If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Bağlandığınız bilgisayar bir web filtresi kullanıyorsa, *.kastatic.org ve *.kasandbox.org adreslerinin engellerini kaldırmayı unutmayın.

Ana içerik

Konu: AP®︎/Üniversite Biyoloji > Ünite 4

Ders 2: Sinyal İletimi
Fen
AP®︎/Üniversite Biyoloji
Hücre İletişimi ve Hücre Döngüsü
Sinyal İletimi
© 2024 Khan AcademyKullanım ŞartlarıGizlilik PolitikasıÇerez Politikası

Ligand ve Reseptörler

Google Classroom
Sinyal molekülü türleri ve hedef hücrelerde bağlandıkları reseptörler. Hücre içi reseptörler, ligand kapılı iyon kanalları, G proteinine bağlı reseptörler ve reseptör tirozin kinazları.

Giriş

Bin kilometrelik bir yolculuk nası tek bir adımla başlıyorsa, bir hücre içindeki karmaşık bir sinyal yolağı da örneğin tek bir molekülün , ya da ligandın, alıcı molekülüne, reseptörüne, bağlanması gibi önemli bir olayla başlar.
Reseptörler ve ligandlar çeşitli formlarda karşımıza çıkabilse de hepsinin ortak bir noktası vardır: reseptörün sadece bir (yada birkaç) ligandı tanımasıyla ve ligandın da bir (ya da birkaç) reseptörü tanımasıyla birbirlerine bağlı çiftler halinde bulunurlar. Ligandın reseptöre bağlanması reseptörün şeklini ve aktivitesini değiştirerek sinyalin iletimini sağlar ya da doğrudan hücre içinde bir değişime sebep olur.
Sinyal transdükyonunun aşamaları: ligand-reseptör bağlanması, sinyal iletimi, cevap'tır.
Bu makalede ilk aşamaya yani sinyalin alım aşamasına odaklanacağız.
Bu bölümde farklı reseptör ve ligand çeşitlerini, hücre dışından gelen ve değişime sebep olacak sinyali aktarmak için girdikleri etkileşimleri inceleyeceğiz.

Reseptör türleri

Reseptörlerin birden fazla çeşidi vardır ancak iki alt kategoride incelenebilirler: Sitoplazmada yada çekirdekte bulunan, hücre içi reseptörler, ve hücre zarında bulunan, hücre yüzeyi reseptörleri.

Hücre içi reseptörler

Hücre içi reseptörler, hücre içinde, genellikle çekirdek yada sitoplazmada bulunan reseptör proteinlerdir. Hücre içi reseptörlerinin ligandları, reseptörlerine ulaşmak için hidrofilik hücre zarından geçmeleri gerektiğinden çoğunlukla küçük, hidrofobik (suyu sevmeyen) moleküllerdir. Örneğin, eşey hormonları olan estradiol (östrojen türü) ve testesteron gibi hidrofobik steroid hormonlarının birincil reseptörleri hücre içi reseptörlerdir.
Hormon hücreye girdiği ve reseptörüne bağlandığı zaman reseptörün şekil değiştirmesine sebep olur, böylece reseptör hormon kompleksinin çekirdeğe (eğer hali hazırda orada değilse) girmesine ve gen aktivitesini regüle etmesine sebep olur. Hormonun bağlanması reseptörün DNA'ya bağlanma aktivitesi olan, spesifik DNA dizilimlerine bağlanabilen, daha önceden açıkta olmaya bölgelerini açığa çıkarır. Bahsi geçen belirli DNA dizilimleri hücre DNA'sındaki belli genlerin yakınında bulunur. Reseptör bu genlerin yakınına bağlandığı zaman bu genlerin transkripsyon aktivitelerini değiştirir.
Hücre içi reseptör içeren bir sinyal yolağının diyagramı. Ligand hücre zarını geçer ve sitoplazmadaki reseptöre bağlanır. Sonrasında reseptör DNA'ya bağlanıp transkripsyonu regüle etmek için çekirdeğe doğru hareket eder.
Görsel hakları: "Signaling molecules and cell receptors: Figure 3," OpenStax College, Biology (CC BY 3,0).
Hücre içi ve hücre yüzeyi reseptörlerini de barındıran çoğu sinyal yolağı, gen transkripsyonunda değişime sebep olur. DNA'ya bağlanıp transkripsyonda doğrudan değişikliğe sebep oldukları için, hücre içi reseptörleri bu konuda eşsizdir.

Hücre yüzeyi reseptörleri

Hücre yüzeyi reseptörleri hücrenin dışındaki ligandlara bağlanan zara gömülü proteinlerdir. Bu sinyal iletim çeşidinde ligand, hücre zarından geçmek zorunda değildir. Hidrofilik (su sever) ve büyük molekülleri de kapsamak üzere çok çeşit molekül ligand olarak davranabilir.
Tipik bir hücre yüzeyi reseptörü üç çeşit bölgeye yada protein bölgesine sahiptir: bir hücre dışı ligand bağlayan bölge, bir zar boyunca uzanan hidrofob bölge ve bir tane de genellikle sinyali aktaran hücre içi bölge. Bu bölgelerin boyutu ve şekli reseptörün çeşidine göre değişkenlik gösterir ve hidrofob bölge, çok sayıda zarı çaprazlayan amino asit uzantılarından oluşabilir.
Hücre yüzeyi reseptörlerinin farklı birçok çeşidi vardır fakat biz burada üç yaygın çeşidini inceleyeceğiz: ligand kapılı iyon kanalları, G proteinine bağlı reseptörler ve reseptör tirozin kinazlar.

Ligand kapılı iyon kanalı

Ligand kapılı iyon kanalları ligandın bağlanmasıyla açılabilen iyon kanallarıdır. Bu hücre yüzeyi reseptör çeşidi, kanal oluşturmak için zarı kapsayan ve ortasında hidrofil (su sever) bir kanalı olan bir bölgeye sahiptir. Kanal, iyonların fosfolipit çift katmanın hidrofob merkezine temas etmeden zardan geçmesini sağlar.
Ligand kanalın hücre dışı bölgesine bağlandığınd, proteinin yapısı, Ca2+ ya da Cl− gibi, belirli iyon çeşitlerinin geçebilmesini sağlayacak şekilde değişir. Bazı durumlarda bunun tam tersi de doğrudur: Başka bir deyişle, ligandın bağlanması, açık olan kanalın kapanmasını sağlamaktadır. Hücre içindeki iyon seviyelerinin değişmesi, iyonlara bağlanan enzimler ya da gerilime hassas kanallar gibi farklı moleküllerin etkinliklerini de değiştirerek bir cevap oluşmasına sebep olabilir. Nöronlar ya da sinir hücreleri, nörotransmiterlerin bağlanabileceği ligand kapılı kanallara sahiptir.
Bir ligand kapılı ion kanalı diagramı. Ligand hücre zarındaki kapalı bir ion kanalına bağlandığı zaman ion kanalı açılır ve ionlar kanaldan hücre içine yada dışına geçebilirler.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Signaling molecules and cell receptors: Figure 4," OpenStax College, Biology (CC BY 3,0).

G-proteinine bağlı reseptörler

G proteinine bağlı reseptörler (GPCRs), yapıları ve sinyal iletim yöntemleri ortak olan büyük bir yüzey reseptör ailesidir. GPCR ailesi üyelerinin hepsi zarı geçen yedi farklı protein segmentine sahiptir. Sinyalleri hücre içine G proteini adı verilen bir protein aracılığı ile iletirler (aşağıda daha fazla detay bulabilirsiniz).
GPCR'ler çeşitlidir ve farklı tip ligandları bağlayabilirler. Odorant (koku) reseptörleri özellikle öne çıkan bir GPCR sınıfıdır. İnsanlarda 800 civarında koku reseptörü bulunur ve her biri, her hangi bir parfümdeki özel bir kimyasal yada çürümüş balıktan çıkan özel bir kimyasal gibi kendi özel koku molekülüne bağlanarak sinyalin beyine gönderilmesini sağlar ve biz de bu sayede koku alırız!3
G proteinine bağlı reseptör, ligandı ortamda bulunmadığı zaman hücre zarında etkin olmayan (inaktif) bir halde bekler. Bazı GPCR türleri için, etkin olmayan reseptör, bir G proteini olan sinyal hedefine zaten sabitlenmiştir4 .
G proteinleri çeşitlidir, fakat tüm çeşitleri GDP oluşturmak için parçalayabilecekleri (hidrolize edebilecekleri) bir nükleotid olan guanozin trifosfata (GTP) bağlanır. GTP'ye bağlı bir G proteini aktif yani "etkin"dir, GDP'ye bağlı bir G proteini ise inaktif yani "etkin değildir"'dır. GPCR'lerle ilişkili G proteinleri, heterotrimerik G proteinleri olarak bilinen 3 altbirimden oluşur. İnaktif reseptörlere bağlandıklarında "etkin olmayan" formda bulunurlar (GDP'ye bağlı).
GPCR sinyal iletim döngüsünü gösteren diyagram
  1. Sinyal molekülü GPCR'a bağlandığında, G protein alfa alt birimi GDPyi GTP ile değiştirir.
  2. Alfa alt birimi beta ve gamma alt biriminden ayrılır ve diğer moleküllerle etkileşime geçerek hücresel cevap sinyalini tetikler. (Beta ve gamma alt birimleri bazı durumlarda sinyal iletiminde görev alabilirler.)
  3. GTP hidrolize olup GDP'ye çevirilir ve sinyal molekülü reseptörü terk eder.
  4. Alfa altbirimi reseptör, beta ve gamma alt birimiyle tekrar bir araya gelir.
Her yeni ligand bağlandığında döngü tekrarlanabilir.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Signaling molecules and cell receptors: Figure 5," OpenStax College, Biology (CC BY 3,0).
Ancak ligand bağlandığında durum değişir: GPCR aktive olur ve G proteininin GDP yerine GTPye bağlanmasına sebep olur. Aktive olmuş G proteini GPCR'den ayrılan iki parçaya ayrılır (Biri α alt birimi diğeri ise β ve γ'dan oluşan alt birimler). Alt birimler diğer proteinlerle etkileşime geçerek sinyal yolaklarını tetikleyip bir cevap verilmesini sağlarlar.
Nihayetinde, α alt birimi GTPyi GDP'ye hidrolize eder ve G proteini tekrar etkinliğini kaybeder. GPCR ile ilişkili üç alt birimi yeniden birleşerek etkin olmayan G proteinini oluşturur. G proteinine bağlı reseptör kullanan hücre sinyal yolağı ligand bağlanmasıyla tekrar eden bir döngüdür.
G proteinine bağlı reseptör insan vücudunda birden fazla rol üstlenir ve GPCR sinyal yolağının bozulması hastalıklara sebebiyet verebilir.

Reseptör Tirozin Kinaz

Enzimle ilişkili reseptörler bir enzimle ilişkili hücre bölgelere sahip hücre yüzeyi reseptörleridir. Bazı durumlarda reseptörün hücre içi bölgesi bir tepkimeyi doğrudan katalizleyebilen bir enzimdir. Diğer enzimle ilişkili reseptörlerin ise, hücre içi bölgeleri enzimle etkileşime geçer5.
Reseptör tirozin kinaz (RTK), insanlarda ve diğer bir çok canlıda bulunur ve enzimle ilişkili reseptörler sınıfında yer alırlar. Kinaz fosfat gruplarını proteinlere yada diğer hedeflere transfer eden bir enzim ismidir. Reseptör tirozin kinaz ise fosfat gruplarını tirozin amino asitine transfer eder.
RTK yolağı nasıl çalışır? Tipik bir örnekte gösterirsek, sinyal molekülleri önce iki reseptör tirozin kinazının hücre dışı bölgelerine bağlanırlar. Ardından, iki komşu reseptör bir araya gelerek dimerleşirler. Sonrasında reseptörler fosfatları birbirlerinin hücre içi bölgelerinde yer alan tirozinlerine bağlarlar. Fosforlanmış tirozin, sinyali hücre içindeki diğer molküllere aktarır.
Ligand bağlanmasını ve reseptör otofosforilzasyonunu gösteren reseptör tirozin kinaz diyagramı.
Sinyal molekülleri yakındaki iki reseptöre bağlandığında, reseptörler dimerleşirler (eşleşirler).
Eşleşmiş reseptörler hücre içi alandaki tirozin kalıntıları (hücre içindeki protein kısmı) ile birbirlerini fosforlarlar.
Fosforlanmış reseptörler diğer hücre içindeki proteinlerle etkileşime geçip sinyal yolaklarını aktive ederek hücresel cevaba sebep olabilirler.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Signaling molecules and cell receptors: Figure 7," OpenStax College, Biology (CC BY 3,0).
Fosforlanmış reseptörler, çoğu durumda diğer özel bağlanma bölgelerine sahip proteinler için yerleştirme platformu olarak çalışırlar. Bu bölgelere dahip farklı proteinler vardır ve bu proteinlerden bir tanesi bağlandığında hücresel bir cevanba sebep olacak bir aşağı akış sinyal yolağını başlatabilir6,7.
Reseptör tirozin kinaz, insanlardaki çoğu sinyal yolağı için önemlidir. Örnek olarak, hücre bölünmesine ve hücrenin hayatta kalmasına önayak olan büyüme faktörlerine bağlanırlar. Yaraların iyileşmesinde rol alan trombosit türevi büyüme faktörü (PDGF) ve nöronların hayatta kalması için sürekli salgılanması gereken sinir büyüme faktörü (NGF), büyüme faktörlerine verilebilecek örneklerdir8. Reseptör tirozin kinaz büyüme faktörü yolaklarındaki rollerinden ötürü vücut için gereklidir fakat aktiviteleri belirli bir dengede tutulmalıdır: büyüme faktörü reseptörlerinin gereğinden fazla aktivasyonu bazı tip kanserlere sebebiyet verebilir.

Ligand çeşitleri

Sinyal gönderen hücreler tarafından üretilen ve hedef hücrelerdeki reseptörlere bağlanan ligandların farklı çeşitleri vardır. Bazıları protein bazıları steroidler gibi hidrofob moleküllerdir ve bazıları nitrik (azot) oksit gibi gazlardır. Bu bölümde ligandların farklı çeşitlerinin örneklerini inceleyeceğiz.

Hücrenin içine girebilen ligandlar

Küçük hidrofob ligandlar hücre zarından geçebilirler ve çekirdek ile sitoplazmadaki hücre içi reseptörlerine bağlanırlar. Steroid hormonlar, insan vücudunda bu tipteki en önemli ligandlardandır.
Yaygın steroid hormonlarının arasında, bir östrojen türü olan dişi eşey hormonu estradiol ve eril eşey hormonu testesteron da bulunur. Steroid hormonlarına başka bir örenek ışık enerjisi kullanılarak deride sentezlenen D vitaminidir. Hidrofob oldukları için bu hormonlar hücre zarından geçerken problem yaşamazlar fakat kan dolaşımında (sulu ortamda) hareket etmeleri gerektiğinde taşıyıcı proteinlere bağlanmaları gereklidir.
Estradiol ve testesteronun kimyasal yapıları. İkisi de dört birleşik hidrokarbon halkasına sahiptir. İki hormon, halkaların çifte bağ örüntüleri ve onlara bağlanan fonksyonel gruplarda farklılık gösterir.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Signaling molecules and cell receptors: Figure 8," OpenStax College, Biology (CC BY 3,0).
Nitrik (azot) oksit (NO) ligand olarak davranan bir gazdır. Küçük boyutu sayesinde steroid hormonları gibi hücre zarından doğrudan geçebilir. Anahtar rollerinden bir tanesi kan damarlarını çevreleyen yumuşak kaslardaki kasın gevşemesini ve kan damarlarının genişlemesini sağlayan sinyal yolağını aktive etmesidir. Nitrogliserin, NO salınımını aktive ederek kan damarlarını genişleyip kalbe kan akışını sağlayan bir ilaçtır ve kalp hastalıklarının tedavisinde kullanılır.
NO, kendi etki ettiği ve viagra gibi reçeteli ilaçların da ereksiyon bozukluğu tedavisi için hedef aldığı yolak sayesinde daha fazla bilinmeye başlandı.

Hücrenin dışına bağlanan ligandlar

Suda çözünebilen ligandlar polardır yada yüklüdür ve hücre zarını geçemezler. Çoğu suda çözünebilen ligand, hücre yüzeyi reseptörlerinin hücre dışındaki bölgelerine bağlanırlar.
Peptid (protein) ligandlar, suda çözülebilen ligand sınıfının en fazla çeşitliliğe sahip ve en çoğunu oluşturan üyesidir. Örnek olarak büyüme faktörleri, insülin gibi hormonlar ve bazı nörotrasmitterler bu kategoriye dahildir. Peptid ligandlarını oluşturan amino asit sayısı, ağrı kesici enkefalinlerde olduğu gibi bir kaç amino asitten, yüz yada daha fazla amino asite kadar çıkabilir.
Enkefalin: Tyr-Gly-Gly-Phe-Met dizilimine sahip, kısa bir peptid ligandı.
Aşağıda bahsedildiği gibi bazı nörotrasmiterler proteindir. Diğer nörotransmiterlerin çoğu ise genelde küçük hidrofil (su sever) organik moleküllerdir. Bazı nörotrasmiterler glutamat ve glisin gibi standard amino asitlerken bazıları modifiye edilmiş yada standart olmayan amino asitlerdir.
Glisin: bir amino asit.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Giriş Yap
Henüz gönderi yok.
İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.