinden salgılanan insülin, ve IGF-1 (insülin benzeri büyüme faktörü), farklı hücrelerden sentezlenen büyüme faktörleri (EGF, FGF, PDGF gibi growth faktörler) tirozin kinaza bağlı reseptörleri kullanırlar. İnsülin tirozin kinazın 62 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ beta kuyruğunu aktive eder. Hipofizden salgılana büyüme faktörü ise JAK-STAT’ı sekonder haberci sistemeni kullanır. İnsülin hücre dışında yer alan zar proteinlere bağlanır. İnsülin bağlanması Triozin kinaz bir araya gelmesine yol açar ve bu durumda oluşan dimer aktif hale gelir. Aktif forma gelen triozin kinaz fosforilazyon şelalesi meydana getirirek İkincil habercilerde etkisini gösteririr. ŞEKİL 1.52 Membranda buluna hormon reseptörleri Hormon bağlanmış triozin kinaz bir seri protein üzerinde fosforilasyon şelalesi oluşturarak tek bir moleküle karşın 106 kadar değişime uğramış aktif madde sentezine yol açabilir. Bu yola çok küçük miktardaki haberleşme molekülleriyle(sinyal moelkülleri yada hormonlar) büyük miktarda etki yapmak mümkündür. Fosforilasyon şelalesi sinyal molekülü varken hızlı ve artılmış bir yanıt oluşumu imkânı verir. Benzer şekilde sinyal molekülünün( yada hormonun) ortamdan uzaklaşması, yıkılması durumunda hücresel yanıtın hızla durmasına olanak tanır. Bir hormona veya nörotransmitter'e duyarlı reseptörlerin sayısını artırarak veya azaltarak hücreler bu moleküle olan duyarlılıklarını ayarlayabilirler. Bu bir geri besleme mekanizmasıdır. Bir uyarıya uzun süreli veya tekrarlı maruz kalmak çoğu zaman bir reseptörün o uyarana düşük tepki vermesine yol açar, buna reseptör duyarsızlaşması denir. Reseptör duyarsızlaşması (desensitizasyonu) liganda olan afinitenin azalmasına yol açar. Ligand-bağlı reseptörlerin duyarsızlaşması (desensitizasyonu) ilk kez nikotinik asetilkolin reseptörlerinde gösterildi. Duyarsızlaşma aşağıdaki şekillerde olabilir: Reseptör fosforilasyonu. Reseptör effektör moleküllerinin ayrışması. Ekzositoz Proteinlerin ve buyuk molekullu maddelerin transportu icin ozel transport mekanizmaları vardır. Tasınacak olan madde membranın bir parcası ile paketlenir. Hücre icersine alınırsa endositoz veya önceden oluşmuş ve hücre duvarına temas ile icindekileri hücre dısına bosaltırsa ekzositoz adı verilir. Bu sekilde proteinler veya daha büyük partiküller, hücre parcaları veya bakteriler sindirim icin hücre icersine alınır. Bunun yanında hücrede üretilen hormon ve enzimler de dıstaki ortama serbest bırakılırlar. Endositozun ilk adımında makromolekullerin membran yuzeyindeki spesifik bağlanma yerlerine bağlandığı gözlenir. Bağlanma olayı canlı membran materyelinde lokal formasyonunu tetikler. Kesin olarak istirahat durumundaki lipid komposizyonu ve protein dağılımı farklılasır. Yeni oluşan hücre membranının iki lipid tabakasında yuzey gerilimin değismesinden dolayı membranın invaginasyonu görülür. Bu vesikuller hücre duvarından ayrıldıktan sonra lizozomlar tarafından sindirilir. Hücre içinde 63 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ sentezlenen çeşitli maddelerin hücre dışına çıkartılması olayına sekresyon denir. Ökaryotik hücrelerin birçoğu sekresyon yapabilirler ve sekresyon hemen her zaman ekzositoz yolu ile yapılır. Hücre dışına çıkartılan maddelerin üç yoldan birini izler. Bunlar ya ekzositoz oldukları hücrenin yüzeyine tutunurlar, ya ekstraselüler matrikste kalırlar ya da kan dolaşımına katılırlar. ŞEKİL 1.53 Ekzositoz. Endositoz Birçok hücrede endositoz sürekli olarak meydana gelir ve bu tip endositozda ekstraselüler matriks ve bunun içinde çözünmüş maddeler, veziküller içinde hücreye girerler. Buna sıvıfaz endositozu (pinositoz) denir. Başka bir tip endositoz ise ancak hücre endositoz için uyarıldığı zaman görülür. Buna reseptör aracılı endositoz denir. Pinositoz, çok büyük moleküllerin hücre içine girebilmesinin tek yoludur, örneğin proteinlerin çoğu bu yolla hücre içine alınır. Bu tür moleküllerin hücre zarıyla temaslarının artması pinositik vezikül oluşumunu artırır. Pinositotik veziküllerin oluşma hızı bu tür moleküller membranın dış yüzüne değince artar. Bu moleküler genellikle absorbe edilecek proteine- reseptöre bağlanır, reseptörler hücre membranının dış yüzeyinde kaplı (örtülü) çöküntü (ceplerde) yoğunlaşmış olarak bulunurlar. Bu ceplerin hücre içine bakan bölümünde Klathrin adı verilen bir fibriler protein aktin ve miyozin gibi kontraktil bir ağ oluşturur. 64 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.54 Klatrin kaplı çukurlarla endositoz Klatrin, hücre dışı veziküllerin belirli bir şekle kavuşması için rol oynayan temel proteinlerdir ve sitoplazmada küçük vezilküller oluşmasını kolaylaştırır. Protein molekülleri reseptörlerine bağlandığı zaman membıamn yüzey özellikleri, tüm cebin hücre içine doğru çökmesine neden olacak biçimde değişir. İçe çöken cebin çevresindeki proteinler, az miktarda ekstıaselüler sıvıyla birlikte reseptöre tutunan proteinlerin etrafının sarılmasını sağlar. ŞEKİL 1.55 Ekzositoz ve endositoz. Reseptörle sağlanan endositoz; LDL’lerin hücre içine alınmasında, epidermal büyüme faktörünün hücreye alınmasıda, sinir büyüme faktörünün hücreye alınmasında, difteri toksininin hücreye alınmasında, virüslerin hücreye alınmasında görev(HIV virüsünün T lenfoistlerin CD4 reseptörlerine bağlanması) alır. 65 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Sitoplazma Hücrenin esasının protoplazma adı verilen pelte kıvamında kütle oluşturur. Hayat bu kütle içerisinde meydana gelen fizikokimyasal reaksiyonlar sonucu devam eder. Hücrenin yapısına Proteinler, karbonhidratlar, yağlar en fazla miktarda ise su katılmaktadır. Ayrıca Na, Ca, K, P gibi mineraller, enzimler, vitaminler, hormonlar da katılır. Hücrenin metaboliz faaliyetlerinin gerçekleştiği yerdir. Sitoplazma, farklı büyüklükte ve dağınık durumda partiktül ve organelle doludur. Partiküllerin içinde dağıldığı sitoplazmanın berrak sıvı kısmına denir. Bu sıvıda çözünmüş proteinler, glikoz ve elektrolitler (Ca, K, Mg) bulunur. Hücrenin önemli metabolik faaliyetleri (hücre hareketi kasılması, glikolitik evre, hücrenin bölünmesi ve enerji dönüşümleri gibi) sitoplazmik matrikste yer alır. Sıvı kısım sitozol Sitozolun büyük kısmını (%90) su oluşturur. Bu oran bazı canlılarda %98’e kadar yükselebileceği gibi, sporlarda ve tohumlarda %5-15’e kadar düşebilir. Sitozolda organik ve inorganik (kuru madde) maddelerin oranı %10–40 arasında değişir. Kuru maddelerin %90’ını organik,%10’unu da inorganik maddeler oluşturur. Sitozolda en çok bulunan kuru madde protein molekülleridir. Ayrıca sitozolda; yağ, vitamin, hormon, organik ve inorganik asitler bulunur. Sitozolda bulunan önemli inorganik maddeler Na, Ca, K, P, Mg, Fe’dir. Bu elementlerin hücredeki fonksiyonlarını şöyle özetleyebiliriz: Bazı biyo-moleküllerin yapısına girerler. Örneğin Fe hemoglobinin yapısına katılır. Osmotik basıncın oluşmasını yani hücrede belli bir yoğunluk oluşturarak, suyun hücreye girmesini sağlar. Düzenleyici olarak görev yaparlar. Yarı akışkan, yoğun bir maddedir. Hücre sudan yoğun olup suyun içine atıldığında dibe çöker. • Sitoplazma protein, karbonhidrat, yağ, vitamin, mineral, enzim ve su gibi organik ve inorganik maddelerden oluşmuştur. Yarı akışkan bir sıvıdır. Sitoplazmanın sıvı kısmına sitozol denir. Sitoplazmanın % 90’ını su oluşturur. • Görevi: Biyokimyasal reaksiyonlar için zemin oluşturmak • Organellere yataklık etmek • Organellerin hareketini sağlamak Sitoplazma yer alan proteinler globuler ve ipliksel yapıdadırlar. Bu proteinler hücrenin gereksinimine göre iplikçikler (mikroflaman) yada borucuklar oluştururlar. Mikroflamanlar: ipliksel ve globuler proteinlerden oluşur. Mikrotubuluslar: globuler protein içerir. Globuler proteinler lipidlerle işbirliği yaparak membranları oluştururlar. Bu tür lipopratein yapıdaki membranlara unit membran- elementer membran adı verilir. 66 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Endo plazmik Retikulum Endoplazmik retikülüm agranüler ve granüler olmak üzere hücre sitoplazmasının her tarafında yaygındır ve kanalcıklar, veziküller ve keseler gibi yapılardan oluşmuştur. Intrasellüler kalsiyumun en yüksek olduğu organeller endplazmik retinakulum ve mitokondridir. Endoplazmik retikulum membranında sitokrom redüktaz ve glukoz fosfataz gibi enzimler bulunur. Granüllü endoplazmik retikulumun görevleri; kollajen, pıhtılaşma proteinleri, serum albunini ve immünglobulinler gibi hücre dışına gönderilecek maddelerin sentezidir. Granülsüz endoplazmik retikulumun steroid hormon sentezi, ilaç defoksikasyonu, kas hücrelerinde Kalsiyum regülasyonu gilokojen ve lipid metabolizmasında fonksiyonu vardır. Özellikle steroid sentezi yapan adrenal kortex hücrelerinde çok gelişmiştir. Endoplazmik retikulum lipid, protein (ribozomlar aracılığı ile) ve kompleks karbonhidratların yapım yeridir. Endoplazmik retikulum hücredeki toplam membranların yarısından fazlasını oluşturur. Endoplazmik retikulum iki membrandan oluşur, iki membran arasında kalan boşluğa endoplazmik retikulum lümeni denir. İki tip endoplazmik retikulum vardır. • Granüllü Endoplazmik Retikulum: Üzerinde ribozomlar vardır. Sisterna denilen yassılaşmış keseler şeklindedir. Salgı ve zar proteinleri yapılır. • Düz Endoplazmik Retikulum: Ribozomları yoktur, tüplerden oluşan bir ağ şeklindedir. Endokrin bezler ve yağ sentezinde görevlidir. Ribozom ve diğer organellerde sentezlenen bazı maddeler ER’daki enzimlerle işlenir ve Golgiye aktarılır. Düz E.R. işlevi Farklı hücre tiplerinde düz ER değişik metabolik süreçlerde görev alır. Bunlar arasında lipid sentezi, karbonhidrat metabolizması ve ilaç ya da zehirlerin detoksifikasyonu bulunur. Düz ER de bulunan enzimler yağ, fosfolipid ve steroid gibi farklı lipidlerin sentezinde görev alırlar. Düz ER de üretilen steroidler ör: eşey hormonları. Karaciğer hücreleri düz ER nin karbonhidrat metabolizmasındaki önemlidir. Karaciğer hücreleri karbonhidratı bir polisakkarit olan glikojen şeklinde depolar. Glikojenin hidrolizi karaciğer hücrelerinden glukoz salınmasına yol açar. Bu olay kan şekerini düzenler. Ancak glukojen hidrolizinin ilk ürünü glukoz fosfattır. İyonik formdaki bu şeker hücreyi terk ederek kana karışamaz. Karaciğer hücrelerinin düz ER zarı içinde bulunan bir enzim, glukozdaki fosfatı uzaklaştırır ve serbest glukoz hücreyi terk eder. Mikrocisimcikler : ER dan köken alırlar. Karaciğer epitellerinde ve böbrek kanallarında çok bulunurlar. Hidrojen peroksidin yapım(ürikaz) ve yıkımını sağlayan(katalaz) peroksidaz grubu enzimleri içerirler. Mikrocisimciklere aynı zamanda peroksizomlarda denir. 67 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.56 Golgi aygıtın hücredeki fonksiyonu Düz endoplazmik retikülüm, karaciğer, adrenal korteks, kas, over, testis, plasenta, böbrek ve deride bulunur. Başlıca görevleri steroid sentezi, ilaç detoksifikasyonu, glikojen ve lipid metabolizması olan bu organel kas hücrelerinde triad ve diad yapısına katılarak kalsiyumun depolanması ve sitoplazmaya salınması olaylarında da rol oynar. Düz ER deki enzimler özellikle karaciğer hücrelerinin ilaç ve zehirleri detoksifiye etmelerini sağlar. Detoksifikasyon genellikle ilaçlara hidroksilyüzeyinde gruplarının eklenmesi ile • Granülsüz endoplazmik retikülüm sitoplazmik ribozomlar gerçekleştirilir. Hidroksil grupları ilaçları çözünür hale getirir dolayısıyla vücuttan atılmalarını içermezler. kolaylaştırır. Kas taki ER sarkoplazmik retikulm zarı kalsiyum iyonlarını sitosolden sisternal alana pompalar(SERCA). Kasdüzhücresi bir sinir hücresi süreçlerde tarafından görev uyarıldığında, • Farklı hücre tiplerindeki ER değişik metabolik sisternedeki Kalsiyum ER zarını geçerek tekrar sitosole çıkar kas hücresinin kasılmasını alırlar. Bunlar arsında tetikler. • Granüllü ER İşlevi lipid sentezi (fosfolipid, steroid) Salgı proteinlerinin yapılmasını sağlar. Granüllü ER kendi zar fosfolipidlerini yapar; ER • Karbonhidrat metabolizması zarında yerleşmiş olan enzimler sitosolden gelen fosfolipid öncülerini biraraya getirirler. ER zarı genişler ve transport vezikülleri şeklinde iç-zar sisteminin diğer bileşenlerine aktarırlar. • İlaç ya da zehirlerin detoksifikasyonu bulunur. Ribozom Ribozom, ribozomal RNA (rRNA) ve proteinlerden oluşmuştur ve hücrenin protein sentez yerlerine verilen addır. Virüsler hariç tüm hücrelerde bulunur. Sitoplazmada serbest veya endoplazmik retikulum'a bağlı olarak bulunan 120-200 Å (angstrom) çapında yapılardır. Ribozomun yaklaşık %65 kadarı rRNA, geri kalan %35'lik bir kısmı ise ribozomal proteinlerden oluşur Ribozomlar protein sentezlerinin yapıldığı merkezlerdir. Protein 68 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ sentezleneceği zaman DNA'nın yarım dizisi karşısında sentezlenen mRNA zinciri ribozomun 40S'lik küçük alt birimine bağlanır. ŞEKİL 1.57 Ripozomda protein sentezi ŞEKİL 1.58 tRNA 69 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Ribozomlar tek tek yahut gruplar halinde bulunurlar. Tek bulunanlara monomer ribozom, gruplar halinde bulunanlara ise polizom veya poliribozom denir. Bunlar ayrıca hücrenin tipi, gelişmesi ve fonksiyonuna göre ya endoplazmik retikulum'a bağlı veya sitoplazmada serbest olarak bulunurlar. Endoplazmik retikulum'a bağlı olanlar hücre dışına verilecek proteinleri (pankreas, sindirim enzimleri v.b) serbest ribozomlar ise hücrenin ihtiyaç duyduğu yapısal proteinleri sentezler. ŞEKİL 1.59 DNA üzerindeki bilgilinin protein haline gelinceye kadar değişmesiGolgi Aygıtı Golgi kompleksi hem yapı hem de fonksiyon yönünden endoplazmik retikulum ile yakından ilişkilidir. Bu organel birbirine paralel bir dizi membranöz kanaldan oluşur ve salgı yapan hücrelerde iyi gelişmiştir. Golgi kompleksinin fonksiyonu endoplazmik retikulumda sentezlenen maddelere son şeklini vermek ve bu maddeleri bir membranla çevrelemektir. Ayrıca hücre zarının yenilenmesi ve yüzeyinin genişletilmesi görevini de üstlenir. Uzun zaman, pek önemli bir organel olmadığı gerekçesiyle, dikkate alınmayan Golgi aygıtı son zamanlarda hücre zarının özgüllüğünü saptamada önemli görev almaşı nedeniyle, dikkatleri üzerine çekti. Çünkü hücre zannın özgüllüğü karbonhidratlarla saptanmaktadır ve karbonhidratlar da Golgi aygıtı'nda sentezlenmektedir. Bazı karbonhidratların, proteinler gibi kalıtsal denetim altında sentezlendiğine ilişkin kanıtlar vardır. Kan grupları ve immunokimyasal incelemeler bunu göstermektedir. Protein glikosilasyonu Endoplazmik reikülümü da başlar Golgide devam eder. Zarların protein ve fosfolipidleri de değiştirilebilirler. Örneğin çeşitli golgi enzimleri glikoproteinlerin oligosakkarit kısımlarını değişikliğe uğratırlar. 70 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.60 Golgi aygıtı. Oligosakkaritlerin proteinlere eklenmesi, granüllü Endoplazmik retikülüm üzerinde protein sentezlenirken gerçekleşir. Ortaya çıkan glikoprotein, Endoplazmik retikülünün geri kalan kısmı ve Golgi içinden geçtiği sırada değişikliğe uğratılır. 71 H A Y V A N • F İ Z Y O L O J İ S İ Hücreler tarafından salgılanan birçok polisakkarit Golginin ürünüdür. Lizozom Hidrolitik enzimler içeren zar ile çevrili organeldir. Asit fosfataz, esteraz, sülfataz, katepsin ve beta-glukuronidaz gibi enzimler içerir. Lizozomlar lipoprotein yapısında bir membranla çevrilidir. Olgunlaşmasını tamamlamış lizozomlar yani henüz bir madde ile karşılaşmamış lizozomlara primer lizozom denir. Hücre dışından alınmış yabancı maddeyi içeren vezikülle (fagozom) birleşmiş olan lizozomlar ise sekonder lizozom olarak bilinir. Hücre içinde yaşlanmış ve işlevini yitirmiş organellerin unit zarla çevrilip bir primer lizozomla birleşmesiyle otofajik vakuoller oluşur. Uzun yıllar hücrede kalan otofajik vakuoller lipofuksin pigmenti içerirler. Primer lizozomlardan oluşan sekonder lizozomlara otofagozom denir. Lizozomlar özellikle fagositik aktivite gösteren makrofajlarda bol miktardadır. Lizozom membranı lizozomun hücreyi tümüyle sindirmesini önler. Hidrolitik enzimler ve lizozom zarı, granüllü ER tarafından yapılır. Daha ileri değişiklikler için Golgi aygıtına gönderilir. enzimlerinin 4 çeşit etki tarzı vardır; • Lizozom sia 1) Akyuvar ve makrofajler doku harabiyeti olan yere hücum ederler. Burada lizozomlar hücre içine alınan partikülleri sindirirler. • galaktoz, 2) Otofaji; yaşlanmış organellerin yıkımı ve açlık hali • hyalüronik a 3) Otoliz; hücrede tamir işlevi durunca ve ölüm hali. Putrifikasyon birdenbire oksijensiz kalan hücrede lizozom membranı yırtılır. Bazı hücre zehirleri aynı durumu yaratır. Hücrenin kendisi ve civar dokular parçalanır. • kondroitin s 4) Tiroid bezi hücrelerinden hormon salınma mekanizması. ŞEKİL 1.61 Troid hormonun sentezi ve kemik yıkımda lizozom Lizozom enzimleri daha çok hafif asidik ortamlarda etkendir. Hücrede birçok işlevinin yanısıra, bozukluklannda bazı hastalıkların ortaya çıkmasına neden olurlar. Örneğin, soluduğumuz havadan alınan karbon parçacıkları, akciğerimizdeki fagositlerde yıllarca kalmasına karşın, silisyum dioksit, fagositlerin lizozomuna girer ve oranda bulunan enzimlerin etkisiyle, kristallerinin üzerinde silisik asit oluşur. Silisik asidin hidroksil grupları, hücre zarının yapısında bulunan fosfolipit ve proteinlerin bazı gruplarıyla çok sıkı hidrojen bağları kurar. 72 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Böylece hücre ve lizozom zarları zedelenir. Ayrıca silisyum dioksit taşıyan fagositler hücre dışına bir madde salgılarlar. Bu madde, özellikle akciğerdeki bağ dokunun bir çeşit fibröz dokuya dönüşerek esnekliğin yitirmesine neden olur. Bnezer olarak aspest kristalleri benzer durumu oluşturur, özellikle mezotelyum (vücut boşluğunu astarlayan zar) kanserlerini meydana getirir. Vitamin A zehirlenmesine bağlı lizozom membran hasarı Yüksek seviyede alınan A vitamini lizozom membranı etkiler ve membranı bozar. Deney hayvanlarında kemik ve kıkırdak dokuda lizozom enzimleri serbest kalmakta, bu nedenle kemikler kolayca kırılmaktadır. ŞEKİL 1.62 ROS hücre membranı üzerindeki etkisi A vitamini lizozom membranını zayıflatır, ancak kortizon ise daha stabil hale getirir. Kortizonun yangı olayını azaltması veya durdurması, lizozom membranı üzerinde olan etkisi ile izah edilebilir. Lizozomlar kendi hücresi içerisindeki bazı maddeleri ya da organelleri (çoğunluk işlevlerim bitirmiş ya da bozulmuş) de sindirir. Sindirim kofullarının içinde ribozom ve mitokondrilere rastlanır. Fazla A vitamininin kemiklerdeki ve kıkırdaktaki lizozom enzimlerim serbest bıraktığı ve dolayısıyla kemikleri kırılır bir duruma geçirdiği; fakat yeterli miktarlarda da yaşlı hücreleri yok etmeyi sağladığı için genç kalmada yardımcı olduğu saptanmıştır. 73 H A Y V A N ŞEKİL 1.63 F İ Z Y O L O J İ S İ A vitaminin yapısı . Kanser ve lizozom Silika ve asbest tozlarının uzun süre solunum havası ile alınmaları sonucu silikozis ve asbestos hastalıkları meydana gelmektedir. Asbest partiküllerine maruz kalmada bazı tür kanserlerin görülmesi, lizozomlar ile bu tür kanserler arasında bir ilişki olabileceğini düşündürmektedir. Fagositlerin ölümü, kollajen fibrillerini sentezleyen ve salan fibroblastlarda başka bir reaksiyona sebep olarak fibröz doku yapımını kamçılamaktadır. Lizozomlar ve Gut hastalığı Gut, Metabolik bir bozukluk nedeniyle mono-sodyum ürat kristallerinin oynak yerlerinde toplanması sonucu ortaya çıkan bir hastalıktır. Sodyum ürat kristalleri fagositler tarafından alınır. Bu hastalıkta lizozom enzimleri serbest kalmakta GUT hastalığında görülen ağrı ve yangı olayları lizozomlardan ileri gelmektedir. Kanda ürik asit miktarı artar, eklem yerlerinde ürik asit kristalleri toplanır. Bu kristaller plazma kininlerini aktive eder. Plazma kininleri ağrı meydana getiren kimyasal maddelerdir. Lizozomlar ve Yangı Kızarıklık, Sıcaklık, Şişlik, Ağrı ile kendisini gösteriri, Yangılı doku ve hücrelerden kapiler permeabilitesini arttıran histamin, seratonin ve bradikinin gibi maddeler açığa çıkar. Bradikinin serum proteinlerinin enzim etkisi ile parçalanması sonucu meydana gelen bir peptiddir. Yangıdaki doku tahribi bradikinin şekillenmesi lizozom proteazları tarafından yapılmaktadır. Lizozomların işlevi;- dokuların gerilemesi Aktivitesi azalan dokuda lizozomal aktivite artar; -gebelikten sonra uterusun gerilemesinde, sütten meme bezinin • kesince —hücrelerin otoliziküçülmesinde ve çalışmayan kasların atrofisinde lizozom görev alır. • —hücresel sindirim işlevi Peroksizomlar Çeşitli substratlardan O2’e H+ aktararak, yan ürün olarak H2O2 oluşturan enzimler içerirler. Hücre için zehirli olabilecek maddeleri oksitleyerek zehirsiz hale getirirler. (örn. • —yumurtanın döllenmesi alkol) H2O2’ in fazlası hücre için toksiktir. ve bunu katalaz enzimi parçalar. H2O2- Katalaz enzim sistemi; hücredeki zararlı molekülleri oksitleyip etkisiz kılar. • —corpus luteum dejenerasyonu 74 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Mitokondri ve Enerji Üretimi Hücrenin ihtiyaç duyduğu ATP’nin sentezlendiği yerdir. Mitokondri hücrede kendini bölünerek yenileyebilen tek organeldir. Mitokondri iç zarı kristalar oluşturmak üzere katlantılar yapmıştır. İç membran yarı geçirgen yapıdadır. Iç zarda fosforilasyon enzimleri, elektron transport sistemi bulunur. Matrikste kalsiyum içeren yoğun matriks granülleri bulunur. Mitokondriumda A, C ve E vitaminleri bulunur. Mitokondride TCA enzimleri bulunur. (amorf matrikste) Membran vezikül ve vakuol gibi üç farklı komponentten oluşmuştur. Intraselüler su miktarının ayarlanmasında görev alırlar. Belirli hücre ürünlerinin sindiriminde görevlidir. Hücre solunumun yapıldığı merkezlerdir. Hücrenin ATP üretim yeridir. Yani enerji santralidir. Bu organelde birim zar ile çevrilidir. İçteki zar kıvrımlıdır. Bu kıvrımlara “krista” denir. Mitokondrinin kendine ait DNA, RNA, ETS (elektron taşıma sistemi) ve ribozomu vardır. ETS’ si olduğundan kendi enerjisini üretir. Lenfosit ve epitelyal hücrelerde az sayıda mitokondri bulunurken, midenin parietel hücreleri, böbrek tübül hücreleri, karaciğer hücreleri ve adrenal korteks hücreleri gibi yüksek metabolik aktiviteye sahip hücrelerde bol miktarda bulunur. Örneğin bir karaciğer hücresinde (hepatosit) 2000–3000 adet mitokondri bulunabilir. ŞEKİL 1.64 Mitokondri ve ATP sentezi. Mitokondri DNA’ sı olduğundan kendini eşleyebilir. Ayrıca mitokondri oksijenli solunumun yapıldığı yerdir. Oksijenli solunum sayesinde ATP üretilir. Hücre için gerekli enerjinin (ATP) elde edildiği organeldir. Kendi DNA, RNA, ribozom ve proteinleri olan mitokondri, kendisi bölünerek yenilenebilen tek organeldir. Mitokondride iç ve dış olmak üzere çift ünit zar vardır. Fosforilasyon enzimleri, elektron transport işlemi iç zar (kristalar. yağ asitleri karnitin aracılığıyla buraya geçer) üzerinde yerleşmiştir. Bu nedenle yapısında en çok protein olan membran mitokondri iç zarıdır (Lipit/protein oranı en yüksek yapı miyelin kılıftır). Matrikste ise kalsiyum içeren yoğun matriks granülleri izlenir. TCA siklusu enzimlerinden sadece süksinat dehidrogenaz iç zarda yerleşmiştir. Mitokondrinin biyokimyasal markerı glutamat dehidrogenazdır (matriks enzimi). P53 geninin bax protein ürünü mitokondri iç zarında kanal oluşturur. Matrikste bulunan sitokrom C bu kanaldan sitoplazmaya çıkar. Sitokrom C apopitozisi başlatan enzim olan caspase’ı aktive eder. Caspase (C-cysteinn, asp-aspartat, ase) enzimi proteinleri sistein ve aspartat rezidülerinden parçalar. Apopitozis gerçekleşmiş olur. 75 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.66 Enerji üretimi Kemoosmotik Atp sentezi Kemiosmoz; iyonların, elektrokimyasal gradyanı azaltmak için seçici geçirgen bir zardan geçme hareketidir. Hücresel solunumdaki ATP sentezinin gerçekleşmesini sağlayan enerjinin büyük bir kısmı hidrojenlerin yaptığı bu hareketten karşılanır. İyonlar şekildeki gibi bir kanaldan geçirildiğinde, sahip oldukları potansiyel enerji, kimyasal reaksiyonları gerçekleştirmek için kullanılabilir. Hidrojen iyonları (protonlar) proton konsantrasyonun yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere doğru difüzyon hareketi yaparlar. ŞEKİL 1.67 ATP. ATP-sentaz kemiosmoz aracılığıyla ATP sentezleyen enzimdir. ATP-sentaz protonların zardan geçmelerine imkan vererek; protonların sahip oldukları kinetik enerjiyi, ATP fosforilasyonu yapmak için kullanır. Bu mekanizmayla ATP üretimi kloroplast ve mitokondrinin yanı sıra bazı bakteri türlerinde de görülür. 76 H A Y V A N ŞEKİL 1.68 F İ Z Y O L O J İ S İ Farklı organellerde ATP sentetazi yapılması. Hücre iskeleti Görevi Hücre iskelteinin görevi hücreye desteklik ve şekil vermektir. Hücre iskeletinin temel işlevi çeşitli şekillerdeki hücre hareketini meydana getirmektir. Bunun dışında hücre içinde motor proteinlerin organelleri taşıması için bir yol oluşturmak hücre iskeletinin diğer görevidir. ŞEKİL 1.69 Hücre iskeleti elemanları. Mikrotübüller ve mikrofilamentler küresel proteinlerden oluştukları halde ara filamentler fibrilsi proteinlerden oluşur. Mikrotübüller 240 A° çapında, mikrofilamentler 70 A°, 77 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ara filamentler ise 100 A° çapındadırlar. Mikrotübül ve mikrofilamentlerin tek alt birimi olduğu halde ara filamentlerin 5 farklı alt birimi vardır. Mikrotübüller ve mikrofilamentler polimerizasyon için enerjiye ihtiyaç duydukları halde ara filamentler enerji ihtiyacı duymazlar. İntermedial Filamentler Vimentin, proteinlerin ara filaman (intermedial filament) ailesinin bir üyesidir. Ara filamanlar, ökaryotik hücrelerde mikrotübüller ve aktin mikrofilamanlarıyla beraber, hücre iskeletine oluşturur. Çoğu ara filamanın yapısı kararlı olsa da, vimentin değişken bir yapıya sahiptir. Vimentin organellerin yerini sabitlemeye yarar, hücreye esneklik sağlar ve hücre içinde kolesterol taşınmasında rol oynar. Vimentin ve mikrotübüller arasında sıkı ilişkiler vardır. İntermedial filamentler kontraktil olmayan, bulunduğu hücreye desteklik eden filamentler. Ara filamentler çapları 10-12 nm arasında değişen heterojen bir gruptur. Dayanıklı, devamlı fibriller olup elektron mikroskopta düz veya hafifçe bükülmüş şekilde görülürler. Ara filamentlerin 5 ana grubu vardır: 1.Sitokeratinler (cytokeratin veya prekeratin) Mikrofilamentler 2.Vimentin 7 nm çapında sert çubuklar halinde bulunur. Aktin moleküllerinden meydana Mikrofilamentler 3.Desmin (Skeletin), gelmişlerdir. Bir mikrofilament aktin alt birimlerinden oluşmuş ve birbiri üzerine sarılmış iki 4.Glial fibriler protein (GFAP, Glial fibriller) ve İki önemli görevleri vardır, birincisi zincirden meydanaasidik gelir. Tüm ökaryotik hücrede bulunurlar. 5.Nörofilamentler. hücre hareketini gerçekleştirmek ikincisi ise hücre şeklini korumak. Mikro filamentler değişik uzunlukta olabilen kontraktil protein iplikciklerdir. Hemen bütün hücrelerde bulunurlarsa da özellikle kas hücrelerinde çok miktarda bulunurlar (myofilament). Kas hücrelerindeki kasılma fonksiyonu aktin (actin) ve miyozin (myosin) arasındaki ilişkiye bağlıdır. Aslında “mikrofilament” terimi özellikle 6-8 nm kalınlığında aktin için uygun bir terimdir. Miyozin 15 nm kalınlığındadır ve kasın kalın miyofilamenti diye isimlendirilir. Kalın bir miyozin filamentinde 500 kadar miyozin başı vardır ve bunlar saniyede 510 defa aktin bağlayıp bırakabilir. Kas hücreleri dışındaki bazı hücrelerde aktin total proteinin %10’unu teşkil edebilir. Kas hücrelerindeki aktinin yapısı stabil iken diğer hücrelerde aktin parçalanıp yeniden yapılabilir. Mikrovillus içindeki filamentler aktin yapısındadır. Bunlar apikal sitoplazmadaki terminal ağlara tutunur ve kontraksiyonla mikrovillusda kısalma veya bükülmeye yol açarlar. Birçok hücrede plazmalemma altında ince bir tabaka oluşturan mikrofilamentler hücre membranının lokal hareketinde (örneğin fagositozisde) rol oynarlar. Mikrofilamentlerin sitoplazmik komponentlerin hareket ve hücre içi yer değiştirmelerinde (sitoplazmik akıntı) rolü olduğuna da inanılır. Mitozda hücrenin ikiye bölünmesine de katkıda bulunurlar 78 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Mikrotübüller Tüm ökaryotik hücrelerde bulunurlar. İçleri boş olan tübül duvarı, tübilin adı verilen globüler proteinlerden meydana gelmişlerdir. Hücre iskeletini oluşturmakla birlikte hücre içeride organellerin taşınması, kamçı ve sil yapısının meydana getirilmesi, sentrozomları oluşturmaları gibi birçok görevleri vardır. ŞEKİL 1.69 Kamçı hareketi . • Dynein aksonal iletide retrograt iletimden sorumludur (içi boş vezikülü taşır). • Kinezin aksonal iletide anterograt iletimden sorumludur (içi dolu vezikülü taşır). Hücre iskeleti deformasyona karşı hücre şeklini korunması sağlar ve mekanik direnç kazandırır; Hücre iskeleti HDM ile hücre arasında iletişim sağla böylece hücre ve hücrenin çevresini deforme ve hücreler göçü düzenlener. Hücre iskeleti hücre sinyal yollarında görev alabilir. Bu yolla hücre dışında madde alınması (endositoz ;)yada hücre bölünmesinde kromozomlarını hareketinde ve sitokinez - ana hücrenin iki kardeş hücreye bölünmesinde görev alabilir. Ayrıca, hücre zarından yapılan flajeller, kirpikler, lamellipodia ve podosomes oluşturulmasında görev yapar.Hücre iskeleti tarafından gerçekleştirilen diğer önemli bir işlev kas kasılmasıdır. Dynein silya yapısı içerisinde hareketi sağlar. Kinezin ise aktif hareket yapan silyanın kollarının eski hâline gelmesini sağlar. Dynein genetik olarak eksikse Kartagener sendromu oluşur. Dynein hareket ettirir. Kinezin eksi konumuna getirir. Dynein ve Kinezin Her ikisinin de ATPaz aktivitesi var. Dynein retrograt iletimden sorumlu – kutba doğru Kinesin antegrat iletimden sorumlu + kutba doğru Dynein silya yapısı içerisinde hareketi sağlar. Kinezin ise ise aktif hareket yapan silyanın kollarının eski haline gelmesini sağlar. 79 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Mikrotüpüllerin başlıca görevleri 1.Mitoz bölünmede: Sayıca artan mikrotubuluslar, hücrenin iki kutbu arasında yerleşerek iğ iplikçiklerini oluştururlar. Kromozomların kutuplara çekilmesinde katkıları vardır. Bölünmeden sonra mikrotubullerin çoğu kaybolur. 2. Yeni sil ve flagellum yapımı: Sentriol yeni silin gelişeceği yüzeye göç ederek sillerin başlangıç yeri olan bazal cisimleri oluşturur. 3. İletim: Sinir hücrelerinde akson boyunca ilerleyen nörotubuluslar hücre içi madde iletiminde görev alırlar. 4. Hücre iskeletini oluşturur. Hücre iç yapısına desteklik ederek, belli bir biçim ve dirilikte kalmasını sağlar. 5. Hareket: Silya ve flagellumun yapısına girerek hareketlerine katkıda bulunur. 6. Salgı atılması ve intrasellüler organel taşınması: Sentezlenen salgı maddelerinin hücre yüzeyine doğru hareket ettirilmesinde rolleri vardır. Kromozomların iğ iplikçiklerine hareketi, melanositlerde melanin pigmentinin sitoplazmik uzantılara göçü ve ER’dan Golgi aparatına taşıyıcı veziküllerin ilerlemesi mikrotubul ağının fonksiyonuyla bağlantılıdır. İntermedial filament Bunlar mikrofilmentlerden daha kalın, mikrotübüllerden ise daha incedir. Görevleri arasında, Hücre biçimlerini güçlendirme, organellerin hücre içerisindeki yerlerini sabitleme gibi görevleri vardır. Mikrofilamentler iskelet kasında: kas kasılmasında, Hücre korteksinde: membran hareketinde, hücrenin yer değiştirmesi, endositoz, ekzositoz Hücre yüzey farklılaşmasında: Mikrovillusların yapısında (villin, fimbrin) mitozda görev alır. Sentrozom Sentrozomlar sentriyol çiftlerinden meydana gelmişlerdir. Her bir sentriyol dokuz adet üçerli mikrotübülHücre bölünmesi öncesinde eşlenerek iki çift olurlar ve mitoz bölünme sırasında karşı kutuplara giderek kromozomların tutunup çekileceği iğ ipliklerini meydana getirirler (9+3). ŞEKİL 1.70 Sentrozomların yapısı 80 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Kamçı ve Siler Siller ve kamçılar hücrelerin hareketini sağlarlar. Siller daha kısa ama çok sayıda hücre yüzeyinde bulunurlar. Memelilerin solunum organlarındaki hücrelerin silleri tozların tutulmasını sağlar. Kamçı ise hücrelerde bir yada iki tane olur ve sillerden daha uzundur. Sil ve kamçıların yapısında mikrotübüller vardır (9+2). Hücre iskeleti ve hareket Hücrede 2 hareket sistemi vardır (Motor Sistemleri ): • Aktin-tabanlı motilite: miyosinler • Tübülin tabanlı motilite: kinesinler ve dyneinler Dynein: ATP enerjisini mekanik enerjiye harekete dönüştüren (aynı zamanda motor molekül olarak da adlandırılır), bir motor proteindir. Dynein genellikle hücre merkezine yönelen mikrotübülün arasında eksi sonuna doğru sitoskeletal mikrotübüllere boyunca "yürüme" ile çeşitli hücresel kargoları taşır. "eksi uç yönelen motorlar" olarak bilinir. Bu tür taşıma retrograd nakil olarak bilinir. Bunun aksine yönünde ise, mikrotübüle 'artı ucuna doğru hareket sağlayan motor proteinler kinesinlerdir, Kinesinler uça yönelik motorlar proteinler olarak adlandırılır.Dyenin farklı memeli hücre tiplerinde vardır, solunum yolu epitel hücrelerinde ve sperm hücrelerindeki hareketli kirpikler ya da flagella'yı bulunur. Kinesinler, siliyer / kamçılı ucuna doğru axonemal mikrotübül boyunca parçacıkların taşınmasını yapar Sitozolik dyneins geri sitozolüne doğru axonemal taşıma yapar. Memlilerde en azından 40 farklı kinesin geni belirlenmiştir. Çekirdek (Nükleous) Çekirdek nükleus membranı, kromatin, çekirdekçik, nükleoplazma içerir. Nükleus membranı iki paralel ünit zar ve bunların arasında yer alan perinükleer sisternadan oluşmuştur. İnsanda en büyük nükleus spinal ganglion ve oosit de bulunur. Karaciğer, kıkırdak, epitel hücreleri, vesica urineria ve leydig hücrelerinde iki tane nukleus olabilir. 81 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ İç ve dış membranlarının birleşme yerlerindeki porlar 500 Ao çapındadır. Porlar nükleus ve sitoplazma arasında madde alışverişini sağlar. Bazı bölgelerde nükleus dış membranı ER ile devam eder. Membrana nuklearis externa'da ribozomlarda bulunabilir. Çekirdek nükleer DNA taşır. DNA molekülü aşırı derecede kıvrılarak ve proteinlerle birleşerek kromatin adı verilen yapıyı oluşturur. Bu yapı hücre bölünmesine girerken daha da kısalır ve kendini eşleyerek kromatid adı verilen yapıya dönüşür. Bir metafaz kromozomu böylece kendini eşlemiş bir çift kromatid den meydana gelir. Bunlara kardeş kromatidlerde denir. Genetik açıdan birbirlerinin aynısıdırlar ve aynı DNA nükleotid sırasına sahiptirler. ŞEKİL 1.71 DNA yapısı ve paketlenemsi . DNA molekülü kromatin haline gelebilmesi için histon adındaki proteinlerce paketlenmesi gerekir. Histonlar, çoğunlukla ökaryotik hücrelerde bulunan, küçük molekül ağırlıklı, bazik proteinlerdir. Lizin ve arginin içeriklerine göre, H1 (H5 de denir), H2A, H2B, H3, H4 ve arkeal histonlar olmak üzere 6 tiptir. Kromatin yapısında DNA, DNA'nın iki katı kadar protein bulnur. Hücre çekirdeğindeki bu proteinler, asidik özellikte "histon olmayan" ve bazik özelikte "histon" tipi proteinlerdir. Bir farenin karaciğer hücresinde yapılan araştırmaya göre hücre çekirdeğindeki proteinlerin %11'i histon %19'u histon olmayan proteinlerden oluşmaktadır. Spermde histonlar "protamin" adını alır. Histonlar molekül ağırlığı küçük moleküllerdir. Ökaryotların tüm soma ve eşey hücrelerinde bulunan histonlar, genelde türler arasında benzer tiptedir. Histon protein tipleri elektroforez yöntemleriyle kolayca ayrılabilir. Çekirdekçik(nükleous) Ribozom sentezlemekle görevlidir. Protein sentezi çok olan hücrelerde, çekirdekçik sayısı da artmaktadır. Hücre bölünmesi sırasında eriyerek kaybolur, bölünme tamamlandıktan sonra tekrar oluşur. Nukleolus bir yapı değildir sadece görünür kısımdır. Çekirdek zarında, zarların birbirine temas ettiği bölgelerde 400–1000 Angstrom çapında annulus adı verilen porlar meydana gelmiştir. Böylece nukleus membranı aracılığı ile nukleoplazma ve sitoplazma sürekli ilişki halinde olup bu porlardan RNA molekülleri, polipeptidler, tuzlar, enzimler, koenzimler, ATP ve şekerler rahatlıkla geçebilirler. Sitoplazmada bulunan birçok organel ve çekirdek zarı mikrotübülüsler aracılığı ile sürekli bağlantı halindedir. Nükleus membranı, mitoz bölünmenin profaz evresi sonunda kaybolur, bölünmenin tamamlanmasından sonra yeniden oluşur. 82 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ NÜKLEOTİD Azotlu organik baz PÜRİN -Adenin (A) -Guanin (G) PİRİMİDİN -Sitozin (S=G) -Timin (T) -Urasil (U) 5 C’lu Şeker -Riboz -Deoksiriboz Fosforik asidin fosfor grubu H3PO4 Nükleik asitler, tüm hücrelerin nukleus ve sitoplazmalarmda (mitokondri ve bitkilerde kloroplast) bulunurlar ve;- DNA (Deoksiribonükleik asit) - RNA (Ribonükleik asit) olmak üzere iki tiptedirler. Her iki nükleik asit de nükleotidlerin polimerize olması ile meydana gelir ve yapılarında; • Şeker • Fosfat • Baz ünitelerini bulundururlar. ŞEKİL 1.71 Pürin ve primdin bazları DNA da 5 karbonlu şekerlerden (pentoz) deoksiriboz bulunur. Deoksiribozun 1. Karbonuna glikozid bağ ile tutunmuş bazlar pürin ve pirimidin olmak üzere iki tiptir. Pürin bazları adenin (A) ve guanin (G), Pirimidin bazları ise sitozin (C ) ve timin (T) dir. DNA da bulunan bazlar kantitatif olarak Edwin Chargaff tarafından incelenmiş olup adenin miktarının timine, guanin miktarının ise sitozine eşit olduğu görülmüştür. Chargaff kuralı olarak bilinen bu kural; kısaca A=T ve G=C olarak özetlenebilir. Adenin ile timin arasında iki, guanin ile sitozin arasında üç adet hidrojen (H) bağı bulunur. Deoksiribonükleik asidin çift iplikli yapısına Watson-Crick sarmalı (doubleheliks) adı verilmektedir. 20 Angstrom çapındaki sarmalda bazlar 3.4 Angstrom aralıklarla sıralanmıştır ve sarmal her 10 bazda bir dönüş yapar. Sarmaldaki iplikler antiparalel olup bir iplik 5’—>3', diğer iplik ise 3'—>5' yönündedir. Şeker ve fosfat omurgasından oluşan iplikler birbirlerine hidrojen bağları ile zayıf olarak bağlanmışlardır. Omurga oluşturulurken şekerin 5 numaralı karbonuna bağlı fosfat grubunun hidroksili ile diğer nükleotiddeki şekerin 3' karbon atomuna bağlı hidroksil grubu arasında bir fosfodiester bağı oluşur. 83 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ ŞEKİL 1.72 Kodon ve antikodon eşleşmesi ve DNA yapısı 84 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Bölüm 2 Uyarılabilir Dokular Sinir ve Kas sistemi Uyarılabilen, uyarı taşıyan, uyarıya karşı tepki veren dokular Uyarılabilir dokulardır. Reseptörler oluşturulan aksiyon potansiyeli Merkezi sinir sistemine ileten sinir sistemi ile MSS gelen bilgiler ile hareket eden kas sistemi bu bölümde yer almaktadır. Sinir sistemi Tüm canlılar herhangi bir uyaran karşı cevap verme yeteneğine sahiptirler. Bu uyaranlar ya dış ortamdan gelir yada canlının kendi iç ortamında meydana gelebilir. Hayvanları bitkilerden ayıran en önemli özellik uyaranlara çok hızlı cevap vermesidir. Bu da sinir sistemi ile gerçekleşir. Sinir sistemi çevrenin, mekanik, termal, kimyasal ve elektriksel özelliklerini algılar ve bunlara karşı cevaplar oluşturur. Bu ilişkide sözü edilen çevre sinir sisteminin kendisi dışındaki her şeydir. Tek hücrelilerde bütün bu olaylar tek bir hücre içinde meydana gelirken, çok hücrelilerde bu fonksiyonların her birini yapmak için özelleşmiş hücre ve hücre grupları bulunmaktadır. Çok hücreli gelişmiş canlılarda bu 4 komponentten herbiri için özelleşmiş bir hücre ya da organ vardır. 1-Uyarılabilme: Yeteneğine sahip Yani uyarı alabilen reseptörler bulunur. Ör: göz retinası reseptörleri Bu organ kas, bez ve hatta sinir sisteminin diğer kısımlarıdır. Effektör organ gelen sinyale göre aktive ya da meydana inhibe edilir. gözün retinasında ışıksinirleri dalgalarından etkilenen 2- Reseptörde gelenÖrneğin, sinyali merkezlere ileten duyu conductivite işinireseptör yapan hücreler vardır. Reseptörlerde meydana gelen sinyali ileten duyu sinirleri iletim işini özel hücrelerdir. yapan özel hücrelerdir. Uyarılabilir doku ve hücreler: 3-Sinir merkezleri, buraya getirilen sinyali değerlendirip canlının ne yapması gerektiğini saptar (correlation). • Sinir hücreleri 4-Cevabın gerçekleştirilmesi için merkezden gerekli sinyaller motor sinirler yoluyla iş görecek • (effektör Kas hücreleri (kalp,götürülür. iskelet veÖzelleşmiş düz kas) effektör hücreler reaksiyon (reaction) organa organa) gösterirler. • Bazı endokrin (hipofiz, pankreas beta adacık hücreleri, adrenal bez medulla hücreleri) bez hücreleri • Bağışıklık sistemine ait bazı hücreler (makrofaj ve nötrofiller) • Üreme sistemine ait bazı hücreler (fertilize yumurta) 85 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ Nöron Sinir hücresine nöron adı verilir. Evrimi biraz daha ilerlemiş sinir sisteminde uyarma ile meydana gelen sinyalin iletiminde iki ayrı iletici (conductor) hücre vardır. Birinci nöron reseptörden sinyali alır, belirli bir yere kadar götürür; ikinci nöron ile ağlantı kurar ve bu ikinci nöron sinyali effektör organa iletir. Burada birinci kondüktor nörona sensorik nöron (duyu nöronu) denir ki duyuları ileten nörondur; ikinci nörona motor nöron denir ki bir effektörü harekete geçiren nörondur. Bir omurgalı spinal motor nöronu fonksiyonel olarak özelleşmiş bölgeler içerir. Bilgi akımı dendritlerden akson ucuna doğrudur. Bazı nöronlar bilgiyi hücre gövdeleriyle alırlar. Alınan bilgi nörotransmiterlerle akson terminallerine taşınır ve böylece sinyal iletilmiş olur. Bir Nöron hücresinde nörofilamanlar, nörotubuluslar bulunur. Bu yapılan dyenin ve knesin aracılığı akson ucunda salgılanan nörotrasmiteri taşır. ŞEKİL 2.1 Nöronda nörotransmitter madde taşınması Bir nöronda temel olarak 3 kısım vardır : Hücre gövdesi Dendrit Akson Gelişmiş canlılarda sinir sisteminde duyu ve motor nöronlar arasında association nöron(internöron=ara nöron) lar yer almıştır. Ara nöronlar sayesinde bir tek reseptörden alınarak duyu nöron ile iletilen sinyal, çeşitli motor nöronlara ve çeşitli effektör organlara doğru yönetilir. Burada ara nöronlar ve motor nöronlar beraberce nöronlar topluluğunu (ganglion) meydana getirmişlerdir ki bu sinir merkezlerinin ilk taslağıdır. Nöronlar MSS’ndeki hücrelerin yaklaşık %10’unu oluştururken, geriye kalanını nöroglia da denen (glia=tutkal) glial hücreler oluşturur. Bunula birlikte, nöronlar, glial hücrelerden çok daha fazla dallanma yaptıkları için, nöronlar beyin ve omurilik hacminin %50’sinden fazlasını işgal ederler. Glial hücreler nöronun soma, akson ve dentritlerinin etrafını çevreler ve nöronları fiziksel ve metabolik olarak desteklerler. Oligodendrositler, astrositler, mikroglialar ve epandimal hücreler olmak üzere 4 çeşit glial hücre vardır. • Oligodendrositler: MSS’nde aksonları kaplayan miyelini yapar (PSS’nde bu işi yine bir nöroglia hücresi olan Schwann hücresi yapıyor). • Astrositler: (1) sinaps etrafındaki sinirsel iletim maddelerini ve potasyum iyonlarını uzaklaştırarak, MSS’ndeki hücre dışı ortam sıvısının içeriğinin düzenlenmesine yardım eder. (2) kapiller duvarını oluşturan hücreler arasındaki sıkı bağlantıların oluşumunu yani kan beyin bariyerinin oluşumunu uyarmaktır. 86 H A Y V A N • • F İ Z Y O L O J İ S İ (3) glikoz sağlayıp amonyağı uzaklaştırarak, nöronlara metabolik destek sağlar. (4) embriyonel gelişim sırasında nöronların son olarak yerleşecekleri yere göç etmesine rehberlik eder ve büyüme faktörleri salgılayarak nöronal gelişmeyi uyarırlar. (5) pek çok nöron benzeri özelliğe de sahip olup, iyon kanallarına belirli sinirsel iletim maddelerinin reseptörlerine ve bunları işlemek için enzimlere, zayıf bir elektriksel yanıt oluşturma yeteneğine sahiptirler. Mikroglialar: MSS’nde immün işlevleri gerçekleştiren makrofaj benzeri özelleşmiş bir hücredir. Epandimal hücreler: beyin ve omurilik içinde sıvı bulunan boşluklarda bulunurlar ve BOS oluşumunu ve akışını düzenlerler. ŞEKİL 2.2 Nöronlara yardım(fizyolojik ve metabolik destek yapan) eden diğer hücreler. Aksonlar iki tipe ayrılır: Miyelinli aksonlarda aksolemma üzerini miyelin denilen lipoid 1-Miyelinli akson tabiatında kalınca bir örtü çevreler. Miyelin örtüsü akson boyunca 2-Miyelinsiz akson belirli aralıklarla kesintiye uğrayarak boğumlar meydana getirir. Bu boğum yerlerine ranvier boğum denir. Aksonun miyelin kılıfı, periferik sinir sisteminde düzenli aralığa sahip, dar ve halka şeklinde boğumlanmalar Bu boğumlar, “Ranvier Düğümü” İki düğüm arasında kalan bölge, “internodal bölge” Bu bölgede, sadece bir tek Schwann hücresi bulunur. Düğümler arası bölgelerin uzunluğu, fetüste ve bebekte azdır, yaşla birlikte artar Ranvier düğümlerinin bulunduğu bölgede, miyelin kılıfı kesintiye uğrar. Dolayısıyla, buralardan madde alış-verişi gerçekleşir (Miyelin, madde alış-verişini engelleyici bir kılıftır). Miyelinli sinir tellerinde uyarının hızlı iletilmesinin iki sebebi vardır: Miyelin kılıfın izole edici özelliği ve uyarının, Ranvier düğümleri boyunca atlayarak aksonda saltatorik şekilde iletilmesi. Miyelin kılıfının, sinir tellerinin yenilenmesinde de önemli rolü vardır. Bir sinir teli kesilince, kesilme yerinden çevreye doğru önce miyelin kılıfı meydana gelir. Yenilenen akson, bu kılıfı takip eder. Miyelin kılıfı, akson için klavuzluk yapar. Yenilenmenin gerçekleşebilmesi için, nöronun hücre gövdesinin sağlam olması şarttır. Hücre gövdesi zedelenmiş ve ölmüş olan bir nöronun aksonunda, yenilenme olayı da gerçekleşmez. Miyelin kılıfının uyarı iletiminde önemli rolüne karşılık, besin fizyolojisi 87 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ bakımından bunun tersi sayılabilecek bir etkisi vardır. Miyelin kılıfında lipit bulunduğu için, besin maddelerinin aksona geçişi zor olur. Bu durum özellikle kalın miyelin kılıflar için daha da önemlidir. Gerek Ranvier düğümleri ve gerekse Schmidt – Lantermann yarıkları, miyelin kılıfının kesintiye uğradığı veya azaldığı bölgelerdeki madde alış-verişinin sağlandığı kısımlardır. Bu açıklıklar, aksonla çevresi arasındaki bağlantı bölgeleridir. Gaz, metabolitler ve besin maddeleri, aksoplazmaya bu yerler aracılığıyla girip çıkar. ŞEKİL 2.2 Myelinli nöron Elektrofizyolojik çalışmalarda, uyarının kalın miyelinli aksonlarda bir Ranvier düğümünden diğerine atlar. Bu tür uyarı “Saltatorik Akım” denir. Mitokondriyonların Ranvier düğümlerinde bol olarak bulunmasının sebebi taşınma olayları için ihtiyaç duyulan enerjinin bu organellerce karşılanmasıdır. Miyelin tabakasının üzerini nörolemma denen membran çevreler. Bu membranı schwan hücreleri meydana getirir. Schwan hücresi önce bir tabaka halinde aksonu sarar. Daha sonra daireler halinde birçok tabaka teşkil ederek miyelin tabakasını oluşturur. Nörolemmanın üzerinde İnce ve retiküler fibrillerden yapılmış bir zar bulunur buna endonerium denir Gibbs Donan Dengesi İyonlar membranın bir tarafından diğer tarafına aktarılabilir ve elektrik yüklerinin ayrılması ile membranın iki tarafı arasında elektriksel potansiyel farkı yaratabilirler. Bu iş için iyonların devamlı aktif transportu gereklidir(Na-K ATPaz). Ayrıca membranın bir tarafında membranı geçebilen ve geçemeyen iyonlar var ise, bir potansiyel farkı meydana gelir ve korunur. Eğer membranı geçebilen partiküller sadece pasif olarak hareket edebiliyorlarsa, meydana gelecek iyon konsantrasyonu dağılışına Gibbs-Donnan dengesi denir. Membran içinde (-) yüklü proteinler ve dışarıya göre 30 kat fazla K+ iyonu bulunur. Membran dışında ekstraselüler sıvıda 10 kat fazla Na+ iyonu ve 14 kat fazla Cl- iyonu vardır. Difüzyon ile Na+ içeri K+ dışarı çıkma eğilimindedir. Bu durum Na-K pompası ile dengelenmeye çalışılır. Eksi (-) yüklü proteinler membrandan dışarı çıkamazlar. Çünkü büyüktürler. Cl iyonları geçebilir, fakat sinirde mevcut potansiyel fark, Cl iyonlarının çoğunu dışarıda tutmaya yeterlidir. O halde dışarı çıkamayan protein anyonlar ile gerek olmadıkça içeri giremeyen Cl iyonları bulunmaktadır. Na-K iyonları sinir impulsu oluşumu açısından önemlidir. Membranın Na+ a karşı geçirgenliği azdır; ama yine de bir miktar Na+ konsanatrasyon gradiyentine göre içeri sızar. Fakat içeri sızan sodyum (Na+ ) pompa sistemi tarafından dışarı atılır. Böylece dışarda yüksek Na+ konsantrasyonu muhafaza edilir. K+ iyonları membranı kolayca geçebilir. İçerde K+ çok olduğundan süratle dışarı sızar. İçerisi potasyum (K+ ) kaybettiği için de içerde bulunan (-) yüklü proteinlerden dolayı membran içi dışarıya oranla 70 milivolt kadar bir potansiyel farkı gösterir. Fakat potasyum(K+’un) dışarı çıkışının da bir sınırı 88 H A Y V A N F İ Z Y O L O J İ S İ vardır. İçerdeki (-) yüklü organik anyonların, (+) yüklü K iyonlarını çekmesi, dışarıdaki (+) yüklü Na iyonların gene (+) yüklü olan K iyonlarını itmesi gibi nedenlerle dışardakinin 30 kat K+ içerde muhafaza edilir. • En basit refleks yayı (hem duysal bilgiyi alan hem de efektör hücreyi kontrol eden aynı nörondur). • Monosinaptik refleks yayı (duysal bilgiyi alan nöron merkezi sinir sistemindeki bir motor nöron ile sinaps yapar). • Polisinaptik refleks yayı (nöronal devirde birden fazla sinaps vardır). ŞEKİL 2.4 Nöron ve sinaps Akson Dendirit Nöron gövdesinden bilgi alırlar. Yüzeyleri düzdür. Bir nöronda bir akson bulunur. Hiç ribozom yoktur. Miyelinli olabilirler Nöron gövdesinden uzakta dallanırlar Nöron gövdesine bilgi getirirler Yüzeyi düz değildir. Bir nöronda çok sayıda dendrid vardır. Ribozomları vardır. Miyelinleri yoktur. Nöron gövdesinin yakınında dallanırlar. 89
