Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı HÜCRE ZARI Prof.Dr. Davut ALPTEKİN Ç.Ü. Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı ADANA

HÜCRENİN BÖLÜMLERİ Hücre üç ana bölüme ayrılarak incelenir. Hücre zarı (Plazmalemma) Sitoplazma ve sitoplazmada bulunan organeller Çekirdek (Nükleus)

Hücre Zarı (Plazma Zarı) Sitoplazmayı kuşatarak hücreyi çepeçevre sarar. Hücrenin dış ve iç ortam arasındaki dengenin oluşumunu sağlar. Zar tamamen kapalı bir yapıda olmayıp bir takım madde ve moleküllerin geçeceği şekilde organize olmuştur. Hücre organelleri de aynı zar yapısına sahip olup kendi iç kısımlarını sitosolden ayırır. Zarlar hücre ve organellerin madde alış-verişini de düzenler. Bu nedenle zarlar biyolojik zarlar olarak anılır. Yapılan ilk çalışmalarda hücre zarından yağ ve yağda erimiş maddelerin kolayca geçebildiği saptanmış ve zarın delikcikler ve lipit içermeyen kısımlar içerdiğini düşündürmüştür.

Yapay Zarlar

1935 yılında Danielli ve Davson, zarın geçirgenlik, yüzey gerilimi elektrik ve kimyasal özelliklerini göz önünde bulundurarak, hücre zarının simetrik zar modelini teklif etmişlerdir. Bu modele göre, zarın yapısında tek tabakalı iki protein yaprağı arasında lipit molekülleri vardır. Lipit moleküllerinin polar uçları (hidrofilik kısımları) dışa doğrudur ve protein tabakalarıyla örtülüdür. Yani iki globüler protein tabakası arasında fosfolipit tabakasının yer aldığını, sandviç modeli şeklinde olduğunu açıkladılar.

Dawson-Danielli Modeli Zar Yapısı

1970’li yıllarda farklı hücrelerle yapılan çalışmalarda hücre zarının kalınlığının ve protein/lipit miktarının değişmesi üzerine zarın bu şekilde olmadığı açıklanmıştır. 1972 yılında Singer ve Nicolson tarafından hücre zarının tüm özelliklerin açıklayan bir model ileri sürüldü. Böylece, mozaik zar modeli ya da akışkan zar modeli 1966 yılında Singer ve Lenard tarafından ortaya atılmasına rağmen, 1972’de Singer ve Nicolson tarafından açıklandı. Bu model günümüzde hala geçerli olan modeldir. Protein miktarı zardan zara değişebilir. Proteinler çift katlı fosfolipit tabakasını boydan boyada kat edebilir veya sadece hücre içerisinde veya hücre dışarısında bulunabilir.

HÜCRE ZARI

Fosfolipit Tabakaları Fosfolipitler; hidrofilik ve hidrofobik uçları olan amfipatik moleküllerdir. Sıvı mozaik zar modeli her an değişebilir. Zarda 5 farklı fosfolipit vardır. Bunlardan dış tarafta yoğun olanlar; Fosfotitilkolin, Sfingomiyelin ve Glikolipitler’dir. İç taraftra yoğun olanlar; Fosfatidiletanolamin, Fosfatitilserin ve Fosfatidilinositol’dür.

Biyolojik Zarlar iki Boyutlu ve Akışkandır Fosfolipit tabakasının iki ana görevi vardır. Zarın içinde bulunduğu iki sulu ortam arasında bariyer oluşturmak Fosfolipitlerin yağ asitlerinde bulunan hidrokarbon kuyruklarının birinde bir adet doymamış bağ bulunur. Bu bağ dirsek yaparak hidrokarbon kuyruklarının sıkıca paketlenmesini önler, zarın akışkan kalmasını sağlar. Akışkanlık fosfolipit moleküllerinin hareketi ile de ilgilidir.

Fosfolipit molekülleri; Rotasyon hareketi: Fosfolipit moleküllerinin kendi etrafında dönmeleri Fleksiyon hareketi: Yağ asidi zincirlerinin birbirine yaklaşması ve bükülmesi Lateral diffüzyon hareketi: Fosfolipitlerin tek tabaka içerisinde yatay hareketi Flip-Flop (sıçrama, takla) hareketi: Fosfolipitlerin bir tabakadan diğerine geçmesi Proteinlerde hücre zarında yer değiştirebilir.

Kolesterolün hücre zarındaki önemi Yüksek sıcaklıklarda kolesterolün başı fosfolipitlerin polar uçlarına doğru kayarak zarın çok fazla akışkan olmasını önleyerek zardan küçük moleküllerin ve suyun girip çıkmasını önler. Soğukta ise tam tersini yani yağ asiti hidrokarbon zincirleri arasına girerek zarın donmasını önleyerek akışkanlığın devamını sağlar. Bitkilerde ve bakterilerde ise benzer etkiyi yapan sterol bulunur.

Hücre Zarı Proteinleri Hücre zarında protein ve lipit miktarı genelde eşit miktardadır. Glikolipitler ve Glikoproteinler ise tüm zar kütlesinin %5-10’nu kadarıdır. Proteinler, büyük moleküller olduğu için bir protein molekülüne karşılık 50-100 lipit molekülü denk gelir. Hücre zarındaki proteinler Periferal ve İnteğral proteinler olarak ikiye ayrılır.

Periferal Proteinler; zarın hidrofobik lipit tabakası içerisine girmeden, zar yüzeyine, çoğu kez integral proteinlere iyonik bağlarla tutunur. İyonik bağlar pH değişimi ve tuzlu su ile kolayca kopabilir. Bu nedenle bu proteinlerin zardan ayrılması ile zarın yapısı bozulmaz. İntegral Proteinler; zarın hidrofobik yağ asitlerine kovalent bağlar ile bağlanır. Bu bağları koparan kimyasallar ile bağdan ayrılabilir.

İntegral proteinler deterjanların hidrofobik uçlarının lipitlerin yerine geçmesi ile lipitlerden koparılabilir. İntegral proteinlerin bazıları zara kısmen gömülü, bazıları da zarı boydan boya kat eder (Transmembran protein). İntegral proteinler alfa heliks yapısındadır. Protein sentezi ile E.R.’da oluşur. Ortasında 20-25 amino asitlik hidrofobik kısım vardır. Oluşan protein E.R. zarına girer. Buradan golgi cisimciğine, sonrada veziküllerle hücre zarına geçer.

İntegral proteinlerden α-heliks yapısında olanlar zarı birkaç kez enine geçebilir. Bu proteinlerin bir ucu N-terminali, diğer ucu COOH-terminalidir. Heliks sayısı değişebilir. Band 14, Na kanalı 4 domainde 24 tane α-heliks içerir. Hücreler arası bağlantı yapan konneksin gibi proteinler içermez.

Hücre Zarında Bulunan Protein Molekülleri 1.Adezyon proteinleri: Hem integral hemde periferal protein olup komşu hücreleri birbirine bağlar. 2.Kanal Proteinleri: Bunlar integral proteinler olup içerisindeki kanaldan (porlardan) su ve suda erimiş maddeleri komşu hücrelere aktararak hücreler arasında iletişim kurar. 3.Taşıyıcı (Transport ) Proteinler: Kanal proteinleri gibidir. Pasif difffüzyon ile veya aktif transport için özelleşmiştir. Aktif transportta madde geçişi için enerji gereklidir (Na-K pompası gibi). 4.Reseptör Proteinler: Hücreye gelen sinyal moleküllerini bağlar. Hücre içerisine haber ileten zar proteinlerine bağlayarak iletimi sağlar.

5.Destek proteinleri: Bazı proteinler hücre iskeletinin oluşmasında hücre içi proteinlerinin hücre zarına tutunmasını sağlar (Distrofin proteini-DMD). 6.İyon kanal proteinleri: Bazı iyonların (Na +, K +, Ca + +) aktif transportla taşınmasını sağlar. 7.Elektron taşıma proteinleri: Elektronları bir molekülden diğerine taşır. Bazı durumlarda H+ iyonlarını da taşır. Fotosentez ve solunumda görevli sitokromlar bu gruba geçer.

8.Tanıyıcı Proteinler: Doku oluşumunda ve hücreler arası ilişkide görev yapar. Çok hücreli hayvanlarda bu proteinler hücre zarının dış yüzeyinde bir örtü oluşturur. Aynı grup hücrelerin bir arada durmasını sağlar. 9.Reseptör Proteinleri: Hücreye bazı maddelerin bağlanmasını sağlayarak hücrenin metabolizması ve davranışı üzerinde etkili olur. Bazı reseptör proteinler yalnız hücre zarında bulunur. Bazıları hücre içinde uzantılar verir. Ör. akyuvarlar üzerindeki reseptörler yabancı maddelerin yakalanmasına yardımcı olur.