Hücre Zarına Yolculuk
Rana Sümeyra Özcan - Yüksek Lisans Öğrencisi/ Moleküler İmmünoloji, Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
Tüm hücreler onları kuşatan donanımlı bir plazma zarı ile çerçevelenirler. Plazma zarı veya hücre zarı hücrenin içi ile dışı arasında bir bariyer görevi görür. Ancak işlevleri bir bariyerden beklenin çok daha üstündedir. Öncelikle seçici geçirgendir. Büyük, küçük, katı, sıvı veya gaz halinde her türlü molekülün hücreye giriş ve çıkışını ihtiyaç doğrultusunda kontrol eder. Hücre zarının bir diğer özelliği esnek ve akışkan olmasıdır. Katı bir form hücre zarı için uygun değildir, yeteneklerini kısıtlar. Sahip olduğu dinamik yapısı sayesinde içerisinde yer alan moleküller zar düzleminde hareket ederek çeşitli görevleri yerine getirmek üzere organize olabilirler. Plazma zarı aynı zamanda hücrenin içinde bulunduğu ortamla ve diğer hücrelerle kurduğu iletişimin merkezidir. En etkili cevabın oluşması için bir sensör görevi görerek içeriden aldığı sinyalleri dışarıya, dışarıdan aldıklarını ise içeriye iletir. Bu kapsamlı algı gücü, seçici geçirgenliği, dinamik yapsı ve daha pek çok özelliği hücre zarı organizasyonunu incelemeyi heyecan verici hale getirir.[1,2]
Hücre zarı temelde 5 nm kalınlığında çift katlı bir lipid tabaka ve bu tabaka ile etkileşim halindeki proteinlerden oluşur. Çift katlı lipid tabakanın temel yapıtaşı fosfolipidlerdir. Amfipatik (hem hidrofilik hem de hidrofobik grup taşıyan molekül) yapıdaki fosfolipidler hidrofilik bir baş grubuna bağlı iki hidrofobik yağ asiti zincirinden oluşur. İkili lipid tabaka içerisindeki hidrofilik baş gruplar suyu sevdikleri için zarın hücre içine ve dışına bakan yüzeylerini oluştururken hidrofobik kuyruklar sudan kaçarak hücre zarının merkezinde yer alırlar. Tüm biyolojik zarların ortak ve eşsiz yapısını oluşturan çift katlı fosfolipid tabaka, iki sulu bölme arasındaki bariyer olarak zarın temel işlevinden sorumludur. Fosfolipid tabakanın bir diğer özelliği hücre zarına akışkan form kazandırmasıdır. Çoğu fosfolipidin yağ asiti kuyruğu bir veya daha fazla çift bağa sahiptir. Çift bağlar hidrokarbon zincirlerde kıvrımlar oluşturarak fosfolipidlerin sıkışık bir şekilde paketlenmesini önler ve hücre zarının esnekliğini artırır. Bu nedenle daha fazla doymamış yağ asiti içeren hücre zarları daha akışkandır. Yağ asidi zincirlerinin uzunluğu ise akışkanlığı belirleyen bir başka etkendir. Kısa yağ asitleri arasındaki etkileşimler uzun olanlara göre zayıf olduğu için kısa fosfolipid kuyruğu içeren hücre zarları daha akışkandır.[1,2]
Fosfolipidlerin yanısıra hücre zarının diğer lipid molekülleri glikolipidler ve kolesteroldür. Kolesterol plama zarında fosfolipidlerle yaklaşık olarak eşit molar kütleye sahiptir. Bu nedenle zarda bol miktarda bulunan önemli bir lipid türüdür. Her ikisi de polar yapıda olduğu için kolesterolün baş grubu fosfolipidlerin baş grubuna ilgi gösterir. Bu nedenle hücre zarında fosfolipidler arasında ve onların baş kısımlarına yakın bir yerde konumlanır. Rijit (sert) halkalı yapıya sahip olan kolesterol, fosfolipidlerin hareketlerini kısıtlayarak hücre zarının akışkanlığını azaltır. Hareketliliğin kısıtlanması çeşitli proteinlerin kümelenerek özelleşmiş görevlerini yerine getirmek üzere yapılanmasını sağlar.[3] İnceleyeceğimiz son hücre zarı lipidi olan glikolipidler ise membranın dış katmanında yer alırlar ve hücre dışına doğru uzanan karbohidrat zincirine sahiptirler. Glikolipidler çok hücreli organizmalarda hücreler arası iletişim sağlarlar. Hücresel süreçleri fiziksel iletişim halinde olduğu komşu hücrelere bildirmek için belirteç olarak rol oynarlar.[4]
Hücre zarı her ne kadar temelde çift katlı lipid tabakadan meydan gelse de bu tabaka içerisinde yer alan lipid ve proteinlerin toplam kütlesi yaklaşık olarak eşittir. Zar proteinleri temelde periferal ve integral membran proteinleri olmak üzere ikiye ayrılır. Periferal proteinler zar lipidleriyle doğrudan etkileşim halinde değildirler. Hücre zarına dolaylı olarak protein-protein etkileşimleriyle bağlıdırlar. Bu nedenle fosfolipid çift katmanını bozmayan yüksek tuz konsantrasyonlu çözeltilerle membrandan kolaylıkla ayrılabilirler. İntegral proteinler ise çift katlı zar içerisinde gömülüdürler ve tıpkı fosfolipidler gibi amfipatik özellik gösterirler. Bu nedenle deterjanlar gibi fosfolipid çift tabakasını, başka bir değişle hidrofobik etkileşimleri bozabilen reaktiflerle zardan ayrıştırılabilirler.[1,2] Lipidler zarların temel yapısal organizasyonunu sağlarken, zar proteinleri hücre zarının özelleşmiş işlevlerini yerine getirirler. Bu proteinlerden bazıları hücrenin dış sinyallere yanıt vermesine izin veren reseptörler olarak işlev görür, bazıları çok hücreli organizmaların hücreleri arasındaki etkileşimleri kontrol eder. Bazı zar proteinleri ise moleküllerin zar boyunca seçici olarak taşınmasından sorumludur. Bu görevi üstlenen taşıyıcı proteinler ve kanallar moleküllerin hidrofobik engellere takılmadan kolaylıkla hücre içine alınmasını ve hücre dışına salınmasını sağlamaktadırlar.[1,2,5]
Hücrenin yaşamsal faaliyetlerini sürdürmesi için büyük bir özenle işleyen bu kompleks, dinamik ve seçici yapı içerisindeki bilinmeyen yüzlerce molekül ve daha pek çok işlev keşfedileceği günü beklemektedir.
Referanslar
1. Cooper, G. (2019). The Cell: A Molecular Approach. New York: Sinauer Associates.
2. Alberts, B. (2008). Molecular Biology Of The Cell. New York, NY: Garland Science Taylor & Francis.
3. Giang, H. ve Schick, M. (2016). On the puzzling distribution of cholesterol in the plasma membrane. Chemistry and Physics of Lipids, 199, 35-38.
4. Malhotra, R. (2012). Membrane Glycolipids: Functional Heterogeneity: A Review. Biochemistry & Analytical Biochemistry, 1(2).
5. Nishida, N., Osawa, M., Takeuchi, K., Imai, S., Stampoulis, P., Kofuku, Y. ve Ueda, T. (2014). Functional dynamics of cell surface membrane proteins. J Magn Reson. Apr;241:86-96. doi: 10.1016/j.jmr.2013.11.007.