ÜNİTE 11 HÜCRELERDE İLETİŞİM -...

ÜNİTE 11 HÜCRELERDE İLETİŞİM

MBG 111 BİYOLOJİ I

Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER

Hücreler Arası İletişime Genel Bakış

•Hücreler arası iletişimde bazı hücrelerin “konuşması” bazı hücrelerinde konuşulanı

“dinlemesi” gerekir.

•Dolayısıyla hücreler kendi aralarında iletişim halindedirler.

•Bu iletişim ligand adı verilen özel sinyal molekülleri ile gerçekleşir (Şekil 9.1).

•Bu moleküller farklı kimyasal yapılarda olabilirler. En çok bilinen ligandlar arasında

hormonlar yer alır.

•Örneğin bilinen adı ile Adrenalin hormonu, bilimsel adı ile Epinefrin molekülü bir

liganddır (Şekil Epinephrine).


Hücreler de İletişimin Evrimi

•Hücreler arası iletişime tüm hücrelerde rastlanır.

•Örneğin mayalarda a ve α tipi olmak üzere iki farklı tip

hücre (bunları verici ve alıcı gibi düşünebiliriz bir araya

gelerek a/α tipi bir hücre oluşturur.

•Burada bu iki hücre farklı genetik içeriklerde

olduğunu birbirlerine yüzeylerinde yer alan reseptörler

vasıtasıyla konuşur ve/veya algılarlar (Şekil 11.2).

•Bu basamak-basamak gerçekleşen olaya Sinyal iletim

yolağı (Signal Transduction Pathway) adı verilir.

•Bu iletişim sistemi mayalardan- memelilere kadar tüm

tek hücreden- çok hücreye, tüm ökaryotlarda

mevcuttur.


•Bakteriler içinde bu sinyal iletim

mekanizması son derece kritik bir öneme

sahiptir.

•Bakterilerde Quarum sensing adı

verilen, bu yolaklar, bakteriyal yada genel

olarak prokaryotik hayatın devamı için

büyük öneme sahiptir.

•Bu mekanizma olmadığı ve/veya düzgün

çalışmadığı sürece prokaryotların

kolonileşmeleri, büyümeleri ve biyofilm

yapısı oluşturmaları mümkün değildir

(Şekil 11.3).


•Mayalar ve bakterilerde iletişimde hücreler

arasında bir haberleşme söz konusu olur.

•Canlı büyüdüğünde ve çok hücreli hale

geldiğinde ise daha önceki konularda

gördüğümüz gibi doğrudan hücre zarı

üzerindeki reseptör moleküller ve geçitler

vasıtasıyla iletişim gerçekleşir (Şekil 11.4).

•Aslında temelde hücrelerin aralarında

mesafeye bağlı olarak haberleşme iki şekilde

gerçekleşir.

•Bunlar; lokal haberleşme (local

signalling) ve uzun mesafeler arasında

haberleşme (Long distance Signalling)

(Şekil 11.5).


•Özetle; sinyal kaynaktan reseptöre olan mesafe ile tanımlanır (Şekil 11.5,

9.2)

Doğrudan temas-moleküller tek bir hücrenin plazma zarından bitişik bir

hücre reseptör molekülleri temas eder.

1.Parakrin sinyal- kısa ömürlü sinyal molekülleri bir hücreden hücre dışına

(ekstrasellüler) ve komşu hücreleri etkiler.

2.Sinaptik sinyal- kısa ömürlü nörotransmitterler sinir hücreleri tarafından

sinirler ve hedef hücreler arasındaki sinaps denilen geçitlere salınır.

3.Endokrin sinyal- uzun ömürlü hormonlar, dolaşım sistemine girer ve

uzakta bile olsa hedef hücrelere ulaşır.


Çalışılmış Üç temel Sinyal Yolağına Genel Bakış

•Yukarıda adı geçen mekanizmaları anlamak için sinyal yollakları ve bunların

kimyasal işleyişi önemli bir çalışma alanıdır. Bu amaçla Earl W. Sutherland

önemli çalışmalara imza atmış ve bu çalışmaları ile 1971’de Nobel Ödülü

kazanmıştır.

•Sutherland ve arkadaşları hayvanlarda salınan adrenalin (Epinefrin)

hormonunun karaciğer ve iskelet kaslarında biriken bir polisakkarit olan

glikojenin yıkımına etkisini çalışmışlardır.

•Yıkılma aşamasında, ilk basamakta glikojenin yıkılması ile glukoz 1-fosfat

oluşur. Hücre bunu süratle glukoz 6 fosfata çevirir. Bu molekülde oksijenli

solunumun basamaklarından biri olan glikolizin önemli enerji üreten

moleküllerindendir yada bu molekül fosfatını kaybederek, kana glukoz olarak

karışır ve kanda, kan-şekerini oluşturur canlıya ekstra enerji sağlar.


• Sutherland ve ekibi glikojen molekülünün parçalanmasında epinefrin ‘in

sitoplazmada yer alan glikojen fosforilaz’ın (glycogene phosphorylase)

aktif hale getirdiğini ve böylece glikojenin parçalandığını ve hızlıca ekstra enerji

açığa çıkardığını belirlemişlerdir. Bu amaçla söyle bir deneme yapmışlardır.

•Bir test tüpü içine glikojen fosforilaz, enzimin substratı glikojen ve adrenalin

hormonu eklemişler ve glikojende yıkılma gözleyememişlerdir.

•Bunun üzerine iki hipotez kurmuşlardır.

1. Ya epinefrin, glikojen enzim ile yıkılmadan önce doğrudan etkileşim

kuramıyor, hücre içinde başka ara basamaklar ve moleküller görev alıyor,

2. ya da hücre zarı bir başka sinyal oluşturuyor ve etkileşim ancak o zaman

gerçekleşebiliyor.

(Şekil 11.1).


•Sutherland çalışmalarında bu sinyal iletim yolağını üç basamağa ayırmıştır

(Şekil 11.6).

•Buna göre;

1. Kabul (Reception)

2. İletim (Transduction)

3. Cevap (Response)

Bu durumda uyarıcı molekül gelir, hücre zarında yer alan kabul

moleküllerinden biri tarafından algılanır. Bu durum sitoplazma içerisinde yer

alan bir veya birkaç sinyal molekülünü uyarır, böylece uyarıyı hedef bölgeye

ulaştırır ve bir hücresel cevap oluşturulur. Buna sinyal yolağı adı verilir.

•Sutherland ve arkadaşları bu sinyal yolağında yer alan aracı molekülün siklik

adenozin monofosfat (c-AMP) olduğunu bulmuş ve onu hücreden izole

etmiştir.


1.Kabul (Reception) Molekülleri: Sinyal Molekülünün Bir Zar Reseptör

Proteinine Bağlanması

• Uyarıcı etken hücreye geldiğinde, hücre yüzeyinde yer alan reseptör protein

bunu yakalar, duyar ve bunu hücre içinde yer alan moleküllere iletir.

•Bu hücre içindeki uyarıcıya özgü moleküller, sinyal molekülleri – ligandlar, bu

uyarı etkisiyle, bağlantısı ile şekil değiştirerek, bunu hücre içinde gereken yere

iletirler.

•Bilinen üç tip, büyük, hücre yüzey reseptör molekülü vardır.

1. G-Proteini Bağlı Reseptörler (G-Protein Coupled Receptors, GPCRs):

Bu reseptörler sitoplazmada yer alan G-proteini ile çalışırlar. Buna göre ligand

reseptöre bağlandığında, sitoplazmik G-proteinini aktive eder ve bu proteinde

diğer sitoplazmik proteinleri aktive eder (Şekil 11.7, 11.8).


2. Reseptör Tirosin

Kinazlar (Receptor

Tyrosine Kinases, RTKs):

Bu reseptörler , dimer

yapısına sahiptirler.

• Tirozin içeren bölgenin

fosforillenmesi ile

sitoplazmik monomer

kısmının dimer yapısı

oluşturması ile aktive olurlar

(Şekil 11.7, 11.8).

•Hücre içinde farklı

proteinlerin tirozinlerinin

fosforillenmesini tetikleyerek,

sitoplazmada farklı yolakların

aktif hale geçmesini sağlarlar.



3. Liganda Bağlayan-Geçiren İyon

Kanalları (Ligand Gated İon

Channels): Bu reseptörler spesifik

uyarıcının bağlanmasına bağlı olarak

açılıp-kapanan özel yapılı iyon

kanallarıdır.

•İyonların hücre zarından geçiş

miktarına bağlı olarak aktivitelerini

düzenlerler (Şekil Ion Channel

Receptors).


•Yukarıda sayılan gruplara ek olarak birde Hücre içi reseptör benzeri

moleküller vardır.

•Bunlar genellikle hücre zarındaki reseptörlere bağlanırlar, hidrofobik

kimyasal yapıları sayesinde hücre zarından geçebilirler ve hücre içinde yer

alan sinyal ileten moleküllere bağlanırlar-uyarırlar.

•Bu kimyasal yapılı mesajlar-uyarılar hormonlardır. Hayvanlarda yer alan

steroid hormonlar ve tiroid hormonları bunlara en iyi örneklerdir.

•Örneğin bir steroid hormon olan aldesteron hücre zarı reseptörüne gelir.

Hücre içine geçer ve hücre içi reseptör proteine bağlanır.

•Hormon reseptör kompleksi nukleusa gider ve DNA’yı yani hedefi uyarır.

•Böylece istediği mRNA sentezlenmesini sağlar ve oluşması istenen hedef

protein üretilir (Şekil 11.9).

2.İletim (Transduction) Molekülleri: Moleküler Basamaklandırmada,

Sinyaller, Hücre İçi Taşıyıcı Moleküller Yardımıyla Reseptörden-Hedefe İletilir

• Sinyal iletimi yollağının her basamağında sinyal iltimi farklı şekilde gerçekleşir. En sık

görüleni, taşıyıcı proteinlerin uyarıcı moleküle bağlanarak şekil değiştirmesidir.

•Sinyal iletim yolaklarının çoğunda, ilk haberci-iletici adım adım gerçekleşen

fosforilasyon düzenlenmesidir ve protein fonksiyonlarının kontrolünde anahtar rol

oynar (Şekil 9.3).



•Bu sistem, bir seri

protein kinaz enzimi

tarafından fosfat

eklenmesi ve fosfataz

enzimi ile fosfatların

uzaklaştırılmasıyla

kontrol edilir.

•Fosforilasyon ve

defosforilasyon

dengesi ile

düzenlenen

reaksiyonlar, sinyal

iletim yolağının

önemli bir kısmını

oluşturur (Şekil

11.10).


•İkinci tip mesajcı-iletici moleküller, küçük bir molekül olan

siklik adenozin monofosfat (Cyclic Adenosine

MonoPhosphate, c-AMP) molekülü ve kalsiyum (Ca2+) iyon

kanallarıdır (Şekil 11.11).

•Sitosöl boyunca sinyalin, uyartının çabuk iletilmesini sağlarlar. Bu amaçla

çoğu G proteini, c-AMP yardımıyla çıkan ATP enerjisi kullanılarak,

adenilsiklaz enzimi vasıtasıyla aktif hale gelir (Şekil 11.12, 11.13).



•Ca2+ iyonları vasıtasıyla

GPCR ve RTKs yolakları

uyarılır (Şekil 11.13).

•Böylece diaçilgliserol

(diacylglycerol, DAG) ve

inositol trifosfat

(inositol

trisphosphate, IP3)

miktarı Ca2+ iyonlarının

artmasının tetiklemesiyle

artar (Şekil 11.14).


3. Cevap (Response): Hücre

sinyalleri transkripsiyonun

veya sitoplazmik aktivitelerin

düzenlenmesine liderlik eder-

yönetir.

•Bazı nukleusa gelen sinyallerin,

nüklear kökenli cevapları özel

genlerin transkripsiyonu için

aç-kapa cevapları şeklindedir

(Şekil 11.15).


•Diğer çeşit cevaplar ise sitoplazmik

düzenlenmeyi içeren cevaplardır.

•Sitoplazmik düzenlemeyi sağlayan cevaplar basit

aç-kapa cevapları değildir. Basamak basamak

gerçekleşen daha kompleks bir yapısı vardır.

•Buna göre her protein sinyal iletim yollağının

cevabı bir sonraki adımda yer alan molekülün

çoklu kopyalarının olması ile büyütülür ve

güçlendirilir.

•Zaman zaman bu kopyaların sayısı binleri-

milyonları bulabilir (Şekil 11.16).


•Proteinlerin bu çoklu

kombinasyonu, hücreler arası

iletişimde bilgi alıcı ve taşıyıcı

bir göreve sahiptir (Şekil

11.17).


•Oluşan protein yapıları

(Scaffolding Protein) ve

kompleksleri sinyal etkisinin

arttırılmasında çok etkilidir.

•Yolağın dallanması, sinyalin

hücre içinde yayılması ve farklı

hedef noktalara iletilmesi ve

cevabı bu şekilde düzenlenir.

•Cevabın alıcıya en hızlı

şekilde döndürülmesi de bu

sayede gerçekleşir (Şekil

11.18).

APOPTOZ Hücre Sinyal iletim Yolaklarının Birleştiği Nokta

•Apoptoz bir tür programlı hücre ölümü olayıdır. Bu olayda hücre bileşenleri

düzenle ve uyumlu olarak ölüme yönelirler (Şekil 11.19).



•Bir toprak solucanı-kurdu

Caenorhabditis elegans ile yapılan

çalışmalarda bu sinyal yolaklarının

detayları aydınlatılmıştır (Şekil

11.20).

•Bir ölüm sinyali kaspazların ve

nükleazların aktif hale gelmesine

liderlik eder. Bu enzimler apoptozun

ana-temel-önemli enzimleridir.


•İnsan ve hayvan hücrelerinde yer alan çeşitli apoptatik sinyaller

belirlenmiştir. Bunlar farklı yolakları tetikleyerek hücreleri ölüme

yönlendirirler.

•Apoptoz sinyallerinin açığa çıkması, hücre dışı ve hücre içi

sinyallerin varlığı ile gerçekleşebilir.

Kaynaklar Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell,

Jane B. Reece, Unit 2, Part:11, p: 210-231 Pearson Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco, CA 94111.

Biology / 9th ed (2008)Peter H. Raven George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan R. Singer, Chapter 9, p:168-185. The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020.


ÜNİTE 11 HÜCRELERDE İLETİŞİM -...

Documents

Transcript of ÜNİTE 11 HÜCRELERDE İLETİŞİM -...