HÜCRE ZARLARI
HÜCRE ZARLARI
Hücre zarının ortaya çıkması, ilk yaşam biçimlerinin gelişmesinde temel evrelerden biridir: zar olmasaydı hücre var olamazdı. Bir iç mekânı veya bir dış mekânı belirleyen bu zar, pasif bir basit engel değildir; aksine, hücre ile çevresi arasındaki temel dengeleri, farklı iyon derişimlerini, besin maddelerinin girişini ve artıkların çıkışını sağlayan seçici bir süzgeç oluşturur.
Ökaryotlarda, hücrenin içinde özgül zarlarla sınırlı, birçok özelleşmiş.hücre bölmesi bulunur. Genel olarak, iç zarlar hücre zarına benzer, bununla birlikte lipit bileşimleri farklıdır ve bunlarla birlikte bulunan proteinler bu iç zarların özelliklerim belirler. Alıcılar bir sinyalin algılanmasını ve sinyalin zar engelini aşmasını sağlar; fakat geçiş sırasında alıcı, mesaja uygun ve alıcı hücreye özel bir işaret koyar. Alıcının etki mekanizması, hücredeki yerine ve almaya hazır olduğu mesaja göre değişir.
HÜCRE ZARI
Her zar, proteinlerle ve özel glüsitlerle bir arada bulunan lipitlerin (kitlenin yaklaşık yüzde 50’si) bir araya gelmesinden oluşur. Temel yapı, 4 ila 5 nm kalınlığında (1 nm = İCT9 m) bir çift lipit katıdır. Burada, suda çözünen ve dolayısıyla elektrostatik tipte etkileşimlerle geri itilen moleküllerin çoğu için aşılamaz bir engel söz konusudur. Bu çift katın içinde, zarın farklı işlevlerim (çevreden gelen sinyalleri kabul etme; iyon ve molekülleri zarın içinden geçirme; hücre iskeleti ve hücre dışı matrisle ilişkili olarak hücrenin şeklinin belirlenmesi; enzimsel işlevler) yüklenen zar proteinleri bulunur. Aynca zar, lipiderin ve proteinlerin hızlı ve sürekli hareketlerde bulunduğu dinamik bir yapıdır.
Zar lipitleri
Zarlanmızı üç büyük lipit grubu oluşturur: çoğunlukta olan fosfolipitler, kolesterol ve glikolipider. Bunlar amfifil moleküllerdir, yani molekülün bir kısmı kutupludur, susever (hidrofil) bir kutup taşır, bir kısmıysa kutupsuzdur, susevmez (hidrofob) bir kutba sahiptir. Fosfosiliptlerin çoğu, kutuplu susever bir yuvardan ve susevmez iki kuyruktan oluşur.
Lipiderin kendi kendilerine bir araya gelme özellikleri vardır: hücre ortamı gibi sulu bir ortamda, ya misel adı verilen küremsi yapılar veya aralanna susevmez kuyrukların yerleştiği iki dış yapraktan oluşan çift kadar (karbonlu uzun lipit zincirleri) meydana getirebilirler. Çift lipit katı, aynı zamanda, çok büyük bir akışkanlık gösterir; bu özellik, lipit moleküllerinin hücre zan içindeki serbest yayılmalanyla belirgindir. Yan harekeder (sürekli, hızlı ve yinelenen) sırasında, bir lipit, saniyede 10 milyon defa komşu molekülle yer değiştirir veya bir bakterinin etrafını bir saniyede dolanır. Daha zor ve daha ender olan enine yayılma, bir molekülün bir tahterevalli hareketiyle, bir kattan diğerine geçişini sağlar. Bir de, bir molekülün kendi ekseni etrafında dönme hareketi olabilir.
Bu dinamik parametreler zar işlevi için zorunludur ve üç c lige göre, akışkanlığı belirlerler: susevmez zincirlerin uzun (14 ila 24 karbon atomu; ne kadar kısa olurlarsa, zar o k akışkan olur); zincir içindeki doymamış bağların sayısı (heı komşularıyla etkileşimi azaltan bir dirsek oluşturur, bu da ı kanlığı artırır); ökaryotlarda temel molekül olan kolester miktarı (zarı sağlamlaştırır, böylece zar daha az akışkan c Her türlü kalıcı işlevi engelleyen aşırı akışkanlık ile bütün ta: süreçlerini ve enzimsel etkinlikleri engelleyen yapışkanlık sında ince bir denge vardır.
Hücrenin biçimi
Hücreler, protein iplikçiklerinden ve borucuklarmdan ol hücre iskeleti sayesinde çeşitli biçimler alırlar ve hareketi bulunabilirler. Bazıları zar geçici olan (zarın tarafından diğı geçerler), diğerleri zann iç yüzünde yer alan birçok protein, lece hücrenin biçimini kontrol eder. Yapı ve destek rolü oyn bir ağ görünümünde olan bütün proteinler (zar proteinleri, re içi proteinler veya hücre dışı matrise [bağdokusu] ait pro ler) arasında bir devamlılık vardır.
Yalınlığı ve bolluğu dolayısıyla, alyuvarın (eritrosit) zar y; bugün en iyi bilinen zar yapısıdır: iki yüzü içbükey disk biçi de olan alyuvar, kan akımına ve mikrokılcaldamarların içi geçişinde gerekli olan biçim değişikliklerine uyum sağlay 120 gün yaşar. Bu esneklik ve biçim değiştirme yeteneği, : altında bulunan protein ağına bağlıdır. Bu proteinlerden er bulunanı spektrindir; bu uzun ve ince molekül, aynı zam kendileri de zar geçici proteinlere bağlı olan uyum prote: aracılığıyla, zara büyük bir ilgiyle bağlanır. Ayrıca spektrin, az bir ilgiyle olmak üzere, zar fosfolipideriyle etkileşir. Bu z tı ağ, dinamik bir yapıdır, çünkü diğer birçok protein, spekl ve aktinin zara bağlanmasını değiştirmeye gelir.
kısaçlarda, dayanıksızlık ve/veya alyuvarlardaki bir 1 anomalisi şeklinde görülen pek çok hastalık, spektrindeki ona bağlı proteinlerdeki kusurlularla ilişkilidir. Yapı ve a bağlanma özelliği açısından birtakım benzerliklerin bulun spektrine benzeyen fakat bazı hücrelerden daha özgül ola moleküller üstfamilyasım belirler. Mesela, bazı mutasyc Duchenne miyopatisine yol açan distrofin özellikle çizgili larda bulunur.
Hücre yapışıklığı
Hücre yapışıklığı, bir dokudaki hücrelerin yapışma gücü sorumludur. Çokhücreli organizmalarda, bu olaylar morfoj’ de önemli bir rol oynar. Hücre yapışıklığında dört zar prı familyası görev alır: kaderinler, immünoglobülinler üstfami selektinler veya karbonhidrat taşıyıcı proteinler ve integı Bunlardan ilk üçü hücreler arasındaki etkileşimleri düzenle na karşılık integrinler, hücrenin hücre dışı matrise bağlann sağlar.
Aym hücrenin yüzeyinde birçok çeşit yapışıcı molekül nur. Bunların formüllerinin genler düzeyinde değişmesi, j doku oluşumunu (hücrelerarası yapışıklık), ya göç halinde hücrenin yerinde durmasını (hücre dışı matrisle bir yapışn masıyla), veya her iki tip yapışıklığın da söz konusu olduj epitelyum oluşumunu sağlar.
Özellikle yapışıklıkta rol alan zar bölgeleri bulunur. Yap cı bağlantılar, birbirine bağlanan iki zar arasında hiçbir boşl rakmaz; bunları kaderinler meydana getirir. Kaderinler, ka ma bağımlı olarak, aym soydan, yani birbirine benzer old
Pinositoz kesecikleri. Hücre zannın iki bölgesinin kaynaşması sonucundi oluşur. Pinositoz, hücre dışı sıvıda bulunan makromoleküllerin özgün olrr, (aynm yoktur, çünkü alıcılar işe kanşmaz) bir yutulma şeklidir.
Desmozom, komşu hücreleri nokta halinde bağlayan özel bir bağlantıdır. İki zan n (pembe çizgiler) iç yüzeyini sınırlı bir bölgede kaplayan iki sitoplazma levhasından (kırmızı) ibarettir; bunlann arasında, zarlar arası boşluğu veya orta stratumu geçen iplikçikler tarafından zar geçici bağlar oluşturulur.
“? hücrelerinin yapışma mekanizmaları. İki hücre arasında -_>b ile matris arasında belirli bir temas oluşumu olduğunda,
■ – kroskobuyla görülebilir) bağlantı sal yapışmadan söz edilir. ~3S, proteinler, alıcılar aracılığıyla da olabilir; bu durumda, s dmayan yapışma söz konusudur.
: araya gelen glıkoproteinler familyasıdır. Bu şekilde bili-: az on iki molekül vardır; bunlar nöronlar (N-kaderin), -m hücreleri (E-kaderin) veya plasenta hücreleri (P-kade-:smda seçici tanımayı sağlarlar. Desmozom, hücreler ara-;3ğun bir çizgi ve sitoplazma zarının altında bir kalınlaş-reiirgin bir yapışma noktası oluşturur. Epitelyum hücrele-jr.da sık görülen yapıştırıcı bağlantılar, tamamen su sızdır-bölgeleri meydana getirmeyi sağlar. İşlevsel açıdan çok :laa gap bağlantıları, iyonların ve küçük moleküllerin geç-; zzln verecek bir gözenek oluşturmak suretiyle, iki hücre–ptazması arasında bağlantı kurarlar, casal yapışma bölgeleri, hücrenin bir desteğe bağlanması-zak verir; integrinlerle gerçekleştirilen bu yapışıklık fosfo-e fosfat grubunun sabitlenmesi) olaylarıyla değiştirilebilir, r hücrelerin hareketinin ve endositoz kadar önemli süreç-;»netimini sağlar. Bu protein fosforillemeleri, alıcılarla zar -.gı arasında temel bir bağlantı oluştururlar.
içük moleküllerin zardan çerek taşınması
– iipit katı, kutuplu moleküllerin çoğu için aşılmazdır ve sn buradan geçişleri, girişte ve çıkışta özel sistemler gerek-r-nlar, taşınan madde için seçici bir bağlantı bölgesine sa-roteinlerden ibaret olan pompalar ve taşıyıcılardır. Her tür-..•van hücresi için gerekli olan moleküllerden biri, hücreden ^ııu (Na^ çıkarmak ve hücreye potasyum (K+) sokmak için (adenozintrifosfat) hidroliziyle açığa çıkan enerjiyi kul-. Na-K-adenozintrifosfataz pompasıdır (zar veya sodyum :ası). Yapılan bu işlem sonucunda, zarın her iki yanında bir ısiyel farkı doğar ve birçok taşıyıcının fazladan enerjiye gereni olmaksızın çalışmasını sağlayarak elektrokimyasal bir ,-an oluşur. Mesela, glikoz veya glütamat, hücrenin içine bir molekülüyle birlikte girer: bunlar «sodyum»un kuvvetiyle denirler. Buna karşılık, başka taşıyıcılar, çalışmak için, ATP :!izlemek zorundadırlar. Ayrıca, doğal gradyanlarına göre .arın ve moleküllerin geçmesine izin veren kanallar da var-rkaçış kanalı» denilen K+ kanalı böyledir. Son olarak, «vol-ağımlı» kanallar zardaki potansiyel farkına duyarlıdırlar ve zca kutupsuzlaşma (depolarizasyon) durumunda açılırlar, ar sinir sistemi içinde ve kas kasılması sırasında bilgi iletimi gereklidir.
lakromoleküllerîn geçişi: ndosito2 ve eksositoz
rasıyla, makromoleküllerin girişini ve çıkışını sağlayan
endositoz ve eksositoz, hücre zarının ve altta bulunan sitop-lazmanın yerel cevaplarıdır. Kullanılan keseciğin büyüklüğüne göre, pinositozdan (küçük) ve fagositozdan (büyük) bahsedilir. Bütün hücreler bu süreçlere başvururlar, fakat bir alyuvar grubu olan makrofajlar gibi bazı hücreler için bu, kendine özgü bir durumdur.
ALICILAR
Hücredeki yerlerine göre üç büyük alıcı grubu vardır: zar alıcıları, sitoplazma alıcıları ve çekirdek alıcıları. Bunlar, aynı çalışma ilkesine dayanırlar: çevreden gelen ve hücre tarafından yorumlanan bir sinyalin algılanmasını sağlama. Burada yalnızca hücre zarı alıcıları ayrıntılarıyla anlatılmıştır.
Hücreler arasındaki yapışıklıkta, dokunun gelişimi ve daha sonra da, devamlılığı ve ayrıca iltihabı cevap gibi karmaşık sinyal verme süreçlerinin hazırlanması için gerekli seçici tanıma olayları işe karışır. Bir kez yapışma gerçekleştiğinde, hücrenin bir çeşit kimlik kartı olan immünoglobülinler, boşlukta ve bağışıklık cevabı süresi içinde eşgüdümü sağlarlar. Bu olayların ardındaki hücre içi mekanizmalar hâlâ çok iyi bilinmemektedir. Diğer alıcılar için durum böyle değildir.
Hormonlar, sinirsel ileticiler, sitokininler ve büyüme faktörleri, sınıf I denilen üç tip büyük zar alıcısına bağlanabilirler: kanal-alıcılar, G proteinlerine bağlı zar geçici yedi alanı olan alıcılar ve bir tirozin kinaz etkinliğine sahip zar geçici bir alanı olan alıcılar. Birinci durumda, özel bağlantı, bazı iyonlar için (kas kasılmasını sağlayan asetilkolinin mikotinik alıcısı için Na+ ve K^ seçici geçirgen bir kanalın açılmasını indükler, ikinci durumda, sinyalin bağlanması alıcının yapısının (boşlukta) bir değişime uğramasını indükler. Yeni şekildeki alıcı, alfa, beta ve gama olmak üzere üç altbirimden oluşan bir G proteiniyle etkileşebilecektir. Bu etkileşim, altbirimli proteinin ayrışmasına yol açar ve özellikle alfa birimi, bir GTP molekülüne bağlandıktan sonra, bir başka zar enzimini baskılayacak veya etkinleştirecektir. Hücrenin içinde yeni bir sinyal, bir olaylar zincirinden sorumlu ikinci haberciyi üretecek olan bu son enzimdi.
Esas olarak proteinlerin fosforillenmesindeki değişiklikler şeklinde olan bu olayların hepsi birden, dıştan gelen sinyalin son etkisi olacaktır. Bugün bu familyadan olan elli kadar alıcı ve ikinci habercileri üreten en az dört büyük enzim familyasıyla etkileşebilen, ondan fazla G proteini bilinmektedir. Bir sinyalin hücre içine giriş şekilleri arasında elbette pek çok etkileşim mevcuttur. Mesela, bazı C fosfolipazları, bir tirozin üstüne fosforillenmeden sonra, doğrudan etkin hale gelebilirler. Bunun aksine, bir alıcının fosforillenmesi, o alıcıyı hücre dışından gelen bir sinyale duyarsız kılabilir.
Birkaç yıldan bu yana, pek çok biyolojik işlevde ortak olarak hücre iletişimi mekanizmalannı (sinyallerin yayılması, alıcılarla tanıma ve mesajların hücre içine aktarılması) anlama konusunda belirgin ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu araştırmalar, fizyoloji, embriyoloji, immünoloji ve patoloji alanındaki kavramları tamamen altüst etmiştir; şimdi pek çok hastalığın hücre iletişimindeki bir bozukluktan ileri geldiği ortaya konulmuştur. □
AYRICA BAKINIZ
—EB büyüme —► EMSİ genetik —► 1B.ANSLI gen tedavisi —Û38B hormonlar —► hücre —IB.AHSLI immünoloji —*• [EBU kromozomlar
Hücre zannın üç boyutlu şeması.
Üzerinde çevresel proteinlerin bulunduğu, içinde «entegre» proteinlerin gömülü olduğu bir çift kat yapı görülmektedir. Bu yapıyı oluşturan fosfolipitlerin bir susevmez kutuplan (yağ asitleri yapısındaki kuyruklar) ve bir de susever kutuplan (kutuplu baş) vardır; fosfolipitler suyun içinde oldukiannda misel şeklinde düzenlenirler.