Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings Hücre Fizyolojisi Yrd.Doç.Dr. Önder AYTEKİN
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre Fizyolojisi
Yrd.Doç.Dr. Önder AYTEKİN
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücrelerin Fonksiyonel Özellikleri
• Ortamdan ham materyali alırlar
• Enerji üretirler. Bu enerji iç ortam dengesini sağlamak ve sentez reaksiyonlarını yürütmek için gereklidir.
• Kendi moleküllerini sentez ederler
• Organize bir şekilde büyürler
• Çevresel uyarılara cevap verirler
• Çoğalırlar (bazı istisnalar hariç)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücrelerin yapısal özellikleri
• Kalıtsal bilgiler DNA içinde saklanır
• Genetik kod temelde aynıdır
• Bilgi DNA’dan proteinlere RNA aracılığı ile geçer
• Proteinler Ribozomlar tarafından yapılır
• Proteinler hücrenin yapısını ve fonksiyonunu düzenlerler
• Bütün hücreler seçici geçirgen bir zar olan plazma membranı ile çevrilidir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücreleri birbirinden ayıran özelliklerEukaryot-Prokaryot
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücrenin Organizasyonu
• Hücreyi oluşturan farklı maddeler topluca protoplazma adını alır.
• Protoplazma temel olarak 5 farklı maddeden oluşmuştur.
• Su, Elektrolitler, Proteinler, Lipidler, Karbonhidratlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Su
• Su, hücrelerin temel sıvı ortamıdır.
• Birçok hücrenin %75-80’i sudan oluşmuştur.
• Hücre içindeki kimyasal maddelerin çoğu suda çözünmüş durumdadır.
•
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Elektrolitler
• Hücreler için gerekli inorganik kimyasallardır
• Hücre içindeki en önemli elektrolitler;
Potasyum, Magnezyum, Fosfat, Sülfat, Bikarbonat, Sodyum, Klor ve Kalsiyum’dur
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Proteinler
• Sudan sonra hücredeen fazla bulunan maddelerdir.
• Normalde hücre kitlesinin %10-20’sini oluştururlar
• Hücre proteinleri yapısal proteinler ve genellikle enzim işlevi gören globüler proteinler diye ikiye ayrılırlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Lipidler
• Yağ çözücülerde eriyen maddelerdir
• Çoğu hücredeki en önemli lipidler fosfolipid ve kolesterol’dür
• Fosfolipid ve kolesterolün dışında hücrede , nötral yağ olarak da adlandırılan trigliserid lipidler de bulunmaktadır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Karbonhidratlar
• Glikoproteinlerin bir parçası olmak dışında yapısal olarak pek önemli değillerdir
• Ancak, kolay ve anaerobik ortamda enerji sağlamaları nedeniyle hücrelerin beslenmesinde önemli rolleri bulunmaktadır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre
• Hücrelerde ışık mikroskobuyla görülebilen temel elemanlar• Hücre zarı
• Sitoplazma
• Çekirdek zarı
• Çekirdek
Zar yapıları çok ince olduğundan ışık mikroskobunda görülemez. Ancak eektron mikroskobuyla izlenebilir. Işık mikroskobunda ancak hücrenin sitoplazmik sınırları görülebilir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• “Zarsı” (membranöz) dokular:
• Örnek: Perikard zarı
• Epitel dokular: birkaç hücre kalınlığında
• Hücre zarı
Zarlar (Membranlar): İki anlamda kullanılır!
“Zar” (membran) sözcüğü iki farklı anlamda kullanılır. Bunlardan birisi organları saran ve ince bir hüre tabakasından oluşan organ zarları; diğeri de hücre zarıdır. Bu terimler birbirlerinden tamamen farklıdır.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Perikardiyal zar kalbiçevreleyen dokudur.
kalp
Gevşek bağ doku
Perikardiyal zar: bağ doku ile desteklenmis yassı epitel hücreleri
Perikardiyal zarı ouşturan her hücre hücre zarı ile çevrilidir
Fosfolipid çift tabakadan oluşan hücre zarı
Hücre
Hücre zarı, çok farklı özelleşmeler yapabilen son derece kompleks bir örtüdür. Hücrenin canlılığı için en önemli yapıdır.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre Zarı (Plazmalemma)
• Kalınlığı 7.5-10 nanometre
• İki sıralı fosfolipit tabakası + düzensiz dağılmış protein molekülleri
• %55 protein, %25 fosfolipit, %13 kolestrol, % 4 diğer lipitler, %3 karbonhidrat
• Seçici-geçirgendir.
• Küçük, yüksüz ve yağda eriyen moleküller hücre zarından kolay geçerken; büyük, yüklü ve yağda erimeyen moleküller kolay geçemezler.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre Zarı (Plazmalemma)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre zarının görevleri
• Maddelerin hücreye giriş çıkışını düzenler
• Hücreyi korur ve örter
• Diğer hücre ve dokuların tanınmasını ve onlarla haberleşmeyi sağlar
• Hücre iskeletinin bir parçasıdır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Zar proteinleri
Periferal proteinler
İntegral proteinler
Hücre zarında fosfolipid tabakası içinde yüzen protenler periferal (zarın sadece bir yüzüne bakan) veya integral (zarın her iki yüzeyine uzanan; zarı boydan boya kat eden) proteinler olabilirler.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Zar proteinleri
• Taşıma
• Enzimatik Aktivite
• Sinyal iletimi için reseptör
Zar proteinlerinin farklı işlevleri
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Zar proteinleri
• Hücreler arası yapışma
• Hücre adhezyon molekülleri (CAM)
• Hücrelerarası tanıma
• Glikoproteinler
• Hücre iskeleti ve hücredışı matrikse bağlanma
Zar proteinlerinin farklı işlevleri
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Zar karbonhidratları
• Glikokaliks
• Hücre dışına uzanan glikoproteinler ve Glikolipitler
• Proteoglikanlar küçük proteinlerle hücrenin dış yüzeyine tutunmuş karbonhidratlardır.
• Görevleri
1. Hücrenin tanınma bölgelerini (kan grubu, immün yapı vs) oluştururlar.
2. Negatif yüklü hücre yüzeyi oluştururlar
3. Hücrelerin birbirine tutunmasını sağlarlar
4. Reseptör (insülin vb) olarak görev yaparlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Protoplazma
• Su (%70-85)
• İyonlar
• K, Mg, PO4, SO4, HCO3, Na, Cl, Ca
• Protein (%10-20)
• Yapısal (mikrotübül, filament vs)
• İşlevsel (enzim)
• Lipitler
• Fosfolipitler ve kolestrol (%2), zar yapılarda bariyer görevi
• Trigliserid (yağ hücresinde %95)
• Karbonhidratlar (%1)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Sitoplazma ve sitozol
• Çekirdek zarı ile hücre zarı arasında jel benzeri sıvı sitoplazma
• İçinde partiküllerin bulunduğu berrak sıvı kısmı sitozol
• Çözünmüş protein, elektrolit ve glikoz vb
• Küçük ve büyük partiküller ve organeller
• Yağ kürecikleri, glikojen granülleri, ribozom
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Sitoplazmik organeller
• Özelleşmiş hücresel yapılar: Organeller
• Zarlı olanlar
• Mitokondri, peroksizomlar, lizozomlar, endoplazmik retikulum ve Golgi cihazı
• Zarsız olanlar
• Hücre iskeleti, sentriyoller ve ribozomlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücredeki zarlı yapılar
• Hücre zarı
• Çekirdek zarı
• Endoplazmik retikulum
• Mitokondri
• Lizozomlar
• Peroksizomlar
• Golgi Aygıtı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Mitokondri
• Çift zarlıdır.
• Sayısı değişkendir (100 - birkaç bin)
• Yapısında DNA da bulunur. Bölünebilir.
• “Matriks” çözünmüş enzimlerle doludur.
• ATP üretimi iç zar ve matriks kısmında yapılır
• Oksijen ve besin moleküllerini alıp, CO2, H2O ve enerji (ATP) üretir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Mitokondri
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Ribozomlar
• %35 protein, %65 ribozomal RNA’dan yapılmıştır.
• Protein üretimi...
• Serbest veya bağlı halde bulunurlar.
• Çekirdekçikte yapılıp sitoplazmaya geçerler.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Ribozomlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Endoplazmik retikulum
• Sitoplazmik kanalcıklar ve kesecikler sistemi
• Endoplazmik matriks sitoplazmadan farklı sulu bir sıvıyla dolu
• Granüllü endoplazmik retikulum (GER)
• Düz endoplazmik retikulum (DER)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Endoplazmik retikulum
• Granüllü ER • Protein yapılı salgı maddelerin üretimi
• İntegral zar proteinleri ve fosfolipit üretimi
• Düz ER • Karaciğerde steroid hormonların üretimi, lipit ve
kolestrol metabolizması, toksinlerin yok edilmesi
• Steroid yapılı hormonların üretimi
• İnce bağırsakta yağların emilimi, sentezi ve taşınması
• İskelet ve kalp kasındaki düz ER’ye sarkoplazmik retikulum denir. Ca depolanmasından sorumludur
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Golgi aygıtı
“Paketleme merkezi” Salgı yapan hücrelerde
gelişmiş durumdadır. Kompleks proteinli
maddelerin (hormon, enzim) modifiye ve konsantre edilerek, paketlenip hücre dışına salgılanmasında rol oynar.
Lizozomları da oluşturur Hyalurnik asit ve
kondroitin sülfat sentezi yapar.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Golgi aygıtı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Lizozomlar
• Savunma ve sindirim organelidir.
• 250-750 nm çapında kesecik
• ER ve golgi kompleksinde üretilen hidrolaz (sindirici) denilen parçalayıcı enzimleri içerirler.
• Büyük moleküllü besin maddelerini (glikojen vb)
• Bakteri, virüs (fagositik vakuol), toksinleri
• Bozulmuş hücre organellerini (otofajik vakuol) sindirirler.
• Kemikte Ca salarlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Peroksizomlar
• Lizozomdan farkları
• Kendi kendilerini çoğaltırlar
• Oksidaz ve katalazlar içerirler
• H2O2 (hidrojen peroksit), katalaz
• Ör; alkolün karaciğer hücrelerindeki peroksizomlarda detoksifikasyonu
• Serbest radikallerin detoksifikasyonu
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre iskeleti üç temel tip lif yapısı içerir.
• En ince olanlar “mikrofilamentler”dir ve genellikle aktin iplikçiklerinden olulur.
• Orta kalınlıkta olan ara filamentlerdir. Ara filamentler farklı tipte proteinlerden oluşurlar.
• En kalınları ise mikrotübüllerdir ve tübülin moleküllerinin birleşmesinden oluşurlar.
Hücre iskeleti
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre iskeleti
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre iskeleti
• Sitosolü bir arada tutan iskelet...
• Hücre zarı aracılığıyla diğer hücrelere tutunup dokunun stabilitesinde de rol oynar
• Çoğunluğu protein yapılar
• Filamentler: Aktin, miyozin vs
• Mikrotübüller; polimerize tübülin moleküllerinden oluşur.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Hücre hareketi
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Çekirdek
• Çekirdek zarı, çekirdekçik ve kromatinin yer aldığı nukleoplazmadan oluşur
• Hücrenin gen içeren kontrol merkezidir
• Neredeyse bütün hücresel proteinlerin kalıbını oluşturur
• Sentezlenecek proteinlerin çeşidi ve miktarını belirler
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Çekirdek Zarı ve Çekirdekçik
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kromatin ve DNA
DNA ve histonlar =kromatin
Hücre bölünmeye başladığı zaman kısalıp yoğunlaşır
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Motor moleküller
• Harekette görev yapan protein yapılar
• ATP den enerji alırlar
• Organellerdeki reseptörlere tutunurlar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Sentrioller
• Çekirdeğin yakınında sentrozomda yerleşik
• 9 tane 3 lü mikrotübülden oluşur
• Mitozda iğcikleri yapar
• Siliya ve kamçının kaidesidir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Siller (cilia) ve Kamçılar (flagella)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Siller (cilia) ve Kamçılar (flagella)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Silia hareketi
Ritmik kinosilya hareketi
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Silia hareketi
Kinosilyalar ritmik olarak vuruş hareketi yaparak solunum sistemindeki mukus salgısını ağız ve üst solunum yollarına doğru sürekli hareket ettirirler ve böylece mukusa yapışan tüm yabancı maddelerin ciğerlerden uzaklaştırılmasını sağlarlar.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kubbecikler
Kubbecikler (Vaults) henüz ne işe yaradıkları tam bilinmeyen ama her hücrede bir kaç bin adet bulunan nano-taneciklerdir. Çekirdekten sitoplazmaya özellikle rRNA ve mRNA taşınmasında aracılık ettikleri düşünülmektedir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
İntegral Yapısal Membran Proteinleri
Ekstrasellüler sıvı
Membranı kateden protein
Hücre iskeleti proteini
İntrasellüler sıvı
Periferal protein
Hücre iskeletinin zar ve zar proteinleri ile ilişkisi.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
İntegral Yapısal Membran Proteinleri
Karbonhidrat Ekstrasellüler sıvı
FosfatSitoplazmik kıvrım
İntrasellüler sıvı
Hücre zarı
Membranı 7 kez kateden bir integral membran proteini
İntegral zar proteinleri genellikle hücre zarını bir kaç kez kat eden alt birimlerden oluşan uzun ve kompleks protein zincirleridir.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• Membrana bağlı enzimler
• Dış reaksiyonlar
• İç reaksiyonlar
• Özgül molekül bağlayan reseptörler (almaçlar)
• Örnek: Hormonlar
Molekül Bağlayan Membran Proteinleri
İntrasellüler sıvı
Ekstrasellüler sıvı
Reseptör
Ligand
Ligand-Reseptör kompleksi
Hücre içi olaylar
Hücre zarı
Hücre zarına bağlı olan enzimler hem iç hem de dış tepkimelerin yürütülmesini sağlarlar. Ayrıca reseptör olarak işlev gören moleküller kimyasal mesajların hücre içine iletilmesini sağlarlar.
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• Kanal proteinleri
• Açık
• Kapılı
• Taşıyıcı proteinler
• Molekülleri geçici olarak bağlayan proteinler
• Yavaş taşıma yaparlar
Taşıyıcı Proteinler
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kanal proteinlerinin alt birimlerinin yapılanması
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Taşınım Proteinleri
(a) Açık kanallar (b) Kapılı kanallar
ESS
Hücre membranı
Açık Kapalı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kanallar
• Su kanalı
• Aquaforinler
• İyon kanalları
• Özgül iyon kanalları
• Özgül olmayan kanallar • Kapılı kanallar
• Kimyasal kapılı kanallar
• Voltaj kapılı kanallar
• Mekanik kapılı kanallar
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Taşıyıcı Proteinler
Açık kanallar: porlar
(b) Taşıyıcılar
Taşıyıcı İSS ya doğru açık
Taşıyıcı ESS ya doğru açık
ESS
ESS
Hücre membranı
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
ENERJİ GEREKSİNİMİ
ATP den enerji
gerektirenEnerji
gerektirmeyen
Difüzyon
BasitDifüzyon
KolaylaştırılmışDifüzyon
PrimerAktif
taşınım
Endositoz
Ekzositoz
Fagositoz
MembrandaVezikül
Oluşumu gerektirir
Aracılı taşınımmembran proteini
gerektirir
MolekülLipid çift katmandan
direkt geçer
FİZİKSEL GEREKSİNİM
SekonderAktif
taşınım
Zarlardan Taşınım Mekanizmaları
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Difüzyon:
Difüzyon hızı = Yüzey Alanı . Derişim farkı
Zar direnci . Zar kalınlığı
Yağda çözünebilirlikMolekül boyutuZar direnci =
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• Uniport
• Kotransport
• Simport
• Antiport
Taşıyıcı Aracılı Taşınım:
Uniport taşıyıcı Simport taşıyıcı Antiport taşıyıcı
Glukoz Glukoz
Kotransport
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• Taşıyıcı protein kullanılır
Kolaylaştırılmış Difüzyon
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Kolaylaştırılmış Difüzyon
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• Taşıyıcı molekülün hareketi için enerji gerekir
• Konsantrasyon farkına zıt yönde taşınım
Primer Aktif Taşınım (pompa)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Primer Aktif Taşınım (pompa)
• Na+- K+ATP az Pompası
• Ca2+ATP az Pompası
• H+ATP az Pompası
• H+- K+ATP az Pompası
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Na+- K+ATP az Pompası
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• Kotransport
• Moleküllerin kinetik enerjisi kullanılır
Sekonder Aktif Taşınım
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• Partiküllerin taşınımı
• Büyük moleküller
• Fagozom
• Fagositoz
Membranlardan Veziküllerle Taşınım
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
• Pinositoz: Seçici olmayan
• Reseptör aracılı endositoz: Özgül substrat
• Fagositoz
Endositoz and Ekzositoz: