V 1

BİYOLOJİKMEMBRANLAR

Prof.Dr. Kadir TURAN

K.TURAN-2016

V 2

Membranların genel yapısı►Non-kovalent etkileşimlerin bir arada tuttuğu lipid ve proteinlerin oluşturduğu ince bir film yapısındadır.►Membranlar durağan özellik göstermezler, dinamik ve akışkan yapıdadırlar►Çift katlı lipid yapısı membranın ana iskeletini oluşturur ve seçici geçirgen

özellik taşır.►Proteinler membranın tüm diğer işlevlerini yerine getirirler

MEMBRANLAR

MBC-IV.th edition

K.TURAN-2016

V 3

Karaciğer Hücresi KesitiNukleusMitokondrilerEndoplazmik RetikulumMBC-IV.th edition

Karaciğer Hücresi KesitiGolgiPlazma zarlarıLizozomMBC-IV.th edition

MEMBRANLAR

K.TURAN-2016

V 4

Membranların İşlevleri

► Hücre membranı hücrenin sınırlarını belirler

► Hücre organellerini sitosolden ayırır

► İyon gradiyenti oluşturur. Oluşan iyon gradiyentiATP sentezi ya da elektrik sinyallerininoluşturulması ve iletisinde kullanılır

► Yapısında taşınan proteinler farklı işlevlerüstlenirler (transport, sinyal iletimi vb.)

Membranların Yapısında Yer Alan Moleküller

LİPİDLER

PROTEİNLER

KARBOHİDRATLAR

K.TURAN-2016

V 5

Lipidler membranların ana iskeletini oluştururlar.Membranların yapısında yer alan tüm lipidler amfipatiközellik gösterir. Bir hidrofilik (polar, suya ilgisi fazla)ve bir hidrofobik (non-polar, apolar, sudan kaçan)grup taşırlar. Lipidlerin hidrofobik uçları çoğunluklayağ asidi molekülleridir.

Polar grup (hidrofilik)

Non-polar grup (hidrofobik)

LİPİDLER

K.TURAN-2016

V 6

LİPİDLER

Misel

Çift katlı Lipid Tabakası(Lipid bilayer)

Lipidler, amfipatik özellik göstermeleri nedeniyle suluortamlarda kendiliğinden çift katli lipid tabakası yada misel yapısı oluştururlar. Bu yapılarda dışta polariç kısımda ise non-polar gruplar ye alır.

Lipid molekülleri

Non-polar

Polar

Polar

K.TURAN-2016

V 7

Yapay olarak oluşturulan çift katli lipid tabakası suluortamlarda küresel vesiküller oluşturma eğilimindedir.Bu yapılara lipozom adı verilir.

LİPİDLER

Lipozom(Elektron mikrograf)

Lipozom(Model)

MBC-IV.th edition

K.TURAN-2016

V 8

MEMBRANLARIN YAPISINDA YER LİPİDLER

1.Gliserofosfolipidler*Fosfotidilkolin*Fosfotidiletanolamin*Fosfotidilserin*Fosfotidilinositol

2.Sfingofosfolipidler*Sfingomiyelin

3.Glikosfingolipidler* Serebrosidler* Gangliosidler* Globosidler

4.Kolesterol

GLİSERİN

SFİNGOSİN

SFİNGOSİN

STEROİD HALKA

K.TURAN-2016

V 9

Gliseridler (Yağlar) : Gliserin+Yağ asitleri

GLİSEROFOSFOLİPİDLER

CH2-OH

CH -OH

CH2-OH

OH

OH

OH CH3-(CH)n-COOH

Gliserin Yağ asitleri

Monogliserid Digliserid Trigliserid

O-C-R1

OH

O

OH

O-C-R1

OH

O

O-C-R2O

O-C-R1O

O-C-R2O

O-C-R3O

K.TURAN-2016

V 10

O-C-R1O

O-C-R2O

O-P-O-

O

O-

X

YAĞASİDİ

YAĞASİDİ

FOSFAT

GLİSERİN X

X = H -Fosfotidik asitX = Kolin -Fosfotidil kolinX = Etanolamin -FosfotidiletanolaminX = Serin -FosfotidilserinX = İnositol -Fosfotidilinositol

GLİSEROFOSFOLİPİDLER

KolinKolin EtanolaminEtanolaminSerinSerin İnositolİnositol

K.TURAN-2016

V 11

Sfingosin(amino alkol)

OH-CH2-CH-CH-CH=CH-(CH2)12-CH3

NH2

OH

OH

NH2

OH

SFİNGOFOSFOLİPİDLER

OH

NH2

OH R

Yağ asitleri

Fosfat+Alkol

Sfingofosfolipid

K.TURAN-2016

V 12

NH-

OH R

O-C-R1O

O-P-O-

O

O-

Kolin

NH-

OH R

O-C-R1O

O-P-O-

O

O-

Etanolamin

SFİNGOMİYELİN

SFİNGOFOSFOLİPİDLER

K.TURAN-2016

V 13

Seramid

GLİKOSFİNGOLİPİDLER

Şeker

NH-

OH R

O-C-R1O

OH

Glikosfingolipidler

OH

OH

NH

O

C=O

R1

yağ asidi

sfingosin

K.TURAN-2016

V 14

NH-

OH R

O-C-R1O

O- Galaktoz

Bir serebrozid

GLİKOSFİNGOLİPİDLER

NH-

OH R

O-C-R1O

O- X

X = Glu-Gal = Glu-Gal-NAc-Gal= Glu-Gal-NAc-Gal-Gal

Gangliosidler

K.TURAN-2016

V 15

KOLESTEROL

• Kolesterol uzun doymuş yağ asidizincirlerini içeren plazma membranı gibimembranlarda bol miktarlarda bulunur.Kolesterolün varlığı, fizyolojiksıcaklıklarda bu tip membranlardakristallenmeleri önler.

• Kolesterol içermeyen ya da çok düşükoranlarda içeren, mitokondri membranıgibi membranlar, bol miktarda bir ya dadaha fazla çifte bağ içeren, dolayısıyladaha düşük erime sıcaklığına sahip yağasitleri içeren lipidler taşırlar.MBC-IV.th editionMBC-IV.th edition

A B

C D1

2

3

45

6

7

89

10

11

12

13

14 15

16

17

18

19

Steroid Halka

A B

C D1

2

3

45

6

7

89

10

11

12

13

14 15

16

17

18

19

Steroid Halka

HO

HH

Kolesterol

HO

HH

Kolesterol

K.TURAN-2016

V 16

Farklı hücre membranlarında ortalama lipid oranlarıMBC-IV.th editionMBC-IV.th edition

K.TURAN-2016

V 17

Membran Proteinleri

I. İntegral membran proteinleri

a.Transmembran proteinleri amfipatic özellik gösterirler

– Membranın her iki tarafında kalan hidrofilik bölgeler suile; hidrofobik bölgeler ise membran fosfolipidlerininhidrofobik yağ asidi zincirleri ile etkileşim halindedir.

Çift katlı lipid tabakasıÇift katlı lipid tabakası

K.TURAN-2016

V 18

b. Sitosolik membran proteinleri

Membranın sitoplazma tarafında lokalize olmuşlardır

Membrana amfipatik yüzeysel bir heliks bölgesi ile bağlanırlar

Çift katlı lipid tabakasıÇift katlı lipid tabakası

K.TURAN-2016

V 19

II. Periferal membran proteinleri

Membranın her iki tarafında, integral membran proteinlerinin polarbölgeleri ile non-kovalent bağlar ile bağlı proteinlerdir. Periferalmembran proteinleri iyonik kuvvet ya da ortam pH’sı değiştirilerekmembran yapısı bozulmadan ayrıştırılabilirler

Çift katlı lipid tabakası

K.TURAN-2016

V 20

Membranların Geçirgenliği

Membranlar seçici geçirgen özellik taşırlar. Su, oksijen, azot, gliserolgibi küçük yüksüz moleküler membrandan geçebilmekte, buna karşıniyonlar ve daha büyük hidrofilik moleküllerin geçişi engellenmektedir.

Küçük yüksüz moleküller

Büyük hidrofilikmoleküller ve iyonlar

Küçük yüksüz moleküller

Büyük hidrofilikmoleküller ve iyonlar

The Cell:A Molecular ApproachG. M. Cooper - R. E. Hausman

K.TURAN-2016

V 21

Membranlardan Transport

Membranların ana iskeletini oluşturan lipid tabakalarından geçemeyenmoleküller, membran yapısında yer alan kanal proteinleri ya da taşıyıcıproteinler aracılığıyla hücre içerisine alınırlar.

KolaylaştırılmışTransport

AktifTransport

Taşıyıcı proteinler

Kanal proteinleri

K.TURAN-2016

V 22

Membranlardan Transport

Büyük partiküllerin hücre içerisinealınması endositoz olarak adlandırılanpartikülü çevreleyen membran bölgesininiçe çökmesi ve hücre membranındanayrılarak sitoplazmada serbest kalmasıolayı ile gerçekleştirilir. Endositozyoluyla katı bir partikülün hücreyealınması fagositoz, sıvı bir maddeninalınması ise pinisitoz olarak tanımlanır.

Endositozun aksine, hücre içerisindekiartıkların, atık maddeyi çevreleyenmembran ile hücre membranının füzyonuile dışarı atılmasına ekzositoz adı verilir.The Cell:A Molecular Approach

G. M. Cooper - R. E. Hausman

K.TURAN-2016

V 23

Lizozomlar:Lizozom terimi Yunanca “lysis” (erime)kelimesinden türetilmişidir. Lizozomlarökaryotik hücrelerde bulunan 0.5-1 µmçapında sitoplazmik organellerdir. Temelişlevleri hücre içi ya da hücre dışı kaynaklımateryallerin sindirimidir.

Düz Yüzlü E.R. Nukleus Lizozomlar

5 µm Peroksizom Mitokondri

MBC-IV.th edition

Lizozom ve Peroksizom

Peroksizomlar:Yapı ve büyüklük olarak lizozomlara benzeyenorganellerdir. Peroksizomlar katalaz ve üratoksidaz gibi çeşitli oksidasyon-redüksiyonreaksiyonlarını kataliz eden enzimler taşırlar.Bu enzimler hücre için toksik olan H2O2 ve üregibi moleküllerin de-toksifikasyonu açısındanbüyük önem taşır. Bu işlemler sırasındamoleküler oksijen kullanılır. Dolayısıylaperoksizomlar mitokondrilerde olduğu gibi enfazla moleküler oksijenin kullanıldığıorganellerden biridir.

RH2 + O2 R + H2O2

peroksidazH2O2 + RH2 R + 2H2O

katalazH2O2+ H2O2 2H2O + O2

K.TURAN-2016

V 24

Lizozomların Otofajik Fonksyonu

Lizozomlar hücre içerisinde patolojik ve bazı fizyolojik koşullarda,bozulmuş, işlevini tamamlamış ya da yaşlanmış organellerin ortadankaldırılmasında da işlev grürler. Lizozomların hücre içi yapılarıortadan kaldırması otofaji olarak tanımlanır.

Hasar görmüş iki organeli içeren lizozom

1 µm

Peroksizom

Mitokondri

MBC-IV.th edition

K.TURAN-2016

V 25

Endoplazmik Retikulum:Membran ve Membran Proteinlerinin Sentezi

• Endoplazmik retikulum sito-plazma içerisinde hücremembranına benzer memb-ranlardan oluşan tüpsü birağ yapısıdır.

• E. R. membranlarının birkısmına ribozomlar bağlan-mıştır. Granüllü E.R olarakadlandırılan bu bölgelerdeözellikle membranlara bağlıproteinler ve salgı protein-leri sentez edilir.

• Membranların gliserofos-folipid komponentleri E.R.membranlarının sitosolikyüzeyinde sentez edilerekyapının büyümesi sağlanır.

The Cell:A Molecular ApproachG. M. Cooper - R. E. Hausman

Granüllüendoplazmik

retikulum

Düz yüzlüendoplazmikretikulum

K.TURAN-2016

V 26

Granüllü Endoplazmik Retikulum’a Bağlı Ribozomlarda Protein Sentezi

The Cell:A Molecular ApproachG. M. Cooper - R. E. HausmanK.TURAN-2016

V 27

Golgi Kompleksi:Protein Modifikasyonları ve Membran Sentezi

The Cell:A Molecular ApproachG. M. Cooper - R. E. Hausman

• Endoplazmik retikulumdantransfer edilen proteinlergerekli modifikasyonlardan(çeşitli karbohidrat mole-külleri eklenmesi gb.) sonraendozom, lizozom ya dahücre membranı gibi hedeforganellere ulaştırılır.

• Membranların yapısında yer alan sfingomiyelin ve glikolipidler Golgi komplek-sinde sentez edilerek membrana katılır.

Plazma membranı, sekresyon (salgı), endozom, lizozom

Endoplazmikretikulum

E.R.-Golgi arakompatment

Golgi ve Golgivesikülleri

Er-golgi.mov

K.TURAN-2016

V 28

MitokondrilerOksidatif Fosforilasyon: ATP sentszi

GLUKOZ

2 PİRUVİK ASİT ETANOL

LAKTİK ASİT

Anaerobik koşullar

Aerobik koşullar

The Cell:A Molecular ApproachG. M. Cooper - R. E. Hausman

Matriks Krista

İç membranDış membran

Membranlar arası alan

Piruvat Yağ asitleri

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

V 29

Mitokondri İç Membranı:Elektron Transport Zinciri Proteinleri

Matriks

Mitokondri diş membranı

Mitokondri iç membranı

Sitoplazma

The Cell:A Molecular ApproachG. M. Cooper - R. E. Hausman

Elektron Transport Zinciri Proteinleri

K.TURAN-2016

V 30

Matriks

Mitokondri diş membranı

Mitokondri iç membranı

Sitoplazma

Mitokondri İç Membranı: Elektron Transport Zinciri Proteinleri

The Cell:A Molecular ApproachG. M. Cooper - R. E. Hausman

Elektron Transport Zinciri Proteinleri

K.TURAN-2016