Ana içerik
Hücre Zarının Yapısı
Hücre zarının akışkan mozaik modeli. Zarın protein, lipit ve karbonhidrat bileşenleri hakkında bilgi edinin.
Giriş
Vücudunuzun her bir hücresi küçük bir zar baloncuğu içinde bulunur. Bu zarın kıvamı...neredeyse salatalarda kullanılan yağın kıvamındadır
Peki, hücre zarının işlevi tam olarak nedir? Hücre zarı, sadece hücrenin sınırlarını belirlemekle kalmaz, aynı zamanda hücrenin bulunduğu çevreyle kontrollü bir şekilde etkileşimde olmasını sağlar. Hücreler, hepsi belirli miktarlarda olmak üzere çeşitli maddeleri hücre içine alabilmeli, hücrenin dışında tutabilmeli ve bunların hücreden atılmasını sağlayabilmelidirler. Ek olarak, kendilerini tanıtıp, bilgi paylaşımında bulunarak, diğer hücrelerle de iletişim halinde olabilmelidirler.
Hücre zarı, tüm bu rolleri yerine getirmek için, hücre ve içinde bulunduğu çevre arasında yarı geçirgen bir sınır oluşturan lipitlere ihtiyaç duyar. Hücre zarı bunlara ek olarak maddelerin zar üzerinden taşınması ve hücre iletişim faaliyetlerini gerçekleştiren proteinlere; ayrıca hem protein hem de lipitleri donatan ve hücrelerin birbirlerini tanımalarına yardımcı olan karbonhidratlara (şekerler ve şeker zincirleri) da ihtiyaç duyar.
Bu bölümde, hücre zarının farklı bileşenlerini daha yakından incelemek için onların rollerine, çeşitliliğine ve hücre etrafında esnek, hassas ve güvenli bir sınır oluşturmak için nasıl bir arada çalıştıklarına göz atacağız.
Akışkan Mozaik Modeli
Akışkan mozaik modeli olarak adlandırılan, günümüzde hücre zarı yapısı olarak kabul gören model 1972'de ileri sürülmüştür. Bu model zamanla geliştirilmiştir olmasına rağmen, birçok farklı hücrenin zarının tanımlanması ve davranışı için hala iyi bir model olarak iş görmektedir.
Akışkan mozaik modele göre, hücre zarı, zar düzleminde serbestçe ve akışkan bir şekilde hareket eden başlıca fosfolipitler, kolesterol ve proteinlerden oluşan bir bileşen mozaiğidir. Diğer bir deyişle, zarın şekli (aşağıda görüldüğü gibi) fosfolipitler ve proteinlerin sürekli olarak birbiri üzerinden akıp gittiği dinamik bir sürecin anlık bir görüntüsüdür.
İlginç olan şudur ki, eğer hücreye çok ince bir iğne batırırsanız, zar iğnenin etrafında dağılarak ayrılacaktır; iğne çıkarıldığında ise sorunsuzca yeniden bir araya gelecektir. İşte tam da bu şekilde bir akışkanlıktan bahsediyoruz!
Hücre zarının temel bileşenleri arasında, lipitler (fosfolipitler ve kolesterol); proteinler; ve bazı lipit ve proteinlere bağlı karbonhidrat grupları bulunur.
- Bir fosfolipit; gliserol, iki yağ asidi kuyruğu ve fosfat bağlı baş gruptan oluşan bir lipittir. Biyolojik zarlar genellikle kuyruk kısımları içeriye doğru bakan iki fosfolipit tabakası içerir ki. Bu, çift katlı fosfolipit tabakası olarak adlandırılan diziliştir.
- Yine bir lipit olan ve dört kaynaşmış karbon halkasından oluşan kolesterol, fosfolipitler boyunca zarın orta kısmında yer alır.
- Zar proteinleri, yer yer hücre zarı içine doğru uzanabilir, zarı tamamen geçebilir ya da iç veya dış yüzeyine gevşek bir şekilde bağlanabilirler.
- Karbonhidrat grupları, hücre zarının sadece dış yüzeyinde bulunurlar ve proteinlere bağlanarak glikoproteinleri ya da lipitlere bağlanarak glikolipitleri oluştururlar.
Proteinler, lipitler ve karbonhidratların hücre zarındaki oranları farklı hücre türlerine göre çeşitlilik gösterir. Ancak normal bir insan hücresinde, proteinler kütleye göre bileşimin yaklaşık yüzde 50'sini, lipitler (tüm türleri) yaklaşık yüzde 40'ını ve karbonhidratlar da kalan yüzde 10'unu oluştururlar.
Fosfolipitler
Çift tabakalı olarak dizilmiş fosfolipitler, hücre zarının temel dokusunu oluştururlar. Fosfolipitler, hem hidrofilik hem de hidrofobik bölgeleri sayesinde amfipatik oldukları için bu göreve çok uygundurlar.
Bir fosfolipitin hidrofilik ya da "suyu seven" kısmı, baş kısmıdır; ki bu kısım, yüklenebilen ya da polar olabilen küçük bir ek grubun (kimliği değişir, soldaki şekilde "R" ile gösterilen) yanı sıra eksi yüklü bir fosfat grubu içerir. Çift tabakalı zar içindeki fosfolipitlerin hidrofilik başları dışa doğru bakar yani hücrenin içinde ve dışındaki sulu akışkanla temas eder. Su polar bir molekül olduğu için fosfolipit başlarıyla kolayca elektrostatik (yüke dayalı) etkileşimler oluşturur.
Fosfolipitin hidrofobik ya da "suyu sevmeyen" kısmı uzun, apolar yağ asidi kuyruklarından oluşur. Yağ asidi kuyrukları diğer apolar moleküller ile kolayca etkileşimde bulunabilirler, ancak su ile zayıf bir etkileşimleri vardır. Bu sebeple, fosfolipitlerin kendi yağ asidi kuyruklarını zarın iç kısmında gizlemesi, burada çevresindeki sudan korunabilecekleri için daha uygundur. Bu etkileşimlerden oluşturulmuş çift fosfolipit tabakası hücrenin iç ve dış kısımları arasında iyi bir sınır oluşturur, çünkü su ve diğer polar ya da yüklü maddeler zarın hidrofobik olan orta kısmından kolayca geçemezler.
Amfipatik olması, fosfolipitlerin yalnızca çift zar tabakası oluşturmak için uygun olduğu anlamına gelmez. Aslında, bu onların, uygun koşullarda doğal olarak yaptıkları bir şeydir. Su ya da sulu çözelti içerisinde fosfolipitler hidrofobik kuyruklarını birbirine dönük, hidrofilik başlarını da dışa dönük olacak şekilde konumlama eğilimindedirler. Eğer fosfolipitlerin kuyrukları kısaysa bir misel (tek katmanlı küçük küre) oluşturabilirler, eğer daha iri kuyrukları varsa bir lipozom (içi boş, çift katmanlı zardan oluşan bir damlacık) oluşturabilirler
Proteinler
Proteinler, hücre zarlarının ikinci temel bileşenleridir. İki temel zar proteini kategorisi bulunmaktadır: integral ve periferal.
Adından da anlaşılacağı üzere, integral (bütünleşik) zar proteinleri zarın içine entegre olmuşlardır: çift katmanlı fosfolipitin hidrofobik merkezine sabitlenmiş en az bir hidrofobik bölümleri bulunur. Bazıları zara kısmen tutunurken diğerleri zarın bir tarafından diğerine kadar uzanırken her iki tarafta da açıkta yer alırlar
Zarın içinde bulunan integral zar protein bölümleri hidrofobiktir, sitoplazma ya da ekstrasellüler (hücre dışı) sıvıya maruz kalanlar ise hidrofilik olma eğilimindedirler. Transmembran proteinler, zarı sadece bir kez katedebilir ya da on iki kadar farklı zar kateden bölümleri bulunur. Tüm transmembran proteinler, bu modele uymasa da normal bir zar kateden segment, alfa sarmalı şeklinde dizilmiş 20-25 hidrofobik amino asit içerir. Bazı integral zar proteinleri, aşağıda gösterildiği gibi, iyonlar ve diğer küçük moleküllerin geçişine imkan veren bir kanal oluştururlar.
Periferal zar proteinleri, zarın iç ve dış yüzeylerinde bulunurlar, ya integral proteinlere ya da fosfolipitlere bağlıdırlar. Integral zar proteinlerinin aksine, periferal zar proteinleri, zarın hidrofobik olan orta kısmına yapışmazlar ve daha gevşek bir şekilde bağlıdırlar.
Karbonhidratlar
Karbonhidratlar, hücre zarlarının üçüncü temel bileşenleridir. Genelde hücrelerin dış yüzeyinde bulunurlar ve ya proteinlere (glikoproteinleri oluşturarak) ya da lipitlere (glikolipitleri oluşturarak) bağlıdırlar. Bu karbonhidrat zincirleri 2 ila 60 monosakkarit birimi içerebilir ve doğrusal ya da dallara ayrılmış olabilirler.
Zar proteinleriyle birlikte bu karbonhidratlar, moleküler kimlik kartları gibi hücrelerin birbirini tanımalarını sağlayan ayırt edici hücresel belirleyiciler oluştururlar. Bu belirleyiciler, bağışıklık hücrelerinin vücut hücrelerini tanıyarak onlara saldırmazken, yabancı hücreleri ve dokuları tanıyarak onlara saldırabilmeleri açısından, bağışlıklık sisteminde çok önemlidir.
Hücre zarının akışkanlığı
Fosfolipitlerin yağ asidi kuyruklarının yapısı, zarın özelliklerinin belirlenmesi ve özellikle de akışkanlık açısından önemlidir.
Doymuş yağ asitlerinin çift bağları bulunmaz (hidrojene doyurulmuşlardır) yani nispeten doğrusaldırlar. Öte yandan doymamış yağ asitleri bir ya da daha fazla çift bağ içerirler, bu da sıklıkla bükülmeleri ya da eğilmeleri ile sonuçlanır. (Bir bükülme örneğini, makalenin başlarında yer alan fosfolipit yapısının şeklinde yer alan doymamış kuyrukta görebilirsiniz.) Fosfolipitlerin doymuş ve doymamış yağ asidi kuyrukları sıcaklık azaldıkça farklı davranışlar gösterirler:
- Daha düşük sıcaklıklarda, doymuş yağ asitlerinin doğrusal kuyrukları yoğun ve oldukça katı bir zar oluşturmak için sıkı bir şekilde bir araya gelebilirler.
- Doymamış yağ asidi kuyrukları olan fosfolipitler, kuyruklarının bükülmüş yapısı yüzünden sıkı bir şekilde bir araya gelemezler. Bu sebeple, doymamış fosfolipitler içeren bir zar, düşük sıcaklıklarda doymuş olandan oluşturulmuş bir zara göre akışkan olacaktır.
Birçok hücre zarı, kimisi iki doymuş (doğrusal) kuyruklu ve kimisi de biri doymuş diğeri doymamış (bükülmüş) kuyruklu olan fosfolipitlerin bir karışımını içerir. Balıklar gibi pek çok organizma, zarlarındaki doymamış yağ asidi oranını değiştirerek soğuk ortamlara fizyolojik olarak uyum sağlayabilmektedirler. Doymuş ve doymamış yağ asitleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için lipitler ile ilgili makaleyi inceleyebilirsiniz.
Hayvanlarda, fosfolipitlerin yanısıra akışkanlığın korunmasına yardımcı olan ek bir zar bileşeni bulunur. Zarın fosfolipitleri arasına gömülü bir diğer lipit türü olan kolesterol sıcaklığın akışkanlık üzerindeki etkilerini azaltmaya yardımcı olur.
Kolesterol düşük sıcaklıklarda fosfolipitlerin biribirine sıkıca bağlanmasını önleyerek akışkanlığı arttırırken, yüksek sıcaklıklarda ise akışkanlığı azaltır
Hücre zarının bileşenleri
| Bileşen | Konum |
|---|---|
| Fosfolipitler | Zarın temel dokusu |
| Kolesterol | Zar fosfolipitlerinin hidrofobik kuyrukları arasına girmiş |
| İntegral proteinler | Çift katlı fosfolipit tabaka arasına gömülü; iki tabaka arası boyunca uzanabilir ya da uzanmayabilir |
| Periferal proteinler | Çift katlı fosfolipit tabakasının iç ve dış yüzeyinde ama onun hidfrofobik olan orta kısmına gömülü değil |
| Karbonhidratlar | Zarın hüce dışı tarafında olan protein ve lipitlere bağlı (glikoproteinler ve glikolipitler oluşturan) |
Tablonun uyarlandığı kaynak: OpenStax Biology.
Tartışmaya katılmak ister misiniz?
Henüz gönderi yok.