GOLGİ AYGITI

Golgi Aygıtı

Golgi Aygıtı

• Golgi aygıtı ilk kez İtalyan sitolog Camillo Golgi tarafından saptanmıştır.

• Golgi aygıtına, organel yapısının heterojen oluşu nedeniyle “Golgi kompleksi, Golgi elemanı, Golgi Aparatı” gibi isimler verilir.

• Büyüklüğü hücre tiplerine göre değişkenlik gösterir. Örneğin, sinir , plazma, salgı hücrelerinde büyük, kas ,epidermis lenfositler ve bazı tümör hücrelerinde küçüktür.

• Hücre içinde genellikle nukleusa yakın bulunur. • ER gibi zarla çevrili yassı keselerden oluşur. • Ribozom içermez ve bulunduğu yerde DER bulunur. • Golgi lipit mermbran ile kaplı 3-20 adet düz üstüste

yığılmış keseye benzer sisterna adı verilen yapılardan oluşur.

• Sayıları hücre tipine bağlı olarak bir kaç tane ile yüzlerce arasında değişir.

• Salgı hücrelerinde genellikle çok sayıda bulunur.

• Golgi özellikle hücrede moleküler trafik’in yönlendirilmesinden sorumludur. Neredeyse tüm molelüller varlıklarının bir döneminde Golgi aygıtından geçer. ER’nin ürünleri Golgi’de değişime uğratılır, depolanır ve daha sonra hücre içinde ulaşacakları bölgeye gönderilir.

• Hücre bölmelerine ulaşım vesiküller yoluyla olur. Proteinler vesikül üzerinde uygun reseptörleri ile bağlandığında vesikül membranla kaplanır ve hücre içinde taşınır.

• Bu vesiküller proteinlerin salgılanacağı bölge olan hücre membranına gönderilmesi için de kullanılır.

• Şeçici salgılama için kullanılan büyük salgı vesikülleri de bulunmaktadır.

• Golgi aygıtı çok “polar”dır. Bir uçtaki membran yapı bileşenleri ve kalınlık bakımından diğer uçtakinden farklıdır. Bu nedenle bir uç “alıcı” diğer uç “gönderici” rolü oynar. Alıcı bölüm ER ile yakın ilişkidedir(cis bölgesi). Gönderici bölge (trans bölgesi) ise hücrenin diğer bölmelerine yollancak materyali taşıyan vesiküllerin oluşumundan sorumludur

Golgi aygıtın İşlevleri

• 1) ER’den gelen protein ve lipitleri gerekli yerlere ulaştırmak

• 2) bazı protein ve glikoproteinlerin değişime uğratılması

• 3) değişime uğratılan bu proteinleri vesiküller içinde paketleyerek hücrenin diğer bölmelerine taşımak veya hücreden dışarı salgılamak

• Golgi aygıtı bölmelere ayrılmıştır. Fosforilasyon Cis bölgesinde oluşur. Diğer bölgelerde farklı tipte karbonhidratlar eklenir. Şekilde mannoz(man)’un uzaklaştırılması, galaktozun (gal) eklendiği Golgi bölgeleri gösterilmektedir. En son yönlendirme trans bölgesinde yapılır.

• Golgi aygıtı aynı zamanda belli bazı makromolekülleride kendisi üretir. Hücre tarafından salgılanan pek çok polisakkarit Golgi aygıtı ürünüdür. Örneğin hayvan hücrelerinin birarada kalmasını (yapışmasını) sağlayan yapışkan madde “hyaluronik asit”

• Golginin bu üretimi cis ve trans uçlar arasında farklı sisternalarda özel bir enzim grubu tarafından yapılır.

• Moleküllerin transferinde Golgi’de fosforlama yoluyla yapılan etiketleme de yardımcı olabilir.

• Ayrıca Golgi’den tomurcuklanan transport vesikülleri membranlarında özgün organellerin yüzeylerinde “liman bölgesi” tarafından tanınan eksternal moleküllere de sahip olabilirler

• Golgi aygıtının işlevsel farklılığının saptanmasında işlevlerin yapılmasından sorumlu olan enzimleri belirleyen özel tekniklerle elektron mikroskobu kullanılır. Cis bölgesi lipit içeren membranlar bakımından zengin olduğu için osmium tetroksit etiketleme ile boyanır. Orta bölgeler karbonhidrat veya diğer moleküllerin eklendiği enzimlerle ilişkili olarak etiketlenir. İç bölge veya Trans bölgesi genellikle lizozomal enzimleri içerir. Bu nedenle asit fosfataz için kuvvetli şekilde işaretlenir.

• Farklı Golgi sisternalarının nasıl düzenlendiğini ve farklılaştığını anlamak oldukça önemlidir. Bunu açıklamak için birkaç model olmakla beraber en tutulanı “Olgunlaşma Modeli” dir.

• Bu model ER’den oluşan yeni vesiküllerin cis Golgi ağına girdiğini ve cis bölgesi ile karışıp kaybolmak üzere hareket ederek kılıfla kaplandığını ileri sürer.

• Bu vesiküller Golgi aygıtı işlem proteinlerini taşır. Daha sonra işlem devam ederken orta sisterna, olgun ürünleri yüksek konsantrasyonda taşırken başlangıç için gerekli olan enzimleri cis bölgesine göre daha düşük konsantrasyonda taşır.

• Son olarak trans bölgesi, proteinlerin gerekli yerlere ulaşmasıyla ilgili özelleşmiştir. Örneğin lizozomal enzimlerin lizozoma ulaşması için gerekli olan reseptör proteinleri içermesi gibi

Sonuç olarak,

Golgi aygıtı salgılama, polisakkaritlerin sentezi (polisakkaritler Golgi aygıtından

ya doğrudan yada proteinlerle birleştirdikten sonra glikoprotein yapısında salınır),

Lizozomal enzimlerin olgunlaşdığı ve depolandığı yer olması nedeniyle primer lizozom yapımı, plazma zarının yapısına giren makromoleküller ve hücre yüzeyine karbonhidrat taşınmasından sorumludur.

LİZOZOMLAR

• Lizozomlar bütün ökaryotik hücrelerde bulunan sitoplazmik organellerdir.

• İlk kez 1950 yılında De Duve tarafından karaciğer hücrelerinden izole edilmiştir.

• İçerdikleri yüksek konsantrasyondaki asit fosfataz ve diğer hidrolitik enzimlerden dolayı LİZOZOM adı verilmiştir.

• Lizozomların esas olarak işlevi hücre içi veya hücre dışı kökenli molekül veya materyalleri hücre içinde sindirmesidir.

• Ortalama 0.4um çapında zarla çevrili küresel veya oval yapılardır.

• Hücredeki yerleri, sayıları ve büyüklükleri hücreden hücreye ve hatta aynı hücrede farklı evrelerde çeşitlilik gösterir.

• Lizozomların etrafı lipoprotein yapıda bir zarla çevrilidir.

• Bu zar lizozom içindeki enzimlerin hücredeki substratları ile birleşmesini dolayısıyla hücrenin sindirilmesini önler.

• Lizozom zarı lizozom içindeki enzimlere dayanıklıdır. Sindirim tamamıyla organel içinde olur.

• Eğer lizozom toksik maddelerle yaralanırsa veya lizozom zarı yırtılırsa ya da patolojik koşullarda lizozim enzimleri açığa çıkarsa hücre içi nötr pH olduğundan enzimler aktif olarak çalışamayacaktır.

• Lizozom zarının geçirgenliği hücrenin gereksinimine göre ayarlanır.

• Zarın asıl lipit bileşeni fosfoditilkolindir.

• Ek olarak lizozom zarı için özel olan bis fosfat (monoaçilgliserofosfat) bileşeni bulunmaktadır.

• Hücre zarına büyük ölçüde benzemekle beraber lipit kompozisyonları birbirinden farklıdır.

• En az 16 farklı protein içeren lizozom zarında genellikle kısa glikoproteinler bulunur.

• Bu proteinlerin işlevi henüz bilinmemekle beraber zarda yer alan asit hidrolazların, proton pompalarının özel permeazların diğer hücre içi ve organel yapıları tanıyan proteinler şeklinde görevleri olduğu söylenebilir.

• Lizozomun içini glukoprotein yapıda matriks doldurur. Lizozom enzimlerinin çoğu asit ortamda etkilidir. Bu asit oluşumu lizozom membranına bağlı ATPaz aktivitesinde H+ pompası sayesinde içeri H+ alınmasıyla sağlanır. Son bilgilere göre 50 civarında asit hidrolaz lizozom içinde yer almaktadır. Lizozomal enizimler olarak asit fosfataz, asit ribonukleaz, asit deoksiribonukleaz, hyaluronidaz, glukoronidaz, kollegenaz, proteinaz, lizozim gibi örnekler sayılabilir

Lizozomal hidrolazlar tarafından makromoleküllerin sindirilme ürünleri;• amino asitler, monosakkaritler, yağ asitleri,

kolesterol, nukleozitler ve inorganik fosfattır. • Bu bileşenler nisbeten hidrofilik özellikte olduğundan

organel zarını kolay geçemezler. • Zarda yer alan 3 permeazın amino asitlerin lizozom

dışına çıkarılışından sorumlu olduğu gösterilmiştir

LİZOZOM OLUŞUMU VE İŞLEVLERİ

• Lizozomlar Golgi aygıtından oluşurlar.

LİZOZOM OLUŞUMU VE İŞLEVLERİ

• Hücrelerde primer ve sekonder lizozomlar olmak üzere iki tip lizozom bulunur.

• Primer lizozomlar ilk oluşan ince yapılı organellerdir. • Fagositoz yoluyla hücre içine alınan yabancı

maddeler zarla çevrilerek fagozomları oluşturur. • Fagozomlar içindeki materyali parçalamak üzere

fagozomlarla birleşen lizozomlar, içleri enzimlerin dışında yabancı maddeyi de içerdiğinden sekonder lizozomlar olarak adlandırılır

Lizozomun mitokondriyi sindirmesi

Lizozomların genel işlevleri• Hücre içi sindirim yoluyla beslenme (lizozom içinde yapılan sindirim sonucunda oluşan küçük

metabolitler hücre içine geçip metabolik olaylar için kulllanılır)• Uygun olmayan koşullarda otofaji yoluyla beslenme• Hücre farklılaşması veya metamorfoz sırasında organallerin ortadan kaldırılması• İşlevini kaybetmiş, yaşlanmış hücre kısımları ve bozulmuş proteinlerin sindirimi• Yaşlanan eritrositlerin ve ölü hücrelerin yok edilmesi• Makrofajlar yoluyla vücuda giren bakteri ve viruslarla savaş• Embriyonik gelişme sırasında parmaklar arasındaki deri tabakasının

sindirimesi, yumurta sarısı sindirimi• Kemik erimesi• Böbrek ve idrar kessesinden geri emilim•• İnsanlarda döllenme sırasında sperm hücresinin başında akrozom adı verilen bir

lizozomal materyal içeren paketin içindeki enzimler sperm yumurtayla ilişkiye geçtiği zaman açığa çıkar ve yumurtanın membranında spermin içeri girmesi için bir delik açarlar

Lizozomal hastalıklar• Lizozoma ait depolama hastalıkları olarak adlandırılan çeşitli kalıtsal

hastalıklar lizozom metabolizmasını etkiler.• Lizozom diğer hücresel işlevlerle ilişkili olacak olan sindirilmemiş

maddelerle dolar.– Örneğin Pombe’s hastalığı karaciğerin lizozomunda polisakkaritin

parçalanması için gerekli olan bir enzimin eksikliğinden dolayı glikojenin birikmesi nedeniyle karaciğerin zarar görmesi sonucu olur.

– Tay-Sachs hastalığında lipit parçalayan enzimin olmaması veya inaktif olması sonucunda beyin hücrelerinde lipit birikir ve hücreleri bozulmaya başlar.

– Depo hastalıklarının görülme sıklığı populasyonda genellikle düşüktür.– Kayıp enzimi lizozomla birleşecek hücre tarafından içine alınabilmesi için

adaptör moleküle bağlayarak kana vermek suretiyle tedavi etmek mümkün olabilir.

– Gelecekte kayıp enzimin DNA’sını (genini) uygun hücreye doğrudan sokarak da tedaviyi gerçekleştirmek mümkün olabilecektir.

VAKUOL

Vakuol

• Vakuoller ve vesiküller hücre içinde membranla çevrili keselerdir

• Vakuoller vesiküllerden daha büyüktür ve çeşitli işlevlere sahiptir. – Fagositoz ile oluşan besin

vakuolleri

Bitki hücrelerinin kendi endomembran sistemlerinin bir parçası olan ve tonoplast adı verilen bir membranla çevrili merkezi vakuol

• Pek çok tatlı su protistinin sahip olduğu fazla suyun hücre dışına atılmasını sağlayan kontraktil vakuol

Vakuol• Bitki vakuolleri özellikle tohumlardaki depo hücrelerinde organik moleküllerin

depolandığı özelleşmiş vakuollerdir.• Bu vakuoller aynı zamnada potasyum be klor gibi inorganik iyonlarında depolandığı

bölmedir• Pek çok bitki hücresi vakuollerini, metabolik faaliyetleri sonucunda oluşan yan

ürünlerini sitosolde birikerek hücreye zarar vermemesi için depolayarak bir atık deposu gibi kullanır.

• Bazı vakuoller çiçek rengini veren örneğin kırmızı ve mavi pigmentleri içerir. • Vakuoller ayrıca bitkileri otçul hayvanlardan korumak için zehirli veya hayvanların

yemesi için uygun olmayan moleküller içerirler.

• Vakuoller ER ve Golgi’den türevlenen vesiküllerin boyutlarının artmasıyla oluşurlar. Bu nedenle Endomembran Sistemin bir parçasıdırlar.

PEROKSİZOM

• Peroksizomlar ilk kez 1954 yılında İsveçli doktora öğrencisi J. Rodin tarafından tezi ile ilgili çalışmaları sırasında fare böbrek tubülleri epitel hücreleri sitoplazmasında saptandı. Lizozomlara benzeyen “Microbodies” olarak da adlandırılan basit, tek zarla çevrili olan bu organellerin fonksiyonları yaklaşık on yıl sonra Dr. C. De Duve tarafından belirlendi.

• Yuvarlak veya oval şekilli ve çapları yaklaşık 0.3-15 um olan bu organellerin sayıları hücre içinde farklılık göstermektedir

• Peroksizomlar hücre fraksiyon çalışmaları sırasında santrifüfasyon sonrası mitokondri ve lizozomlarla birlikte çöktürüldü. Fakat daha sonra özel bir ayırma santrifüj tekniği ile diğer organellerden, oldukça yoğun olan içerikleri ile ayrıldı. Bu fraksiyonun özelliği H2O2 üreten enzimler (bu enzimlerin arasında yağ asidi parçalayan enzimler de bulunmaktadır) ve organele adının da verilmesini sağlayan H2O2 i parçalayan katalaz enziminin varlığıdır

• Peroksizomlar mitokondriden sonra oksijen kullanımının en fazla olduğu organeldir.

• Bir hipoteze göre peroksizomlar ökaryotların atasal ilkel hücrelerinde bütün oksijen metabolizmasını gerçekleştiren fakat günümüzde işlevlerini çoğunu yitirmiş bir organeldir.

• Peroksizomlar hücre içinde biriken ve toksik etki gösteren oksijeni kullanarak faydalı oksidatif reaksiyonları gerçekleştirerek oksijen konsantrasyonunu azaltırlar.

• Bu görüşe göre ATP oluşumuyla ilgili olan oksidatif fosforilasyon reaksiyonları daha sonra gelişen mitokondrilere aktarılmıştır.

• Bugün peroksizomlar hala bazı oksidatif reaksiyonları gerçekleştirmektedir

• Peroksizomlar organik bileşiklerden hidrojen almak için moleküler oksijeni kullanan (oksidasyon) ve bunun sonucunda H2O2 oluşturan bir ya da birden çok enzim taşırlar. Bu enzimlerden en önemlileri amino asit oksidaz ve ürat oksidazdır

• RH2 + O2 R + H2O2 (organik bileşik R ile gösterilmiştir)

• Metabolizma sırasında glukozun, glukoz oksidaz tarafından glukoronik asite oksitlenmesi sırasında oluşan hidrojen peroksit katalaz tarafından kullanılarak fenol, formik asit, formaldehit gibi organik bileşiklerine oksitlenir.

H2O2 + RH2 R + 2H2O Katalaz

• Hücrede H2O2 konsantrasyonu artarsa ki hücre için toksik etki oluşur, bu durumda katalaz enzimi ile su ve oksijene parçalanır.

Katalaz• 2H2O2 2H2O + ½ O2

• Enzim içerikleri hücre tipine göre değişkenlik gösterir. • Temel enzimler D-amino oksidaz, ürat oksidaz ve

katalazdır. Peroksizom proteinlerinin toplamının %40 ını katalaz oluşturur.

• Ayrıca değişen koşullara da kolayca, farkedilir şekilde uyum sağlayabilirler. Örneğin şeker üzerinde üreyen maya hücrelerinin peroksizomları daha küçükken, metanolde üreyen hücrelerde metanolü okside etmek amacıyla daha büyük peroksizomlar vardır.

Peroksizomların biyogenezi

• Peroksizomların önceleri DER den oluştuğuna inanılırdı.

• Günümüzde peroksizomların kendi kendine biraraya gelme şeklinde (“self assembly”) meydana geldiği ileri sürülmektedir.

• Peroksizomların membranları ER tarafından sağlanır. Bu işlem ER de sentezlenen birkaç tane peroksizom proteini tarafından yönlendirilir

• Peroksizomun membranını ve matriksini meydana getiren proteinler nukleustaki DNA bulunan genetik bilgiye göre (peroksizomların kendi DNA ları olmadığı için) serbest ribozomlar tarafından sentezlenir.

• Yarı otonom organeller olarak tanımlanan peroksizomların bölünerek çoğaldığı ve sitoplazmada sentezlenen peroksizoma ait proteinlerin bölünme sırasında organel içine alındığı ileri sürülmektedir.

• Ömürleri sadece bir kaç gündür. Bu nedenle hızlı bir şekilde yerine konması gerekir. Peroksizomların çoğalma sürecine “Peroksizom biyogenezi” denir

Peroksizom biyogenezi • Sentezi tamamlanan proteinler sitosolde serbest olarak

bulunur ve sitosolde daha önce var olan peroksizom içine taşınır.

• Yeni ürünlerle doldurulan peroksizomlar ya bölünerek veya retikulumdan tomurcuklanarak oluşurlar.

• Peroksizoma ait çeşitli proteinler peroksizom membrana yerleşerek veya membranı geçerek matrikse yerleşirler. Bu yerleşimi belirleyen işaret ise peroksizoma ait sinyal dizilerdir.

Peroksizomların ER’den tomurcuklanarak oluştuğu düşünülen model

Peroksizomların Fonksiyonları

• Hücreye giren toksik moleküllerin yıkımını yaparak uzaklaştırmakdır. Özellikle Karaciğer hücrelerinde peroksizomların temel görevi toksik etkiyi ortadan kaldırmaktır. Örneğin içilen alkolün yarısı oksidasyonla asit aldehite dönüştürülür.

• Kan yoluyla gelen pek çok toksik molekül bu şekilde detoksifiye edilir.

Peroksizomların Fonksiyonları

• Yağ asiti moleküllerinin yıkımıyla (β-oksidasyon) asetil –CoA oluşumunu sağlamaktır. (Bu molekül yeniden biyosentez reaksiyonlarında kullanılmak üzere peroksizomdan sitosole taşınır. Memeli hücrelerinde β-oksidasyon hem mitokondri hem de peroksizomlarda gerçekleşir, ancak maya ve bitki hücrelerinde bu temel reaksiyon sadece peroksizomlarda yapılır).

Peroksizomların Fonksiyonları• Gümümüzde 50’den fazla biyokimyasal reaksiyonun tamamının veya bir

kısmının peroksizomlar içinde gerçeklestiği bilinmektedir. • Bu işlemlerin bazılar anabolik safra asidi, kolesterol plasmolojenler gibi hücre

için temel olan bileşiklerin sentezini kapsar. • Bazı süreçler ise kataboliktir, belli yağ asitlerinin özellikle uzun zincirli olanların

ve prostaglandinlerin yıkımını kapsar.• Bu süreçlerin çoğu peroksizom ve diğer organeller arasında etkileşimlerin

koordine bir şekilde olmasını gerektirir. Her bir metabolik aşama bir öncekinin başarılı bir şekilde tamamlanmasına bağlıdır. Örneğin plasmolojenlerin sentezindeki son aşama ER de gerçekleşir. Fakat süreç peroksizomlarda sentezlenen öncül maddeye bağlıdır

Peroksizomların Fonksiyonları

• Bitkilerde ise peroksizomların çok önemli rolleri vardır.

• İki farklı tip üzerinde kapsamlı çalışmalar yapılmıştır. • Birincisi, yapraklarda bulunan ve burada

karbonhidratlardaki CO2 fiksasyonu sırasında oluşan yan ürünlerin oksidasyonunu katalizleyen peroksizom. Bu olaya fotosolunum (“photorespiration”) denir. Oksijen kullanımı sonucu CO2 çıkar.

Peroksizomların Fonksiyonları

• Diğer tip peroksizom ise, çimlenen tohumlarda görülür ve tohumlarda depolanan yağ asitlerini genç bitkinin büyümesi için gerekli olan şekerlere dönüştürmek gibi önemli ve temel görevi vardır.

• Yağların bu şekilde şekerlere dönüşümü glioksilat çevrimi olarak bilinen bir seri reaksiyonla gerçekleştirildiği için, bu tip peroksizomlara glioksizom denir

Peroksizomların Fonksiyonları

• Peroksizomların diğer bir işlevi miyelin kılıfta en fazla bulunan fosfolipit olan plazmalojen oluşumunun ilk basamağını katalizlemektir.

• Bunun yapımındaki bir kusur sonucu nöronlarda miyelin kılıf oluşmaz. Bu nedenle çoğu peroksizomal kusur nörolojik hastalıklara yol açmaktadır