Do Dr Kubilay Yldrm Kaynak Biyoloji Campbell Reece
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) HÜCRE YÜZEYİ BAĞLANTI BÖLGELERİ ve İLETİŞİM ¤ Hücre yüzeyinde önemli işlevler gören bazı ek yapılar vardır. ¤ Hücre duvarı (bitkiler , mantarlar ve bakterilerde) ¤ Hücre dışı matriks (hayvanlarda) ¤ Hücreler arası bağlantılar 1
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Bitki, mantar Bakteri Hücre duvarının yapısı Hücre duvarı, (hücre çeperi) bitki, mantar ve prokaryot hücrelerde görülen bir yapıdır. • Hücre zarının dış tarafında bulunur ve bitkide selüloz • Mantar hücrelerindeki kitin, • Bakterilerde ise peptidoglikan yapılıdır. Bitki hücresinin dış ve iç etkilere karşı korunmasını sağlar. Bitki hücresini korur, ona biçim verir ve aşırı su alınmasını engeller. Plazma zarından çok daha kalındır. Odunun temel yapısını bu duvar oluşturur. 2
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Bitki Hücre duvarının yapısı ¤ Genç bitki hücresi tarafından ilk salgılanan ince ve esnek duvara birincil duvar adı verilir. ¤ Orta lamel ise, komşu hücrelerin birincil duvarları arasında yer alır. ¤ Pektinler olarak bilinen yapışkan kısım, polisakkaritler açısından zengindir ve orta lamelin yapısında yer alır. ¤ Bu tabaka hücreleri birbirine yapıştırır. ¤ Bitkilerin hücre duvarı, pektin ve ligninin yanında en çok selülozdan oluşmuş geçirgenliği olmayan sert bir tabakadır. 3
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Mantar Hücre duvarının yapısı Mantarlara ait hücre duvarı glukan denen şekerlerden ve mannoproteinlerden oluşur. Mantarlardaki hücre çeperinin ana yapısını KİTİN denen polisakkarit yapıdaki madde oluşturur. 4
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Bakteri Hücre duvarının yapısı • Bakterilere ait hücre duvarının ana yapısını peptidoglukan denen protein ve şeker bileşiminden oluşan bir yapı oluşturur. • Bakteriler sahip oldukları duvar yapısına göre gram boyası ile boyanmaktadır. • Gram positif bakteriler tek mebran yapıda kalın bir pepdiglukan yapıya sahip olduğundan gramın rengi olan maviye boyanır. • Gram negatifler ise çift membran yapısına sahip olduğundan aradaki kısmen ince peptidoglukan yapı boyanamadığından pembe bir renk alır. 5
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Hayvan Hücresi dış matriks ¤ Hayvan hücreleri duvar yerine hücre dışı matrikse sahiptirler. ¤ Bu yapının temel bileşenleri hücre tarafından salınan glikoproteinler, kolojen, karbonhidrat ve Fibronektinlerdir. ¤ Glikoproteinler, kısa zincirli şekerlerin, proteinlere kovalent bağlanması ile oluşan yapılardır. ¤ Kalojen bir hayvan hücresindeki proteinin yarısını oluşturur. ¤ Karbohidrat açısından zengin olan dış matriks büyük kompleksler oluştururlar. ¤ Fibronektinler proteoglikan kompleksi ile hücre zarı arasında bağlantı sağlar. Genellikle hücre zarına gömülü bulunan integral proteinler ile bağlantılıdırlar. Dolayısı ile integral proteinler, hücre dışı matriksteki değişiklikleri hücre içine iletirler. 6
(Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Doç. Dr. Kubilay Yıldırım Hücreler arası bağlantılar ¤ Komşu hücreler, doğrudan fiziksel temas noktaları aracılığı ile birbirine tutunur, etkileşir ve iletişim kurarlar. ¤ Hücreler arası bağlantı noktaları şunlardır: ¤ Plazmodesmatalar (yalnızca bitkilerde) ¤ Sıkı bağlantılar ¤ Desmozomlar ¤ Ara bağlantılar 7
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Bitki hücrelerinde Plazmodesmatalar ¤ Bitki hücre duvarlarında hücreler arası bağlantı kuran kanallar mevcuttur. ¤ Bu kanallara plazmodesmata adı verilir. ¤ Su ve küçük moleküllü çözünenler bu yapılar sayesinde serbestçe hücreden hücreye geçer. ¤ En son yapılan deneyler, belirli koşullar altında bazı protein ve RNA moleküllerinin de bu yapılardan geçebildiğini göstermiştir. 8
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Hayvan Hücresinde Desmozomlar ¤ Hücreleri güçlü tabakalar halinde birbirine bağlayan perçinler gibi işgörürler. ¤ Keratinden yapılmış ara filamentler bu yapıları destekler. 9
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sıkı bağlantılar ¤ Bu bağlantılarda komşu hücrelerin zarları kaynaşmıştır. ¤ Bu bağlantılar hücrelerin çevresinde devamlılık taşıyan kuşaklar oluşturarak hücre dışı sıvısının epitel tabakası dışına sızmasını engeller. 10
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Hayvan Hücrelerinde Ara bağlantılar ¤ Hücreler arasında sitoplazmik bağlantılar kurulmasını sağlarlar. ¤ Bu porlar; tuz iyonlarının, şekerlerin, aminoasitlerin ve diğer küçük moleküllerin geçişine izin verir. ¤ Kalbin kas dokusundaki ara bağlantılardan geçen iyonlar, hücrelerin kasılmasını eşgüdümlü hale getirir. ¤ Kimyasal haberleşme bu yapılar sayesinde gerçekleştirildiği için embriyolarda yaygın bulunur. 11
HÜCRELERARASI İLETİŞİM
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Bazı sorular !!! ¤ Bitki hücreleri ne hakkında konuşur? ¤ Bir hücre diğerine ne söyler ve diğer hücre buna nasıl cevap verir? ¤ Bu sorulara, önce mikroorganizmalar arasındaki iletişime bakarak cevap verebiliriz. 13
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Çiftleşen maya hücreleri arasındaki iletişim ¤ Bir mayanın a ve olarak adlandırılan iki çiftleşme tipi vardır. ¤ Her bir tip, kendine özgü bir kimyasal salgılar. ¤ Bu kimyasallar diğer tip üzerindeki özgül reseptörlere bağlanır. 14
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Çiftleşen maya hücreleri arasındaki iletişim ¤ Reseptörler hücre içine girmeksizin iki hücrenin birbirine doğru büyüyerek kaynaşmalarına yol açar. ¤ Ortaya çıkan yeni hücre (a/ ), başlangıçtaki iki hücrenin tüm genlerini içerir. 15
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sinyal aktarım yolu ¤ Maya hücresinin yüzeyine gelen çiftleşme sinyali, cevabı ortaya çıkarmak üzere nasıl aktarılmış ya da değiştirilmiştir? ¤ Hücre yüzeyine gelen bir sinyalin, özgül bir hücresel cevaba çevrilmesini sağlayan sürece sinyal aktarım yolu adı verilir. 16
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Kimyasal haberleşme tipleri ¤ Hücreler, kendilerinden uzaktaki hücreleri hedefleyen kimyasal mesajcılar salarak haberleşirler. ¤ Haberleşme tipleri şunlardır: ¤ Yerel haberleşme (parakrin ve sinaptik haberleşme) ¤ Uzun mesafeli haberleşme (hormonal haberleşme) ¤ Temas yoluyla haberleşme 17
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Parakrin haberleşme ¤ Bazı mesajcılar yalnızca kısa mesafelere ulaşırlar. ¤ Mesaj veren hücrenin salgıladığı molekül bir yerel regülatör olarak yakındaki hücreleri etkiler. ¤ Büyüme faktörleri, yakındaki çok sayıda hücre tarafından algılanır ve bu hücreler eş zamanlı cevap oluşturur. ¤ Bu tip yerel haberleşme, parakrin haberleşme olarak bilinir. 18
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sinaptik haberleşme ¤ Burada bir sinir hücresi kimyasal bir haberci olan nörotransmitter oluşturur. ¤ Bu bileşik ilk nöronun hemen bitişiğindeki tek bir hedef hücreye ulaşır. ¤ Nörotransmitter madde, sinaptik bölgeler aracılığı ile diğer sinir hücresini uyarır. 19
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Uzun mesafeli (hormonal) haberleşme ¤ Bu haberleşme tipinde hormon adı verilen kimyasallar kullanılır. ¤ Hormonlar, mesaj veren hücreden çıktıktan sonra kan dolaşımı yolu ile vücudun başka bir kısmındaki hedef hücrelere ulaşırlar. ¤ Gaz halinde bir hormon olan etilen de bitkilerde meyve olgunlaşmasını hızlandırır ve büyümeyi düzenler. 20
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Temas yoluyla haberleşme ¤ Hem bitkiler hem de hayvanlar hücre bağlantıları içerirler. ¤ Bağlantı noktaları komşu hücrelerin sitoplazmalarını birbirine bağlar. ¤ Böylelikle sitoplazmada çözünmüş haberciler komşu hücrelere serbestçe geçebilirler. ¤ Hayvan hücreleri de yüzeylerindeki moleküller arasında temas kurarak doğrudan haberleşebilirler. ¤ Bu tip haberleşme embriyonik gelişimde ve bağışıklık sisteminin işleyişinde önemlidir. 21
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Hücresel haberleşmenin aşamaları ¤ Hücresel haberleşmenin alıcı ucunda cereyan eden süreç üç aşamadan oluşmaktadır. ¤ Sinyal alma ¤ Sinyal aktarımı ¤ Cevap 22
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sinyal alma ¤ Hedef hücrenin, hücre dışından gelen bir sinyali algılamasıdır. ¤ Sinyal, genellikle hedef hücrenin yüzeyinde bulunan hücresel bir proteine bağlandığı zaman algılanır. 23
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sinyal aktarımı ¤ Sinyal molekülü bağlandığı proteini değişikliğe uğratır. ¤ Sinyal aktarımı, bazen tek bir basamakta gerçekleşirken çoğu zaman moleküllerde bir dizi değişikliğin olmasını gerektirir. 24
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sinyal aktarımı ¤ Bu basamaklara sinyal aktarım yolu, bu yolda yer alan moleküllere de aktarım molekülleri adı verilir. 25
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Cevap ¤ Aktarılan sinyal, özgül bir hücresel cevabın oluşumunu sağlar. ¤ Verilen cevap, akla gelebilecek her türlü hücresel etkinlik olabilir (enzim katalizi, çekirdekteki özgül genlerin aktivasyonu v. b. ). 26
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sinyal molekülünün hedefi tanıması ¤ Belirli bir kimyasal sinyalin hedefi olan hücre, bu sinyali tanıyan reseptör proteinlere sahiptir. ¤ Sinyal molekülünün biçimi, reseptör üzerindeki özgül bölgeye uygundur. ¤ Sinyal molekülünün bağlanması, reseptör proteinde biçim değişikliğine neden olur. ¤ Böylelikle aktive olan reseptör, diğer hücresel molekülleri etkiler. 27
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Zar yüzeyinde bulunan reseptörler ¤ Üç temel zar reseptörü bulunmaktadır. ¤ G-proteine bağlı reseptörler ¤ Tirozin-kinaz reseptörleri ¤ İyon kanalı reseptörleri 28
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) G-proteine bağlı reseptörler ¤ G-protein adı verilen bir protein yardımıyla iş gören plazma reseptörüdür. ¤ Epinefrin, diğer birçok hormon ve nörotransmitter maddeler bu reseptörleri kullanır. 29
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) G-proteine bağlı reseptörler ¤ Zarın sitoplazmik tarafına gevşekçe bağlanmış olan G- protein, üzerine bağlı guanin nükleotidinin tipine göre aktif ya da inaktif formda bulunur. 30
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) G-proteinin sisteminin çalışma prensibi ¤ Sinyal molekülü reseptöre bağlanınca reseptör biçim değiştirir ve G-proteine bağlanır. ¤ Bu bağlanma ile G-protein aktif hale gelir. ¤ Aktif hale geçen G-protein zar üzerinde serbestçe hareket ederek ilgili enzime bağlanır. ¤ Aktive olan enzim, hücresel cevaba yol açan bir sonraki basamağı tetikler. 31
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) İnaktif forma geri dönüş ¤ Enzim ve G-proteindeki değişiklikler geçicidir, çünkü G- protein aynı zamanda GTPaz enzimi gibi davranarak GTPʼ’yitekrar GDPʼ’ye dönüştürür. ¤ Bu sayede sinyal aktarımı durdurulur. 32
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) G-protein reseptörlerinin önemi ¤ Belirli bir G-proteinden yoksun fare embriyolarında normal kan damarları gelişemez ve embriyo uterusta ölür. ¤ İnsanlarda görme ve koklama, bu tip proteinlere bağlıdır. ¤ G-protein sistemleri bakteriyel enfeksiyonların da dahil olduğu birçok hastalıkta iş görürler. ¤ Kolera-Boğmaca gibi hastalıkların etmeni olan bakteriler, Gproteinin işlevini aksatan toksinler üreterek kişiyi hastalandırırlar. ¤ Bugün kullanımda olan ilaçların yaklaşık % 60ʼ’ı, G-protein ile ilgili yolları etkileyerek tedavi sağlarlar. 33
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Tirozin-kinaz reseptörleri ¤ Plazma zarında bulunan ve enzim aktivitesi taşıyan temel reseptör sınıflarından birisidir. ¤ Büyüme faktörü reseptörleri genellikle bu tiptir. ¤ Sinyal molekülü bağlanmadan önce reseptörler bağımsız polipeptitler halindedir. ¤ Bir hücre dışı bağlanma bölgesine, zarı kateden bir - helikse ve birkaç tirozin içeren bir hücre içi kuyruğa sahiptir. 34
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Çalışma prensibi ¤ Ligandın bağlanması ile iki reseptör polipeptiti, dimer oluşturacak şekilde bir araya gelir. ¤ Dimer oluşumu, tirozin kinaz aktivitesi gösteren kısımları aktive eder ve kuyruktaki tirozinlere fosfatlar eklenir. ¤ Hücre içi aktarım proteinleri, fosfatlanmış tirozinlere bağlanır ve aktive olur. ¤ Aktarım proteinleri çok sayıda farklı aktarım yolunu ve hücresel cevabı tetikler. 35
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) İyon kanalı reseptörleri ¤ Ligand, kanal proteininin hücre dışındaki özgül bir kısmına bağlanır. ¤ Kanal proteininde meydana gelen biçim değişikliği, belirli bir iyonun hücre içi derişiminin değişmesine yol açar (Örn; Na+ veya Ca 2+). ¤ Sinir hücreleri arasındaki sinapslarda ortaya çıkan bu tip değişiklik, elektriksel bir sinyali tetikler. 36
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Hücre içi reseptörler ¤ Bir kimyasal habercinin hücre içi reseptöre ulaşabilmesi için hidrofobik hücre zarını geçmesi gerekir. ¤ Önemli haberci moleküllerin çoğu hidrofobik oldukları için bunu kolayca başarabilirler. ¤ Steroidler, tiroid hormonu ve nitrik oksit (NO) zar fosfolipitlerinden kolayca geçerler. Hücrelerin içinde reseptör proteinlere bağlanarak onları aktive eder. ¤ Aktive olan reseptör çekirdeğe girer ve genleri etkin hale getirir. 37
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Protein fosforilasyonu: KİNAZLAR Sinyal aktarımının temel mekanizması ¤ ATPʼ’denbir proteine fosfat grubu aktaran enzimlerin genel adı protein kinazlardır. ¤ Sinyal aktarım yollarında aktarım yapan moleküllerin çoğu protein kinazlardır. ¤ Genellikle birbiri üzerine etki ederler. 38
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Fosforilasyon şelalesi ¤ Sinyal, protein fosforilasyon şelalesi ile aktarılır. ¤ Bu süreçteki her fosforilasyon, proteinde konformasyonel değişiklik oluşturur. ¤ Sonuçta belirli bir hücresel cevap ortaya çıkar. 39
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) İkincil mesajcılar: c. AMP, Ca 2+ ve IP 3 ¤ Sinyal aktarım yollarındaki bileşenlerim tümü protein değildir. ¤ Bu bileşenlerin birçoğu protein yapısında olmayan, suda çözünebilen küçük moleküller ya da iyonlardır. ¤ İkincil mesajcılar şöyle sıralanabilir: ¤ c. AMP ¤ Kalsiyum iyonları (Ca +2) ve inositol trifosfat (IP 3) 40
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) c. AMP ¤ Epinefrin tarafından başlatılan sinyali karaciğer ya da kas hücresi zarından içeri taşıyan ikincil habercidir. ¤ Sinyal molekülünün bağlanmasından sonra adenil siklaz ATPʼ’yic. AMPʼ’ye dönüştürür. 41
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Kolera örneği ¤ Bu hastalığın etkeni olan Vibrio cholerae, ince bağırsak çeperinde çoğalarak bir toksin üretir. ¤ Bu toksin, su ve tuz salınmasında görevli olan G-proteini etkiler. ¤ Etkilenen G-protein sürekli aktif formda takılı kalır ve adenilat siklazı sürekli c. AMP yapması için uyarır. ¤ Yüksek c. AMP derişimi bağırsak içine sürekli su ve tuz salgılanmasına yol açar. 42
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Kalsiyum iyonları ve inositol trifosfat ¤ Hücreler daima bir miktar Ca 2+ içermekle birlikte bu miktar hücre dışı sıvıdan daha düşüktür. ¤ Kalsiyum iyonları, çeşitli protein pompaları aracılığı ile aktif olarak hücre dışına veya ER, mitokondri ve kloroplast gibi organellerin içine pompalanır. 43
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Çalışma prensibi ¤ Bir sinyal, G-proteine bağlı reseptöre bağlanır ve G-protein aktive edilir. ¤ Ardından zar fosfolipitlerinden inositol trifosfat (IP 3) sentezlenir. ¤ Bu bileşik, ERʼ’denkalsiyum salınımını uyarır. ¤ Serbest kalsiyum, kalmoduline bağlanır. ¤ Kalmodulin ise çeşitli proteinleri aktive ederek hücresel cevap oluşturur. 44
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sinyallere verilen hücresel cevaplar ¤ Bir sinyal aktarım yolu, bir ya da daha fazla hücresel etkinliğin düzenlenmesine yol açar. ¤ Hücresel enerji metabolizmasının düzenlenmesi ¤ Enzim aktivitesinin düzenlenmesi ¤ Çekirdekteki özgül genlerin açılıp kapanması ¤ m. RAN sentezi v. b. 45
Doç. Dr. Kubilay Yıldırım (Kaynak: Biyoloji, Campbell & Reece) Sinyalin çoğaltılması ¤ Karmaşık enzim şelaleleri, hücrenin bir sinyale verdiği cevabı çoğaltır. ¤ Sonuçta karaciğer ya da kas hücresinin yüzeyindeki reseptöre bağlanmış olan az sayıdaki epinefrin molekülü, glikojenden yüz milyonlarca glukoz oluşturulmasına yol açar. 46
- Slides: 46