Biyolojik Membranlar ve Taşıma

Dosyayı isterseniz görüntüleyebilir isterseniz indirebilirsiniz.


GoogleDocs üzerinden indirmek için : İndir –Açılan sayfadan indirebilirsiniz–

Önizleme ;

 

BİYOLOJİK MEMBRANLAR & TAŞIMA
Plazma Membranı
Plazma membranları bir hücreyi diğerinden ayırır ve hücre içindeki organel membranları ise kapalı kompartımanları oluşturur.
Seçici geçirgen özelliği vardır. Böylece hücre içi ve dışı arasındaki kompozisyon farklılıklarının devamlılığını sağlar.
Hücreler içinde farklılaşmış bölümler teşkil eder.
İntrasellüler membranların oluşturduğu bölümler
mitokondri,
endoplazmik ve sarkoplazmik retikulum,
golgi kompleksi,
salgı granülleri,
lizozomlar ve
nükleer membranlar gibi
morfolojik yönden ayırt edilebilen yapıların çoğunu oluştururlar.
Membranlar sayesinde vücut suyu kompartımanlara ayrılmıştır.
Vücut kitlesinin %56’sını oluşturan su;
intraselüler ve
ekstraselüler sıvı olmak üzere iki ana bölüme ayrılmıştır.
Membranın yapısı
Biyolojik membranlar lipidler, proteinler ve karbonhidratlardan oluşmuş kompleks yapılardır.
Membranın yapısında bulunan protein lipid oranı hücreler ve fonksiyonlarına göre değişiklik gösterir.
Membranlar asimetrik tabaka tarzında kapalı olan yapılardır.
Çeşitli memeli membranları 7-10 nm kalınlığındadır.
Genellikle hücre içi membranları plazma membranından daha incedirler.
Membranın fonksiyonları
Birçok hormonların etkileri ve metabolik olayların regülasyonu membran üzerindeki bölgelerle olur.
Bu bölgeler spesifik tanıma bölgeleri”dir ve hormon veya düzenleyiciler tarafından hücreye bildirilen bilgiler, seconder messenger (ikincil haberci) denilen intrasellüler aracı moleküller tarafından, uygun bir metabolik yolla iletilir.
Bakterilerin besinlere doğru hareketi, hormonlara (insülin vb) hedef hücrenin cevabı ve ışığın algılanışı, membrandaki spesifik tanıma bölgeleri ile sinyal alımına primer örnekleri oluştururlar.
Bazı membranlar ise kimyasal veya elektriksel olarak sinyal üretirler. Böylece membranlar, biyolojik komünikasyonda (haberleşme, bilgi taşımada) santral rol oynarlar.
MEMBRANLARIN KİMYASAL      KOMPONENTLERİ
Membranların, yapılarının değişikliğine göre fonksiyonları da farklıdır.
Önemli ortak özellikleri şunlardır:
Bütün membranların iki esas unsuru, lipidler ve proteinlerdir. Fakat değişik membranlarda bu maddelerin miktarları farklıdır.
Protein oranı % 20 ile myelinde en az, % 70 ile mitokondri iç zarında en fazladır.
İntrasellüler membranların enzimatik aktiviteleri fazla olduğundan dolayı protein oranları yüksektir.
Membran Lipidleri
Fosfolipidler;
Fosfogliseridler  (lesitin, sefalin)
Sfingomiyelin
Glikosfingolipidler;
Serebrozid
Gangliozidler
Steroller;
  En çok kolesterol özellikle membranın dış kısmında bulunur. Membrandaki kolesterol miktarı artarsa sterol halkası fosfolipidlerin yağ asitleri ile esterleşerek fosfolipid akışkanlığını azaltır.
Membran lipidleri çift tabaka şeklinde düzenlenir ve amfipatikirler.
Amfipatik zar lipidleri polar bir baş grubu ile polar olmayan kuyruklar taşır.
Çift katman fosfolipidlerin hidrofobik bölgelerinin sulu çevreden korundukları buna karşın hidrofilik bölgeler suyla temas halinde bulunur.
Kuyruklara ne kadar fazla sayıda kıvrım girerse zar o kadar esnek olur, yani daha akışkan bir hal alır.
 
  Koşullara ve lipitlerin yapısına bağlı olarak amfipatik lipidler, suyla karıştırıldıklarında üç tip lipit agregatı oluştururlar.
Membran geçirgenlikleri
Hidrofob merkezinde çözünmeyeceklerine göre çift katlı tabaka suda çözünen moleküllerin çoğuna geçirgen değildir.
O2, CO2 ve azot gibi gazlar, etkileşimi az olan ufak moleküller kolaylıkla membranın hidrofobik bölgelerinden difüze olurlar.
Lipid türevi moleküller örneğin steroid hormonlar çift katlı tabakayı kolaylıkla geçerler.
İyonlar ve diğer moleküller ise membrandaki proteinler aracılığı ile geçebilirler.
Membran Proteinleri:
Lipid çift tabakası ile ilişkilidirler.
Proteinler ihtiva ettikleri amino asitlerin özelliğine bağlı olarak amfipatik olabilirler.
Bir membranda var olan değişik proteinlerin sayısı hücrenin bulunduğu yer ve fonksiyonlarına göre değişmektedir.
Örneğin bu sayı sarkoplazmik retikulumda 6-8 iken plazma membranında 100’ün üzerindedir.
Membran Proteinleri:
Membrandaki proteinler;
enzimler,
transport proteinleri,
antijenler ve
çeşitli moleküllere ait reseptörlerden ibarettir.
Membran proteinleri membrandaki lokalizas-yonlarına göre;
integral ve
periferal proteinler olarak ikiye ayrılır.
İntegral proteinler
lipitlere sıkıca bağlıdırlar ve membran tamamlayıcı bileşiklerdir.
hidrofobik etkileşimleri önleyen deterjanlar, organik çözücüler veya denatüre edici ajanlarla uzaklaştırılabilirler.
Fosfolipidlerle etkileşirler ve lipid çift tabakasını baştan sona kadar kat ederler.
genellikle globüler’dir ve bizzat kendileri amfipatiktirler.
Membran çift katmanında asimetrik olarak dağılmışlardır.
Glukoforin, sitokrom oksidaz, rodopsin, immunglobulinler ve reseptörler integral proteinlerdir.
Periferal proteinler
membran yüzeyine lokalize olan proteinler zara bağlı enzimlerin düzenleyicisi olarak görev yaparlar veya integral proteinlerin hücre içi yapılara tutunmalarını sağlayarak onların hareketlerini kısıtlayabilirler.
suda eriyebilirler ve lipid içermezler.
zarlara, zar lipidlerinine polar baş grupları, integral proteinlerin hidrofilik kısımlarıyla olan hidrojen bağları ve elektrostatik etkileşimlerle bağlanırlar.
Aneksin, ankirin, spektrin, ATPaz, tibronektin ve klatrin örnek olarak verilebilir.
BİYOLOJİK MEMBRANLAR
Nicolson ve Singer, lipid bilayerin (çift tabaka) yüzeyindeki proteinleri bir membran mozaik modeli ile açıklamaya çalıştılar.
Bazı proteinler, polar grupları her iki yüzdeki aköz (sıvı) çevre ile temas halinde olarak, lipid bilayerı boylu boyunca geçerler ve hidrofobik kısımları membran içindeki lipidlerle temas halindedir.
Bu model “akışkan mozaik model” olarak adlandırılır ve membran da hem lipidler hem proteinlerin hareketini gösterir.
Membran Asimetrisi
Biyomembranlar boyunca da lipid komponentleri (içerikleri) asimetrik dağılırlar.
Çift katlı tabakanın her bir tabakası, sfingolipit ve fosfogliseritler açısından değişik kompozisyonlardadır.
Dış tabakada sfingomyelin, iç tabakada ise fosfatidiletanolamin daha fazla bulunur.
Kolesterol ise her iki tarafta da eşit dağılır.
Membran Fluiditesi
(Akıcı olması, hareketli olması):
Değişik lipidler ve lipidler ile proteinler arasındaki etkileşmeler çok dinamik ve komplekstir.
Membranın lipid kısmında hem lipid hem de protein hareketi ile bir akışkanlık vardır.
Akışkanlığın derecesi ısıya ve membran kompozis-yonuna bağlıdır.
Düşük ısılarda lipidler jel-kristal durumundadır ve hareketlerinde sınırlılık vardır.
Isı arttığı zaman akışkanlıkta artma olur.
Kısa zinciri veya doymamış yağ asitleri içeren fosfogliseritler, akışkanlığı artırırlar.
Sert, yuvarlak yapıdaki kolesterol yağ asidi zincirinin kıvrımını azaltır, akışkanlığı düşürür.
Kalsiyum direkt olarak membranların akışkanlığını azaltır.
Çünkü kalsiyum negatif yüklü fosfolipitlerle etkileşir böylece lipitlerin çökmesine yol açar ve membran akışkanlığı azalmış olur.
PLAZMA ZARINDA TAŞINMA
(TRANSPORT)
Hücreler dış ortamla sürekli iletişim halindedirler ve bu iletişim hücre zarı aracılığıyla gerçekleştirilir.
Hücre zarı, hücrenin içi (intrasellüler) ile hücre dışı (ekstrasellüler) arasında seçici geçirgen bir özelliğe sahiptir.
Yani hücre membranı bütün maddelere karşı aynı derecede geçirgen değildir.
Hücre kendisi için gerekli besin maddelerini dış ortamdan alırken, metabolizma sonucu oluşan zararlı metabolitleri ise yine zar yardımıyla dış ortama vermelidir.
Aynı şekilde, hücre içerisindeki organeller, genelde kendilerini çevreleyen sitozoldeki ortamdan farklı bir içeriğe sahiptirler. Organel membranları da iç ve dış ortamdaki bu konsantrasyon farklılığını devam ettirirler.
Küçük moleküllerin membrandan geçişi
A- Büyük moleküllerin hücre zarında taşınması
  1.Endositoz
  1. Pinositoz
  2. Fagositoz
  3. Reseptör aracılı endositoz
  4. Ekzositoz
B- Küçük moleküllerin ve iyonların hücre zarından taşınması
  1.Pasif taşınma
  1. Plazma membranında basit difüzyon
  2. Protein kanalları (porlar) ile difüzyon
  3. İyon kanalları ile difüzyon
  4. Kolaylaştırılmış difüzyon
  5. Aktif taşınma
  6. Büyük moleküllerin hücre zarında taşınması
  7. Endositoz (Endocytosis)
Dış ortamdaki moleküllerin hücre zarında oluşan bir uzantı veya vezikül ile sitozole geçmesi.
  1. Pinositoz = Hücrenin içmesi (Pinocytosis)
  2. Fagositoz= Hücrenin yemesi (Phagocytosis)
  3. Reseptör aracılı endositoz
  4. Pinositoz
Çapı 100-150 nm (~0.1 mm) veya daha küçük veziküllerin, su ile birlikte zarın stoplazma içine doğru çökerek, hücre içine alınmasıdır.
Pinositoz, sıvı halde içmek anlamındadır (pine = eriyip bitmek).
Pinositoz olayı elektron mikroskop ile gözlenebilir.
Pinositoza örnek olarak, ince barsakta emilimi sağlayan epitel hücrelerin lümene bakan kısmı, kapiller endotel hücreleri vs verilebilir.
Kolloidal  eriyik haldeki proteinler, karbonhidratlar ve yağlar ile polipeptidler, kuvvetli elektrolit çözeltiler, antikorlar ve hormonlar pinositozla hücre içerisine alınırlar.
  1. Fagositoz
Partikül büyüklüğü > ~0.1 micron (mm) olanlar yine veziküllerle mikroorganizmalar, hücre kalıntıları – artıkları gibi büyük partiküller hücre içine alınır.
Fagozom adı verilen endositik veziküller lizozomların bu veziküllere birleşmesiyle sindirilirler.
Fagositoz özelleşmiş fagositlerce yapılır.
Örneğin: makrofajlar, histiyositler, nötrofiller gibi
Fagositozun vücuttaki önemi;
Dokulardaki bakterilerin ve hücre artıklarının yok edilmesi sağlanır.
Makrofajlar kan ve dokularda yaygın olarak bulunurlar. Ölmüş, parçalanmış hücre artıklarını sindirirler.
Nötrofillerin ise anaerobik ortamda yaşama kabiliyetleri fazladır. Özellikle iltihaplı, nekrotik dokularda bakterilerle savaşır.
Nötrofil bir bakteriyi fagosite edeceği zaman, membranına yapışan bakteriyi yalancı ayakçıkları ile sarar, onu tamamen kuşatarak kendi membranı ile sarılmış bir şekilde sitozolüne alır.
Bu vezikül (fagositoz vezikülü=fagozom) lizozomun membranı ile kaynaşarak enzimler tarafından sindirilir.
  1. Reseptör aracılı endositoz
Çeşitli protein ve partiküllerin hücre yüzeyindeki protein yapılı reseptörlere bağlanıp hücre içine alınması.
LDL, IgG, transferrin, insülin gibi
Hücreye alınacak madde, hücre zarında oluşan ve klathrin denen bir protein ile kaplı çukurcuk içine alınır. Bu çukurcuk derinleşir ve endositotik bir vezikül oluşur ve bu veziküller reseptör-makromolekül kompleksi halinde hücreye alınır.
  1. Küçük Moleküllerin ve İyonların Transportu
  2. Plazma membranında basit difüzyon
Bazı moleküller belirli bir süre içinde zarın lipid tabakasını hiçbir aracı moleküle ihtiyaç duymadan her iki yöne doğru geçebilirler.
Plazma zarından bu geçiş, moleküllerin lipid içinde erimesine bağlıdır.
Bu taşınma sırasında aracı molekül sözkonusu olmadığından enerjiye gereksinim duyulmaz.
Difüzyonun oranı, molekülün büyüklüğüne ve yağda erime oranına bağlıdır. Genelde küçük ve yağda eriyen moleküller (hidrofobik veya non-polar), lipit tabakada daha hızlı difüzyona uğrar.
Küçük non-polar moleküllerden bilinen O2 (32 dalton), CO2 (44 dalton), hücre membranının polar olmayan lipid kısmında hızla eriyerek difüzyona uğrarlar.
Bu gazlar lipid ile temas eder etmez hemen eriyerek lipid içerisinde de difüzyonla ilerler.
Maddenin lipiddeki eriyebilirliği çok fazla ise, zarı geçmek kolay olur.
Örneğin, oksijenin membranın lipid tabakasında eriyebilme hızı çok yüksektir. Oksijen lipitle temas ettiği zaman hızla eriyerek serbest halde difüzyona uğrar.
Oksijenin lipid içerisindeki difüzyon hızı, su içerisindeki difüzyon hızından çok yüksektir.
Yüksüz polar moleküllerden su (18 dalton) ise membranın lipid tabakasında eriyemez fakat por yolu ile çok hızlı bir şekilde hücre içerisine veya dışına doğru taşınır.
Büyük polar moleküller ise örneğin, glukoz (180 dalton) lipid tabakayı geçemezler.
Lipid tabaka boyutları ne olursa olsun yüklü iyonlara (H+, Na+2, HCO3-, K+, Ca+2, Cl-, Mg+2) geçirgen değildir.
  1. İyon kanallarından (porlardan) geçiş:
Protein yapıdaki bu kanallar lipit tabakayı boydan boya kat eder.
Suda eriyen iyonların çoğu ve çapı < 8 A° olan moleküller (Glukoz dahil bütün monosakkarıtler ve karbonhidratlar, amino asitler ve nükleotidlerin çapı > 8 A° olduğu için porlardan geçemez)
İyon kanalları seçici geçirgen olup;
  1. Katyon ve anyon ayrımı yapmaksızın;
Gap Junction
İkinci mesajcı iyon kanalı
  1. Na+, K+, Ca+2 gibi katyonlara spesifik;
Voltaj kapılı iyon kanalları
  1. Reseptörlere bağlanarak iyon geçişi yapan;
Ligand kapılı iyon kanalları
asetil kolin reseptöre bağlanınca Na+ ve K+’u,
glisin, GABA reseptörlerine bağlanınca Cl- geçişi olur.
  1. Kolaylaştırılmış Difüzyon:
Permeaz denen taşıyıcı proteinler aracılığıyla.
Permeazlar solutların bağlanacağı özel bölgeler içerir (Enzim-substrat ilişkisi gibi).
Tek tip solüt molekülünü zarın bir yüzünden diğer yüzüne iki yönlü geçiş sağlar (uniport).
veya bir solutun taşınması ortamda başka bir solutun varlığına bağlıdır (çiftleşmiş taşıyıcılar).
Aynı yönde taşınıyorlarsa simport (Na+2-şeker, Na+2-aa gibi)
Zıt yönlerde taşınıyorlarsa antiport (Na+2 – Ca+) denir.
  1. Aktif Taşınma:
İki şekilde gerçekleşir.
  1. ATP Bağımlı Aktif Taşınma:
Enerji Na+, K+ ve Ca+2 gibi iyonların konsantrasyon gradientini sağlamada kullanılır. Bilinen 3 enzim sistemi olup;
  1. Sodyum-Potasyum Pompası (Na+-K+ ATPase) :
Hücrede en önemli aktif taşıma sistemidir.
Antiport olarak görev yapan pompa Na+’yu yüksek elektro-kimyasal gradientine karşı hücre dışına pompalarken, K+’u hücre içine pompalar.
Burada taşıyıcı molekül ATPaz’dır.
Her seferinde 3 Na+ hücre dışına taşınırken, 2 K+ hücre içine taşınır.
Pompanın metabolik inhibitörlerle durması sonucu hücre aniden su alır ve patlar.
  1. Kalsiyum Pompası (Ca+2 ATPase) :
Hücre içine geçen fazla Ca+2 iyonu aynı şekilde Ca+2 ATPaz taşıyıcı protein ve ATP yardımıyla hücre dışına atılır.
Kas hücresinde ise stozoldeki Ca+2, sarkoplazmik retikulum kanallarına transportu şeklindedir (depolanır).
Eritrosit sitozolünde Ca+2 fazlalaşınca eritrositte bulunan Calmodulin Ca+2’yi kendine bağlar. Bu bağlanma Ca+2 ATPaz aktivitesini başlatır ve Ca+2 eritrositten uzaklaştırılır.
  1. ATP Bağımlı Proton Pompası
Lizozom pH’sı (5) ve mide pH’sı (1.5-2) ayarlanması için H+ iyonu taşınır.
Lizozom Asiditesinin Sağlanması:
Sistem lizozom zarında bulunur.
ATP harcanarak sitozoldeki H+ iyonları lizozoma pompalanır.
Hücre sitozolünde pH 7.0-7.4 iken, lizozomda 4.5-5 olur.
Mide Asiditesinin Sağlanması:
Mide lümenine bakan paryetal (oxyntic)hücreler, mide asiditesini artıran HCl asidini salgılar(ATP kullanılarak).
  1. İyon Gradienti Sayesinde Aktif Taşıma:
ATP enerjisi kullanılmadan, maddenin az yoğun ortamdan, daha yoğun ortama geçişi, bir başka maddeye ait moleküllerin iyon gradienti (yoğunluk farkı) ile sağlanır.
Bu aktif taşıma simport ve antiport şekillerde olup;
  1. Na+Glukoz Simportu:
Barsak lümeninden 2 Na+ iyonu kendi elektron gradientine bağlı olarak hücre içine girerken, beraberinde (simport olarak) bir glukoz molekülünü de lümenden hücre içine sürükler.
Barsak epitel hücrelerinin bazal yüzünde bulunan glukoz permeaz yardımıyla kana geçer.
Aynı şekilde lümenden giren Na+ iyonları da Na+-K+ ATPaz pompasıyla (ATP kullanılarak) hücrenin bazal yüzünden kana geçer.
  1. Na+Ca+2 Antiportu:
Kalp hücrelerinde Ca+2’un uzaklaştırılması sağlanır.
Na+-K+ ATPaz ile hücre içinde azalan Na+ gradienti sonucunda 1 Na+ iyonu hücre içine girerken 2 Ca+2 iyonu atılır. Böylece kalp kasının kasılması düzenlenir.
  1. Na+ – H+ Antiportu:
Hücre metabolizması sonucu oluşan H+ iyonları bu sistemle uzaklaştırılır.
  1. Cl – HCO3 Antiportu:
Eritrositlerde bulunur.
Zarda yer alan Band 3 proteini bir anyon antiportudur.
Bu protein sayesinde eritrositlerin fazla olan Cl- iyonuna karşı geçirgenliği diğer hücrelerden 100.000 kat daha fazladır.
  1. Osmoz:
Semipermeabl zardan su moleküllerinin difüzyonuna osmoz denir.
Difüzyonun özel bir şekli olup, suyun konsantrasyonu yüksek olan yerden düşük olan yere geçişi söz konusudur.
Suyun belli bir süre sonra çözeltiye geçişini engelleyen basınca osmotik basınç denir.
  1. Diyaliz:
Çözünmüş maddelerin özel olarak por çapları belirlenmiş seçici geçirgen bir zardan difüzyonuna diyaliz denir.
Osmozda, sadece su molekülleri geçerken,
diyalizde, bizzat istenen çözünmüş moleküllerin geçişi olur.

Bir Cevap Yazın