Biyolojik Membranlar ve Transport

Giriş

Plazma membranı (hücre membranı), hücreyi ve hücre organellerini sararak dış ortamlarından ayıran, hücreye yapısal ve mekanik bütünlük sağlayan seçici geçirken bir yapıdır. Plazma membranının başlıca görevleri şunlardır:

1- Yalıtım (izolasyon): Hücrenin dış ortamdan ayrılmasını sağlar, hücrelere fonksiyonlarına uygun yapı ve şekil kazandırır ve hücreyi bir bütün halinde tutar.

2- Transport: Maddelerin hücre içine ve dışına taşınmasını sağlayarak hücrenin kimyasal bileşiminin değişmesini önler. Plazma membranı, çok lipofilik maddeler hariç birçok maddeye karşı geçirgen değildir. Enerji üreminin ve biyosentezlerin devamı için gerekli glikoz, amino asistler ve yağ asitleri gibi temel besin maddelerinin hücreye alınmasını sağlayan, hücre içi ile dışı arasındai iyon dengesini koruyan taşıma mekanizmalarına sahiptir. Üre, CO₂, H₂O gibi hücresel atılım ürünlerinin hücre dışına çıkmasını sağlar ve bunların tekrar hücre içine dönmesini engeller.

3. Sinyal iletimi: Plazma membranının iç yüzünde adenilat siklaz, fosfolipaz gibi bazı enzimler için bağlanma yerleri bulunmaktadır. Plazma membranının dış yüzünde ise peptid hormonlar, nörotransmitterler, immünglobülinler (Ig), lipoproteinler gibi düzenleyici moleküller için özgün reseptörler vardır. Düzenleyici molekülün özgün reseptörüne bağlanması, enzimler aracılığıyla sinyalin hücre içine iletilmesini sağlar. Bu da metabolik yolların işleyişinde değişikliğe yol açar.

4- Hücre-hücre tanıması: Benzer hücrelerin birbirini tanımasını ve bir araya gelmesini sağlayan bileşikler(yüzey antijenleri) de plazma membranının dış yüzünde bulunur. Bu bileşiklere sahip olmayan hüceler tanınmaz ve bağışıklık sistemi hücreleri tarafından uzaklaştırılır.

Plazma Membranının Yapısı

Plazma mebranı protein (%50-60), lipit (%40-50) ve az miktarda karbonhidratın oluşturduğu 5-10 nm kalınlığında bir yapıdır. Membranın protein / lipit oranı yaklaşık 1 olmakla beraber, bu oran hücre tipine göre değişiklik gösterir. Örneğin oksidatif fosforilasyon ve elektron transport proteinleri nedeniyle mitokondri membranının protein içeriği (%75), sinir hücrelerinin dış yüzeyini saran miyelin kılıflarda ise lipit miktarı yüksektir (%80).

Lipitler ve proteinler membranda, 1972 yılında Singer ve Nicolson tarafından " akışkan mozaik modeli " olarak tanımlanan bir düzende yerleşmektedir. Bu modele göre, yapının esas yapısını fosfolipit çift tabakası oluşturmakta, proteinler bu yapıya yer yer gömülmüş veya gevşekçe tutunmuş halde bulunmaktadır.

Plazma membranının yapısını oluşturan lipit ve proteinlerin polar grupları membranı çevreleyen suyla doğrudan ilişkili olacak şekilde polar olmayan kısımlar ise yapının ortasında, sudan uzak bölgede dizilmiştir. Lipitlerin bu düzeni sonucu, hidrofobik olan memran merkezi tarafından birçok maddenin hücreye giriş - çıkışına izin verilmez. Bu membran sisteminde, lipitler ve proteinler membran düzleminde hızla yayıldığı için membranlar akıcı ve hareketli bir yapıya sahiptir.

Genellikle lipitler, polarolmayan (hidrofobik) gruplardan zengin oldukları içinsuda çözünmezler. Bununla beraber fosfolipitler, sfingolipitler ve daha az derecede de kolesterol polar (hidrofilik) gruplar da içermektedir. Yapısında hidrofobik ve hidrofilik gruplar içeren bileşiklere amfipatik bileşikler denir. Amfipatik lipitlerin polar gruplarının su ile ilişkili olacak şekilde dizilmesiyle polar olmayan gruplar bir araya gelerek bir lipit çift tabakası oluşturur. Lipit çift tabakası biyolojik membranların temel yapısıdır. Polar lipitler sulu ortamda kritik konsantrasyonda bulunduklarında miçel oluştururlar. Amfipatik bir lipidin sulu ortamda soniksyonuyla lipozomlar oluşur. Bunlar sulu ortamın bir kısmını saran çift tabakalı lipit küreleri olup özellikle ilaçların taşınmasında klinik öneme sahiptir.