Hücre membranı

Güncel Gastroenteroloji

62 Mart 2002

Güncel Gastroenteroloji

Hücre membran›

Bio. Özlem ERKAN

Ankara Üniversitesi, Hepatoloji Enstitüsü, Ankara

H

ücre membranı bütün hücrelerde sitoplaz-manın etrafında bulunan, ileri derecede aùdalı ancak esnek çatılardır. Bu membran hücreyeüekil verir ve hücrenin sınırını belirleyerek seçici bir bariyer görevi görmektedir. Hücre mem-brana dinamik bir yapıya sahip olduùu ve hücrede pekçok fizyolojik olayların meydana geldiùi kompleks bir yapı olarak bakılmaktadır. Hücreye ulaüan bütün kimyasal ve elektriksel bil-giler hücreye hücre membranı tarafından aktarılmaktadır. Zarlar hücre içinde de özgülleümiü bölükler oluüturur. Bu tür hücre içi zarlar, mitokon-driler, ER, sarkoplazmik retikulum ,golgi aygıtları, salgı tanecikleri, lizozomlar ve çekirdek zarı gibi birbirinden yapısal olarak ayırd edilebilen birçok çatı (organel) olusturur.

Biomedikal önem;

Zar çatısında meydana gelen deùiüiklikler sonu-cunda su dengesi ve iyon akıüı etkilenebilir. Bu etkilenmenin akabinde hücre icindeki her olayda etkilenecektir. Zar bileüenlerinin eksiklikleri veya deùiüimleri çeüitli hastalıklara yol açabilmektedir. Normal bir hücre içi ve dıüı ortamın sürdürülmesi, yaüam için temel öùedir.

Yaüam sulu bir ortamda doùmuütur. Peki çoùu memelinin gazlı bir ortamda yaüaması nedeni ile bu sulu ortam nasıl sürdürülür?

Zarlar bu görevi, vücut suyunu içeride tutarak ve bölüklere ayırarak baüarırlar.

Vücut içi suyu bölüklere ayrılmıütır. Su ,insan bedeninin yaùsız vücut kütlesının %56 sını teükil etmektedir ve iki geniü bölüùe daùılmıütır.

úç ortam K ve Mg dan zengindir. Ana anyonu ise fosfattır. Hücre dıüı sıvı yüksek Na ve Ca kapsarken ana anyonu Cl dır.

HÜCRE ZARININ MOLEKÜL DÜZEN‹

Hücre fizyologları 920 ve 930` larda zarda li-pitlerden baüka maddelerin de bulunacaùına ait bilgiler de elde etmeye baslamıülardır. Permeabilite ve yüzey gerilim calıümaları zarda sadece lipitlerin bulunmadıùını göstermekteydi. Lipitlerin üzerinde yer alacak bir protein tabakasının yüzey gerilimini azaltacaùı ve zarın 1. Hücre içi sıvı: Bu bölük total suyun üçte ikisini kapsamaktadır.

•

Hücrelere enerji üretmek,depolamak ve kul-lanmak

•

Kendi kendisini onarmak

•

Kopyasını oluüturmak

•

Özgül iülevleri baüarmak için gereken ortamı saùlamak görevleridir.

2. Hücre dıüı sıvı: Bu bölük ise total suyun üçte birini kapsamaktadır. Plazma ile doku arası bölükler arasına daùılır. Hücre dısı sıvı bır daùıtım sistemidir.

•

Hücrelere besin

•

Oksijen

•

Çesitli iyonlar ve iz elementler

•

Birbirinden geniü çapta uzaklaümıü hücrelere ait iülevler arasında eügüdüm saùlayan düzenleyici molekülleri taüımak görevleridir.

GG 63

seçici geçirgenliùinde de rol oynayabileceùı düüünülmekteydi.

Hücre zarına giren moleküllerin zarda ne üekilde düzenlendiklerini öùrenmek üzere birçok suni zarlar geliütirilmiütir.Tarihi bakımdan ilk ilerı sürülen zar modeli Danielli ve Davson (935)`a aittır. Bu modele göre hücre zarı,ortasında lipit ve iki yanında protein bulunan tabakalardan oluümuü yapıdır.

Yaùların hidrofil olan polar tarafları dıüa ve polar olmayan hıdrofob tarafları ise birbirine dönük olarak yer alır. Polar tarafları da zara dik olarak yerleümiü protein tabakası ile örtülmüütür. Zarda yer yer porlar bulunmaktadır. Porlar protein molekülleriyle astarlanmıütır. Böylece hidrofıl böl-geler oluümuü buralardan solüt iyonlar ve moleküller geçer. Solüt olmayan moleküller muhtemelen lipitte erir ve hücreye böylece girer. Proteinlerin dıü tarafta bulunduùu kanaatine bu araütırıcıları götüren gözlem,zarın yüzey gerilim-inin yaù damlalarının yüzey geriliminden düüük olmasıydı. Proteinin dıü taraflarda bulunarak yüzey gerilimini azalttıùı düüünülmekteydi. Daha sonra Siınger ve Nicolson integral protein-lerin ve lipitprotein-lerin görev sırasında çift tabaka içinde yer deùiütirme yapmalarına dayanarak zarın sıvı-mozayık bır modele sahip olduùunu söylemiülerdir. Bu modele göre biomoleküller lipit tabakalarının arasına mozayık üeklinde proteinler serpistirilmis olup yerleri sabit deùildir. Görev sırasında yer deùiütirirler.

Fosfolipidler; Zarlarda bulunan iki temel fosfolipid sınıfından fosfoglıseridler daha sık görülür ve ken-disine ester baùları ile iki yaù asiti ve fosforlanmıü bir alkolün baùlanmıü olduùu bir gliserol omur-gasından oluüur.

Fosfolipidlerın ikinci sınıfı,bir gliserol yerine bir sfin-gozin omurgası içeren sfingomiyelinlerden oluüur. Sfingomiyelinler, adlarının iüaret ettıùi gibi miyelin kılıflarda baskın haldedır.

Glıkosfingolipidler; Serebrozidler ve gangliyozidler gibiüeker taüıyan lipidler olup bunlarda sfingozin-den türetilir. Sfingomiyelinde alkol grubuna bır fos-forilkolin baùlanmıütır. Serebrozidde ise bu nokta-da glukoz veya galaktoz olarak tek bir heksoz parçası bulunur.

Steroller; En sık bulunan sterol kolesteroldür. Kolesterol sadece memeli hücresi plazma zarlarında bulunur ama daha az miktarlarda mitokondrilerde, golgi aygıtı ve çekirdek zarlarında da yer alır. Plazma zarının dıü tarafına doùru genel olarak daha fazla miktarda bulunur. Hücre zarının yapısına giren proteinlerin hem yapısal hem de fonksiyonel olarak yer aldıkları düsünülmektedır. Genellikle hücre zarlarının yapısına giren proteinlerın % 50 kadarının sabit bir yapı göstermesi sebebiyle proteinlerın bır kısmı mekanik yapı proteini olarak kabul edilir. Proteinler zarda çesitli görevler yapmak üzere bulunan fonksiyonel proteinlerdir. Bunların bir kısmı zar yapısına baùlı olan enzimlerlerdir. Hücre

64 Mart 2002

zarlarının üzerinde bulunan diùer bazı proteinler yanyana gelen hücrelerin birbirine yapıümasına ve hücrelerin birbirlerini tanımalarına yardım eder. Bunların bir kısmı antijen ,bir kısmı da resep-tör olarak görev yapan proteinlerdir. Yin, zardaki proteinler, iyon ve moleküllerin hücreden içeri ve dıüarı aktıf olarak taüınmasında görevli olurlar . Proteinler, taüıdıkları hidrofil gruplarına göre,zara çeüitli üekillerde baùlanırlar. Zar proteinleri, zara baùlanmalarına,yani zarda bulundukları yere göre iki gruba ayrılırlar.

1. integral veya intrinzik proteinler 2. periferal veya ekstrinzik proteinler

Proteinlerin zarda intrinzik veya ekstrinzik olarak yer alıüı protein molekülü üzerinde bulunan hidrofıl ve hidrofob gruplarına baùlıdır. Suda çözünebilir proteinlerin hidrofilik amino asitleri pro-tein molekülünün yüzeyinde yer alır. Hidrofobik amino asitleri ise bu tip proteinlerin orta kısımlarında bulunur. Zarda yerlesen integral pro-teinlerde ise zarın lipit moleküllerine dönük tarafında hidrofobik gruplar yerleümiülerdir. úntegral proteinler zara kısmen gömülü olurlar ve zardaki proteinlerin %70 ını meydana getirirler. Hem zarın yüzeyinde bulunan kısımları ile iyon, küçük moleküller ve hormonlar gibi maddelerle interaksiyonlar yaparlar,hem de devamlı olan lipit tabakasının dıüında bulunurlar. Fakat eski zar modellerinde düüünüldüùü gibi devamlı tabaka teükil etmezler.

Zarda bulunan karbohidratlar ise hekzozlar,hekzoz amınler ve siyalik asit olarak bilinen N- glikozil – nöramik asittir. Bu monosakkaritler bir, iki veya daha çok sayıda olarak ya zarın proteinlerine baùlanabilirler ve glikoproteinleri teükil ederler veya zarın lipitlerine baùlanarak glikolipitleri meydana getirirler. Kırmızı kan hücresi zarı zar kar-bohidratları için iyi bir örnektir. Kırmızı kan hücresi zarlarında % 8 orannda karbohidrat bulunur. Bu karbohidratların çoùunluùu glikolipit üeklinde olup baülıca gangliyositlerdir. Az bir kısmı da pro-teinlere baùlı glikoproteinlerdir.

ZARLAR AMF‹PAT‹KT‹R

Zarlardaki tüm lipidler hem hidrofob hem de hidro-fil bölgeler taüır bu yüzden amfipatik olarak adlandırılırlar.

Doymuü yaù asitleri düz kuyruklara sahipken zarlarda genellikle cis biçiminde bulunan doy-mamıü yaù asitleri kırık kuyruklar yapar.

Kuyruklara ne kadar fazla sayıda kırık girerse zar o kadar az sıkı paketlenir yanı daha akıükan hal alır.

Plazma zarı geçirimsizse moleküllerin çoùu bir hücreye nasıl girer? Bu hareketin seçiciliùi nasıl saùlanır? Çok hücreli organizmaların da karmaüık biyolojik süreçlerin eügüdüm altında yürütülmesi için komüu ve uzak hücreler arasında iletiüim yol-larına sahip olmaları zorunludur. Bu iüaretlerin zara gelmesi ve zar tarafından iletilmesi veya bun-ların bazı etkileüimler sonucu üretilmesi zorun-ludur.

Küçük moleküllerin zarı aüan hareketi

•

Sızma (edilgen ve kolaylaütırılmıü)

•

Etkin taüıma

Büyük moleküllerin zarı aüan hareketi

•

Endositoz

•

Eksositoz

Zarlar üzerinden iüaret iletimi Hücre yüzeyi almaçları

•

úüaret iletimi

•

úüaretin içe alınması Hücreler arası temas ve iletiüim

Taüıma sistemleri iülevsel yönden hareket eden moleküllerin sayısı ve hareket yönüne veya hareketin dengeye veya dengeden uzaùa doùru olup olmayıüına göre tanımlanabilir. Üniport siste-mi bir tip molekülü çift yönde hareket ettirir. Kontransport sistem bir solütün aktarılması bir diùer solütün eü zamanlı veya ardıüık olarak stoikiyometrik aktarılmasına baùlıdır. Simport, bu solütleri aynı yönde hareket ettirir, antiport sistem-leri iki molekülü zıt yönde hareket ettirir.

GG 65

Lipid çift katmanlı zarları kendi baüına serbest olarak aüamayan moleküller bunu taüıyıcı pro-teinlere eülenik olarak baüarırlar. Bu ise kolaylaütırılmıü sızma ve etkin taüıma gibi iki olayı ve son derece özgülleümiü taüıma sistemlerini içerir.

Kolaylaütırılmıü sızma ve etkin taüıma birçok ortak özelliùe sahiptir.

Kolaylaütırılmıü Sızma

Kolaylaütırılmıü sızma, basit sızmadan farklı nitelik-lere sahiptir. Kolaylaütırılmıü sızma hızı ise;

Endositoz – Eksositoz

Küçük molekül aùırlıklı maddeler plazma zarından doùrudan geçerler.

Büyük molekül aùırlıklı maddeler ise zardan geçmeleri zor olduùu için hücre içine alınmaları için baüka mekanizmalar geliümiütir. Hücre , plaz-ma zarı ile hem katı parçacıkların yutulmasını hem de sıvı parçacıkların bir çeüit içilmesini yapar. Bu iki olaya endositoz denir. Hücreden büyük mik-tarda madde çıkarılması ise eksositoz adı verilen bir görevdir. Bu iki olay birbirinin zıddıdır. Endositozla hücre içine alınan parçalar daima bir hücre içi vakuole girerler. Hücrede teüekkül eden bu sitoplazmik vakuole endozom denir.

Endositozda, özelleümiü bazı hücreler tarafından bakteri ve protozoon gibi mikroorganizmaların veya katı parçacıkların yutulması veya yenmesi olayı fagositozdur. Fagositozla teüekkül eden fagositik vaküol bir fagozomdur.

Sıvıların alınmasına pinositoz denir. Fagositozla pinositoz arasında ki fark çok bariz deùildir. Pinositozla zarın saçak gibi uzantılarının aktif hareketi ile alınacak maddelerin çevresi sarılır. Ve hücre içinde geniü bir vakuol teüekkül etmiü olur. Bu pinositik vakuollere pinozom denir.

•

Solüt için özgül bir baùlanma noktası vardır.

•

Taüıyıcı doyurulabilir türde olduùundan bir azami taüıma hızı bulunur.

•

Solüt için bir baùlanma sabiti bulunduùundan sistemin tümü bir Km deùerine sahiptir.

•

Çatı olarak benzer yarıümalı inhibitörler taüımayı bloke eder.

úki sistem arasındaki ana farklılıklar üunlardır.

•

Kolaylaütırılmıü sızma çift yönlü çalıüırken etkin taüıma genelde tek yönlüdür.

•

Etkin taüıma daima bir elektriksel veya kimyasal gradiyente karüı gerçekleüir ve enerji gereksinir.

1. Zarın iki yanındaki deriüim farkına 2. Kullanılabilir taüıyıcı miktarına 3. Solüt taüıyıcı etkileüiminin hızına

4. Yüklü ve yüksüz taüıyıcının her Ichiken ait konformasyon deùiüikliùinin hızına baùlıdır.