Yrd. Doç. Dr. Muhammed Kamil TURAN 2017/2018 Zar Yapısı ve İşlevi Yrd. Doç. Dr. Muhammed Kamil TURAN 2017/2018
Zar, canlı hücreyi çevresinden kesin olarak ayrılır Membran, hücreyi çevreden ayırır Besin maddeleri içeri girmelidir Atıklar ise dışarı çıkmalıdır Sınırdaki yaşam Zar, canlı hücreyi çevresinden kesin olarak ayrılır Atıklar dışarı ve besinlerin içeri girmesi seçici bir transportun olduğuna işaret eder ve seçicilik yaşamın temelidir Bitolojinin temel taşlarından bir tanesinin homeostasis oldığunu hatırlayalım
Zar, canlı hücreyi çevresinden kesin olarak ayrılır Atıklar dışarı ve besinlerin içeri girmesi seçici bir transportun olduğuna işaret eder ve seçicilik yaşamın temelidir Sınırdaki yaşam Zar, canlı hücreyi çevresinden kesin olarak ayrılır Atıklar dışarı ve besinlerin içeri girmesi seçici bir transportun olduğuna işaret eder ve seçicilik yaşamın temelidir Bitolojinin temel taşlarından bir tanesinin homeostasis oldığunu hatırlayalım
Hücre zarı lipid ve proteinden oluşur Membran Proteinler Yağlar Fosfolipid Karbonhidratlar (çok küçük bir kısım) Hücre zarı lipid ve proteinden oluşur Semipermeable sıvı mozaik zar
Hücre zarı lipid ve proteinden oluşur Fosfolipidler amfipatik moleküllerdir. Bir yanları ile hidrofilik Bir yanları ile hidrofobik Hücre zarı lipid ve proteinden oluşur Membran fosfolipidleri
Hücre zarı lipid ve proteinden oluşur Membran fosfolipidleri
Hücre zarı lipid ve proteinden oluşur Membran fosfolipidleri Fosfotidiletanolamin (r=etanolamin) Fosfotidilserin (R=serin) Fosfotidilkolin (R=kolin) Fosfotidilinositol (R=inositol) Sfingomyelin
Hücre zarı lipid ve proteinden oluşur Zarda en çok bulunanlar Fosfatidilkolin Fosfatidiletanolamin Fosfatidilserin (negatif yüklü) Sfingomyelin Fosfotidilinozitol zarda çok az bulunur fakat FI oldukça önemli bir ikincil habercidir. Hücre zarı lipid ve proteinden oluşur Membran fosfolipidleri Fosfotidiletanolamin (r=etanolamin) Fosfotidilserin (R=serin) Fosfotidilkolin (R=kolin) Fosfotidilinositol (R=inositol) Sfingomyelin
İlk olarak 1915 ‘de eritrosit membranların analizi ile varlığı ortaya konmuştur. Lipid ve protein yapıdadır 1925 ise lipitlerin zar modelinde yerleri hakkında İkili katman şeklinde bulunması gerektiği Bu şekilde sıvı kompartımanları arasında kararlı bir sınır oluşturabilirler Zar modelleri Bilimsel sorgu
Zar fosfolipidleri blayer yapıda organize olmuştur Fosfolipidlerin hidrofob olan kuyrukları suda uzaklaşarak iç kısımda kalma ve hidrofilik olarak baş kısımları suya yakınlaşarak dış kısımda kalma eğilimindedir. Zar modelleri Zar fosfolipidleri blayer yapıda organize olmuştur
Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Fosfolipidler zar içinde hareketlidir 5 tip haretket tanımlanmıştır Lateral difüzyon Rotasyon Swing Fleksiyon Transvers difüzyon Zar modeli Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir
Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Zar modeli Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Lateral difüzyon:FL basitçe yakınındaki FL ile yer değiştir. Bu sayede membran içinde sürekli bir hareketliliği vardır. Saniyede 107 kez tekrarlanır Spontan bir şekilde ortaya çıkar Enerji harcanmaz
Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Zar modeli Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Rotasyon: FL kendi ekseni etrafında döner. Dönüş hızı yaklaşık olarak 30000 dönüş/dakika Spontan olarak yapılır Enerji harcanmaz
Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Zar modeli Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir 3. Swing: Yüz yüze FL’lerin salıncak tarzındaki hareketleridir.
Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Zar modeli Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir 4. Flexion: FL kuyruğu oluşturan yağ asidi zincirlerinin aralarında ki açının değişmesi ve tekrar normal hale gelmesi ile oluşan harekettir.
Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Zar modeli Zarda fosfolipdler sabit değil hareketlidir Transfers diffüzyon: Bir FL’in bilayer yapının bir yüzünden diğer yüzüne doğru hareket etmesidir. Bu çok nadir olarak gerçekleşen bir olay olup frekansı ayda bir kadardır Oldukça da zordur. Flippaz adı verilen enzimce kolaylaştırılır. Enerji gerektiren bir durumdur Ayda 1 denebilecek nadir
Zar modeli Bilayer fosfolipid membran için proteinler İntegral proteinler Lipid bağlı proteinler Periferal proteinler Dondurup kırma metodu
Zar modeli Dondurup kırma metodu Bu deney sonucunda zarda bulunan proteinlerin de ar fosfolipidleri gibi amfipatik oldukları yargısına varılmıştır.
Zarda proteinler ve diğer bileşenlerin etkileşimleri Zar modeli Zarda proteinler ve diğer bileşenlerin etkileşimleri
uFL zar akılığını artırır Unsature FL eğer zarda çok miktarda bulunursa membran akıcılığı artacaktır Zar akışkanlığı uFL zar akılığını artırır
sFL zar akıcılığı azalır Sature FL eğer zarda çok miktarda bulunursa membran vizkozitesi artacaktır Zar akışkanlığı sFL zar akıcılığı azalır
Sıcaklıkla ve yağ asidi kompozisyonu ile yakından ilişkilidir Zar akışkanlığı sıcaklıkla ilişkilidir Sıcaklık artarsa zarda paketlenme daha gevşek olur ve akışkanlık artar Sıcaklık azalırsa zarda paketlenme daha sıkı bir şekilde meydana gelir ve akışkanlık azalır Zar akışkanlığına sıcaklık ile birlikte yağ asidi kompozisyonuda etki eder Unsature yap asitleri çok ise daha düşük sıcaklıklarda bile zar akışkanlığını koruyabilir Sature yağ asitleri çok ise bu durumda sıcaklığın düşmesi ile akışkanlık korunamayabilir Zar akışkanlığı Sıcaklıkla ve yağ asidi kompozisyonu ile yakından ilişkilidir
Zar fosfolipidlerinin hidrofobik kurukları arasında kollesterol denen steroid molekül akışkanlığa etki eder Kollesterol yağ asidlerinin arasına girerek sıkı bir paketlenmeyi engeller Düşük sıcaklıklarda kollesterol sıkı sıkıya paketlenmeyi engelleyerek zarın akışkan kalmasına neden olur Yüksek Sıcaklıklarda ise zar fosfolipidlerinin hareketlililiklerini sınırlandırarak zarın aşırı akışkan hale gelmesini engeller Zar akışkanlığı Kollesterolde sıcaklıkla birlikte zar akışkanlığında önemli roller alır
Zar akışkanlığı İnsan için durum Normal vücut sıcaklığı 37 derecedir ve nispeten yüksek bir sıcaklıktır Kollesterol fosfolipid haraketliliğini sınırlandırarak zarı daha az akışkan yapar Kollesterol FL paketlenmesinde ki sıkılığı ortadan kaldırarak zarın katılaşması için gerekli olan sıcaklık değerini de düşürür Akışkanlık tamponu olarak görev yapar Zar akışkanlığı Kollesterolde sıcaklıkla birlikte zar akışkanlığında önemli roller alır
Akışkanlık 3 faktör tarafından dengede tutulur Zar akışkanlığı majör olarak 3 faktör ile dengede Membra lipidlerinin farklı tipleri Sature ve unsature fosfolipid kompozisyonu Kollesterol miktarı Zar akışkanlığı Akışkanlık 3 faktör tarafından dengede tutulur
Akışkanlık 3 faktör tarafından dengede tutulur Fosfotidilkolin (PC) ve SM zarların daha az akışkan olmasına neden olur. Fosfotidilinozitol (PI), Fosfotidilserin (PS), Fosfotidiletanolami n (PE) zarların daha akışkan olmalarına neden olur. Zar akışkanlığı Akışkanlık 3 faktör tarafından dengede tutulur
Değişen çevre şartalrına adaptasyonu sağlar Membranları oluşturan lipid bileşenlerinde ki değişiklik değişen çevre şartlarında zarın akışkanlığının adapte edilebilmesini sağlar. Zar lipid bileşenleri Değişen çevre şartalrına adaptasyonu sağlar
Değişen çevre şartlarına adaptasyonu sağlar Aşırı soğuk şartlarda yaşayan balıklar kutup dairesinde yaşanyan organizmalar Gayzerlerde (>90 derece) yaşan arche-bakteriler Zar lipid bileşenleri Değişen çevre şartlarına adaptasyonu sağlar
İntegral, periferal proteinler Membran, iki tabaka lipid arasına gömülü farklı tipteki proteinlerin bir koljıdır Sıvı-Mozaik zar modeli kabul gören ve ispatlanmış zar modelidir Membran proteinleri İntegral, periferal proteinler
İntegral, periferal proteinler Membranın hücreyi çevre şartlarından ayıran fiziksel yapı olarak FL tabaka Özgül görevlerini yerine getirebilmesini sağlayan protein kolajıdır Membran proteinleri İntegral, periferal proteinler
Bilayer FL tabakanın hidrofobik kısmına kadar gömülü olan proteinlerdir Birçoğu zarı bir uçtan diğer uca kat eden transmembranal proteinlerdir Bu proteinlerin iki domain’i dikkat çeker Hidrofilik kısım Hidrofobik kısım Membran proteinleri İntegral proteinler
Membran proteinleri Hidrofobik kısım Bakteriorodopsin FL tabakanın hidrofob kısmı ile ilişkidedir Genel bu bölgede ki aminoasitler non- polar karakterdedir Alfa-heliks şeklinde kıvrılan bir ya da birkaç parçadan oluşur Tansmembranal proteinlerde her iki uçta polar amino asitlerden oluşan hidrofilik domainler bulunur Bu tip proteinler eğer kanal proteinleri ise orta kısımda polar olan maddelerin geçişine izin verecek hidrofilik kısımlar bulunur Membran proteinleri İntegral proteinler Bakteriorodopsin
Periferal proteinler FL tabaka içine gömülü değildirler Bunlar sitoplazmik yüzde ya da extrasellüler yüzde bulunurlar ve zayıfça zara bağlıdırlar Membran proteinleri Periferal proteinler
Hücre zarı asimetriktir: Sitozolik yüzün ve extrasellüler yüzün FL içerikleri farklı farklı olabilir. Benzer şekilde protein İçerikleri birbirinden farklıdır bu farklılık hem yapı hem de görev olmak üzeredir.
Membran proteinlerinin görevleri Proteinlerin spesifik küçük hidrofilik moleküllerin zardan geçişleri için porin benzeri yapılar oluşturabilir (solda), Burada enerji kullanılmaz Ya da gradient farkı karşısında (az yoğun olduğu yerden çok yoğun olduğu yere) konformasyonunu değiştirerek bir molekülün zardan transportunu saplayabilir (sağda). Enerji kullanılır. Membran proteinlerinin görevleri Taşıyıcı molekül olarak görevleri
Membran proteinlerinin görevleri Proteinlerin aktif merkezleri sitozolik ya da exktrasellüler ya da her iki yüzde birden olabilir. Aktif merkez olayların gerçekleştiği katalitik sahadır Membran proteinlerinin görevleri Haberci olarak görevleri
Membran proteinlerinin görevleri Gelen sinyalleri hücre içine aktarabilir, Örneğin dış yüzeyinde bir hormonun spesifik bağlanma bölgesini içerebilir, Reseptöre bağlandıktan sonra protein yapısında (3D Konformasyon) değişiklik olur ve bu değişiklik hücre içinde ki bir protein ile spesifik bağ yapmasını sağlayabilir, Bu sayede dış ortamdan alınan bir sinyal, hücre içine aktarılmış olur. Membran proteinlerinin görevleri Sinyal aktarımı
Membran proteinlerinin görevleri Membranın dışına doğru uzanan ve glukoz gibi maddeler ile bağ yapmış durumda bulunup hücre zarının glikokalix denen yapısını oluşturan bu grup proteinlerdir, Bir etiket gibi görev yaparlar, Bir hücredeki spesifik etiket diğer bir hücrenin onu tanımasına neden olur. Bu grup proteinlere iyi bir örnek hücre yüzey reseptörleri ailesidir. Membran proteinlerinin görevleri Hücre-Hücre etkileşimi
Membran proteinlerinin görevleri Hücrelerin intersellüler mesafede birbirlerine bağlanması için gerekli olan özgül bağlanma noktaları olarak görev yapabilirler, Desmosom Gap junction Bu konu hücre yan yüzey farklılaşmlarında daha detaylı bir şekilde anlatılacaktır. Membran proteinlerinin görevleri Hücre-Hücre etkileşimi
Membran proteinlerinin görevleri Hücre iskeletinin intrasellüler mesafe elemanları ile bağ yapmasına da hücre iskeletinin hücre dışı matrike tutunmasında görev alırlar Bu sayede hücreyi bir dokunun parçası halinde bulunmasını sağlarlar Membran proteinlerinin görevleri Hücre-Hücre etkileşimi
Membran proteinlerinin görevleri Hücre iskeletinin intrasellüler mesafe elemanları ile bağ yapmasına da hücre iskeletinin hücre dışı matrike tutunmasında görev alırlar Bu sayede hücreyi bir dokunun parçası halinde bulunmasını sağlarlar Membran proteinlerinin görevleri Hücre-Hücre etkileşimi
Zar Seçici Geçirgendir Biyolojişk zarlar supramolekülerdir Supramoleküler yapı bir çok yapının bir üst organizasyonu gerçekleştirmek için bir araya gelmesinden oluşur Tek tek bileşenlerinin özelliklerinin taşımadığı yeni özellikleri içerir Bunlardan en önemlisi Zardan içeri taşınma Zardan dışarı taşınma Zar Seçici Geçirgendir Zardan içeri taşınma ve dışarı taşınma homeostasis için vazgeçilmezdir
Zar Seçici Geçirgendir Pek çok molekül zar trafiğinde görülebilir Na K Cl Ca Oksijen Karbondioksit Şekerler Aminoasitler Besin maddeleri Zar Seçici Geçirgendir Zardan içeri taşınma ve dışarı taşınma homeostasis için vazgeçilmezdir
Zar Seçici Geçirgendir FL bariyerin hidrofilik dış ve hidrofobik iç kısmı moleküllerin zardan geçişini denetler Hidrokarbonlar, Karbondioksit, oksijen gibi nonpolar maddeler zarın hidrofobik kısmı içinde çözünerek zardan taşıyıc proteinler yardımı olmaksızın geçebilir Zarın hidrofob olan iç kısmı polar moleküllerin zardan geçişi ya imkansız kılar ya da çok düşük hızlarda geçmesine neden olur İyonlar Su Glukoz Zar Seçici Geçirgendir Çift tabakalı lipid bariyerin geçirgenliği
Zardan geçişte taşıyıcı proteinler Kanal proteinleri polar maddelerin geçişinden sorumludur Suyun geçişinden sorunlu olan akuaporin kanal proteinleri Her akuaporin saniyede 3x109 molekül suyun geçişine izin verir Diğer polar maddeler kendilerine özgü kanal proteinleri üzerinden zardan geçiş yaparlar Her maddenin taşıyıcı proteini özeldir Maddeyi üzerlerine alırlar Konformayson değişir Madde bu şekilde enerji kullanılarak transport edilir Zardan geçişte taşıyıcı proteinler Hidrofilik yapıda ki moleküller zar ancak bir taşıyıcı protein varlığında rahat bir şekilde geçerler GLUKOZ Taşınmasında görevli proteinler GLUKOZ’un zardan transport hızını 50000 kat arttırır Taşıyıcı molekül oldukaç spesifik olup gluzkozun yapısaşl bir izomeri olan FRUKTOZ’un zardan geçişine yardımcı olmaz
Konsatrasyon zardan geçişin yönünü belirleyen bir etkendir Zardan geçişin iki temel mekanizması vardır Pasif transport Aktif transport Zardan geçişin yönü Konsatrasyon zardan geçişin yönünü belirleyen bir etkendir
Pasif transport (diffüzyon) Zardan geçişin iki temel mekanizması vardır Pasif transport Aktif transport Zardan geçişin yönü Pasif transport (diffüzyon)
Pasif taşınma bir maddenin enerji gerektirmeden zardan taşınmasıdır Her molekül hareket halindedir Bu hareket termal (ısı) enerjisi ile oluşur Bulundukları ortama diffüz olarak yayılma eğilimindedirler Pasif transport Pasif taşınma bir maddenin enerji gerektirmeden zardan taşınmasıdır
Pasif taşınma bir maddenin enerji gerektirmeden zardan taşınmasıdır Konsantrasyonları farklı moleküler kompozisyonlar sonuç olarak balans konsatrasyona kavuşmak için passif difüzyona ihtiyaç duyacaktır. Pasif transport Pasif taşınma bir maddenin enerji gerektirmeden zardan taşınmasıdır
Pasif taşınma bir maddenin enerji gerektirmeden zardan taşınmasıdır Pasif diffuzyonda maddeler Gradientin yüksek olduğu sahadan az olduğu sahaya doğru hareket ederler Enerji gereksinimi yoktur. Pasif transport Pasif taşınma bir maddenin enerji gerektirmeden zardan taşınmasıdır
Bir çözünenin diffüzyonu Pasif transport Bir çözünenin diffüzyonu
İki çözünenin diffüzyonu Pasif transport İki çözünenin diffüzyonu
Çözünmüş oksijen extrasellüer sıvıda intrasellüler sıvıya nazaran daha yüksek konstartasyonda bulunur Karbodioksit ise bunun tam tersidir Pasif transport İyi bir örnek solunum ypana hücrelerin Oksijen ve Karbodioksit gazları üzerine verilebilir
Çözünmüş oksijen extrasellüer sıvıda intrasellüler sıvıya nazaran daha yüksek konstartasyonda bulunur Karbodioksit ise bunun tam tersidir Pasif transport İyi bir örnek solunum ypana hücrelerin Oksijen ve Karbodioksit gazları üzerine verilebilir
Su transport Osmos ve akuaporin
Gradient farkına karşı enerji kullanılarak yapılan transport Çözünen maddelerin gradientin az olduğu yerden gradientin fazla olduğu yere doğru pompalanmak suretifle yapılan transporttur Enerji gereksinimi vardır. Aktif transport Gradient farkına karşı enerji kullanılarak yapılan transport
İyi bir örneği Na/K ATPaz pompasıdır Aktif transport İyi bir örneği Na/K ATPaz pompasıdır
İyi bir örneği Na/K ATPaz pompasıdır Aktif transport İyi bir örneği Na/K ATPaz pompasıdır
İyi bir örneği Na/K ATPaz pompasıdır Aktif transport İyi bir örneği Na/K ATPaz pompasıdır
Aktif transport Bu pompa gradient zıttına taşıma modelini açıklar Na hücre dışında yüksek, ve içinde düşük K hücre dılında düşük ve hücre içinde yüksek Na sürekli olarak hücre dışına pompalanırken K ‘da hücre için pompalanır
İyon pompalarının membran potasnsiyelinde ki rolü Membran potansiyeli inrasellüler saha ile ekstrasellüler saha arasındaki voltaj farkıdır Bütün hücrelerde bu farktan ötürü bir potansiyel bulunur Intrasellüler saha extrasellüler sahaya göre negatif yüklüdür; anyon ve katyonlar kompartmanlara arasında eşit dağılmamıştır -20mV ile -200 mV arasında bir fark bulunur İyon pompalarının membran potasnsiyelinde ki rolü
İyon pompalarının membran potasnsiyelinde ki rolü Hücre içi negatif olduğundan Anyonlar hücre dışına doğru Katyonlar ise hücre içine doğru hareket etme eğilimindedir Bunun temel nedeni Elektrokimyasal gradienttir İki güç bu geçişi kontrol eder Kimyasal güç – iyonların kimyasal gradienti Elektriksel güç – zar potansiyelinin iyonlar üzerine olan etkisi İyon pompalarının membran potasnsiyelinde ki rolü
Endositoz,Fagozitoz ve Pinositoz ile Ekzositoz
Endositoz,Fagozitoz ve Pinositoz ile Ekzositoz
Endositoz,Fagozitoz ve Pinositoz ile Ekzositoz
Endositoz,Fagozitoz ve Pinositoz ile Ekzositoz
Reseptör aracılı endositoz
Reseptör aracılı endositoz
A: B: Z: X: Y: