Dönem 1 Hücre Bilimleri 2 Hücre İskeleti ve Hücreler arası Bağlantılar

Transkript

1 Dönem 1 Hücre Bilimleri 2 Hücre İskeleti ve Hücreler arası Bağlantılar Hücrenin apikal (üst) ve bazal (alt) yüzeylerinde, bazı yapısal değişiklikler meydana gelmiştir. Hücre zarı ve bunun altında yer alan sitoplazma, bu değişikliklere katkıda bulunur. Böylece ; A. madde alış verişi gerçekleşir, B. hücre hareket kabiliyeti kazanır C. hücrelerin birbirlerine bağlanması sağlanmış olur. Hücre yüzeylerinde, madde alış verişini sağlayan bazı özel yapılar ve değişimler mevcuttur. Bunlar mikrovillus, endositoz ve ekzositozdur. Hücreye hareketlilik kazandıran diğer zar değişimleri arasında ise, psödopodiyum (yalancı ayaklar), silya veya kinosilyum (titrek tüy) ve flagellum (kamçı) vardır. Ayrıca, hücrelerin birbirine bağlanmasında görev yapan hücre zarı değişiklikleri de şu şekilde sıralanabilir: Zonula okludens (sıkı bağlantı), zonula adherens, makula adherens, hemidesmozom, gap junction(oluklu bağlantı) ve lateral (yan) uzantılar. Mikrovilluslar: Mikrovilluslara, hücrelerin bir boşluğu sınırlandıran serbest yüzlerinde rastlanır. Bu oluşumlar, bir miktar sitoplazmayla birlikte hücre zarının dışa doğru parmak şeklinde çıkıntılaşması sonucunda oluşurlar. Boyları bir mikrondan daha az olup, genişlikleri 0.08 mikrondur. Mikrovilluslar, barsak örtü epiteli ve böbrek proksimal tubül epitel hücreleri gibi bazı hücre yüzeylerinde bol miktarda bulunur ve çizgili kenar olarak adlandırılan bu yapılarda, uzunlamasına ve birbirlerine paralel şekilde yerleşmişlerdir ve aynı hizadadırlar. Fırçamsı kenar olarak bilinen böbrek proksimal tubül hücrelerinde ise, farklı boydadırlar. Diğer taraftan, bez epitel hücrelerinin lümene bakan yüzeylerinde az sayıda bulunurlar ve kısa boyludurlar. Hücre yüzeyini genişletme işlevleri vardır. Böylece, kısa süre içerisinde çok miktarda maddenin pasif veya aktif şekilde taşınmasını sağlarlar. Mikrovillusların içinde, sayıları arasında değişen paralel seyirli aktin filamanları vardır. Bunlar, merdiven basamakları biçiminde ve eşit aralıklarla yerleşmiş fimbrin protein molekülleri ile birbirlerine bağlanırlar ve bir demet oluştururlar.

2 Bu demet, sitoplazmanın hücre yüzeyine yakın kısımlarında yerleşik olan ve terminal web (son ağ) diye isimlendirilen bölgeye tutunur. Her bir mikrovillus, villinle çapraz olarak bağlanmıştır ve uç noktasından şekilsiz bir bölgeye tutunmuştur. Aktin filamentleri, epitel hücrelerinin apikal sitoplazmasında bulunan aktin ve spektrin moleküllerinden ve ara filament kompleksinden oluşan terminal ağın içine gömülmüş durumdadırlar. Bazal İnvajinasyonlar (Katlantı-Girinti): Böbrek tubüllerinde olduğu gibi, lümenle bunun etrafındaki kapiller arasında fazla miktarda suyun ve mineral maddelerin taşınmasını ve geçişini sağlayan borucukların duvarlarındaki epitel hücrelerinde bulunurlar Silya (Silyum): Bunlar, hücrelerin lümene bakan apikal yüzlerinden dışa doğru yaptıkları kıla benzer uzantılardır ve mikrovilluslardan daha kalın (0.2 mikron) ve daha uzundur (5 10 mikron). Bulundukları yerler arasında solunum sisteminin siliyalı epiteli, uterin tüpler, uterus ve iç kulaktaki vestibüler kanaldaki hücreler vardır. EM de bakıldığı zaman, aksonem adı verilen düzgün biçimde sıralanmış mikrotübülüs komplekslerini içerdikleri görülür. Aksonem, (9 + 2) düzeniyle sıralanmıştır ve sabit sayıdaki uzunlamasına mikrotubuluslardan oluşmuştur. Merkezde yerleşik olan iki mikrotübülüs tektir ve bunlar birbirlerinden ayrı olup, her biri enine kesitte 13 tane protofilamentten oluşmuş çembersel bir profil sergiler. Merkezde yerleşik mikrotübülüslerin etrafında, 9 mikrotübülüs çifti daha bulunur. Çevredeki 9 çiftin her biri, iki alt birimden oluşur: Enine kesitte A alt birimi, çembersel yapı sergileyen 13 protofilamentten oluşmuş bir mikrotübülüstür. B alt birimi ise, 10 protofilamente sahiptir ve enine kesitte tam olmayan çembersel bir profil sergiler ve A alt birimiyle üç protofilamenti paylaşır. Aksonemde, çok sayıda elastik protein kompleksi bulunur. Yapısında dınein proteini bulunur.dinein ATPaz, ATP yi hidrolize eder ve silyumun eğilmesi için gerekli enerjiyi sağlar. Siliyanın hareketi, dinein kollarının geçici olarak bitişik çiftlerin protofilamentleri üzerindeki özgün noktalara tutunması ve onları silyumun tepesine doğru kaydırmasıyla başlatılır. Bitişik çiftler arasında uzanan elastik bir protein olan neksin, bu hareketi belli bir oranda kısıtlar ve kayma hareketini eğilme hareketine dönüştürür. Enerji gerektiren bir süreç olan silyumun eğilmesi esnasında, elastik kompleks gerilir. Dinein kolları, B alt birimi üzerindeki tutunuşlarını bırakınca, elastik protein kompleksi başlangıçtaki uzunluğuna geri dönerek, silyumu düz konuma getirir ve silyumun tepe noktasındaki maddenin hareketini sağlar. Sonuçta, silyaların eğilmesi dineinin B alt birimi üzerinde kaymasıyla sağlanırken, dikleşme hareketi, bazal cisimicikler tarafından yerine getirilir.

3 Bazal Cisimcik: Aksonem içindeki lik mikrotübülüs düzeni, bunların bazal cisimciğe bağlanmış olduğu taban bölümü dışında, silyum uzunluğunun büyük bölümünde sürer. Bazal cisimciğin yapısı, 9 üçlüden oluşması ve tekli içermemesi yönüyle bir sentriyolunkine benzer. Sentriyol ve Sentrozom: Sentriyoller ışık mikroskobunda bir çift çubuk benzeri sitoplazmik silindir şeklinde görülür ve üçlü mikrotübüllerden oluşmuştur. İstirahat halindeki hücrelerde, sentriyoller birbirine dik açılı bir yerleşim gösterir. Genelde çekirdeğe yakındırlar ve sıklıkla Golgi kompleksiyle ve şekilsiz, sıkı perisentriyolar maddeyle çevrilidirler. Sentriyolleri içeren bu bölgeye ve perisentriyolar maddeye, mikrotübül organize edici merkez (MTOC) veya sentrozom adı verilir. MTOC, mikrotübüllerin sayı, polarite, yön, konum ve yerleşimini belirler. MTOC gelişimi, sentriyollerin varlığına doğrudan bağlıdır. Sentriyoller kaybolduğunda, MTOC kaybolur ve mikrotübül oluşumu ciddi biçimde bozulur. Yıldız şeklindeki sitoplazmik mikrotübüller, MTOC un içerdiği γ tubulin halkalarından astral (ışınsal) konumda çıkarlar Sentriyolun İşlevi: - Silya ve flagellum için gerekli olan bazal cisimciği sağlar - Bazal cisimcikler çoklu prosentriyolleri, sentriyollerin bölünmesiyle ortaya çıkarırlar. - Her prosentriyol, hücre yüzeyine göç ederek bazal cisimciği oluşturur. - Mikrotübüller, bazal cisimcikten dışarı doğru hücre zarını iter ve olgun silyumun şekillenmesini sağlar. Sterosilya: İnsan vücudunda, duktus epididimisde ve iç kulakta (kohleanın duyu kıl hücreleri üzerinde) bulunan uzun ve hareketsiz uzantılardır. Silyumlardan farklı olarak, içerdikleri aktin filament özü dolayısıyla, olağan dışı sertliğe sahiptirler. Sterosilyalar, epididimiste yüzey alanını artırırlar ve testiküler sıvının emilmesini ve patolojik spermlerin fagosite edilmesini sağlarlar. İç kulağın kıl hücrelerinde ise, sinyal oluşturmada görev alırlar. Hücre Zarları Arasındaki Bağlantılar: Zarla ilişkili çeşitli yapılar, hücrelerin bir araya gelmesini sağlar ve hücreler arasındaki tutunmaya ve iletişime katkıda bulunur. Hücreler arası yapışma özelliği, daha ziyade deri gibi çekme kuvvetine ve basınca maruz kalan epitel dokularında belirgindir. Bu durum da, kısmen

4 plazma zarının zar proteinlerinden olan glikoproteinlerin bağlayıcı özelliğinden ve az miktardaki hücreler arası proteoglikanların varlığından ileri gelir. Epitel hücrelerinin yan kısımları, hücreler arası bağlantı birimlerini oluşturur. Hücreler arası bağlantılar, çoğu kez hücrenin en üst kısmından tabanına doğru belirli bir düzen içinde yerleşim gösterir. Bu düzene göre en üstte zonula okludens, bunun hemen altında zonula adherens ve en alt kısımda da desmozom bulunur. Hücreler arası bağlantı birimleri, aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir : - Geçirgen Olmayan Bağlantılar * Zonula Okludens (Sıkı Bağlantı) - Tutturucu Bağlantılar * Zonula Adherens * Hemidesmozom * Desmozom - İletişim Sağlayan Bağlantılar * Gap Junction (Oluklu Bağlantı) Zonula Okludens (Sıkı Bağlantı): Hücreler arası bağlantıların en üst yerleşimli olanıdır. Zonula terimi bağlantının bir band şeklinde hücreyi tamamen sardığını ifade ederken, okludens terimi ise zarların hücreler arası alanı kapatacak şekilde birbiriyle kaynaşmış olduğunu belirtir. Elektron mikroskobunda, beş tabakalı bir yapı şeklinde gözlenir. Bu yapı, komşu hücrelerin plazmalemmalarının dış yapraklarının birleşmesi sonucunda ortaya çıkar. Komşu birim zarların birbirine bitişik dış yapraklarının kaynaşmış olduğu görülür. Dış yaprakçıklar, mikrometrelik bir aralıkla birçok kez kaynaşır, ayrılır ve yine kaynaşır. İki zarın kaynaşma noktalarında birleşme proteinlerinden oluşan ince lifçiklerle birbirlerine bağlanması, hücreler arası boşluğu kapatan bir mühür oluşturur Kladin ve okludin ler, iki zarı birbirine bağlayan zar geçiş bağlantı proteinleridir. Bunların her ikisi de sıkı bağlantı oluşumuna katılır fakat, kladinler burada daha etkin bir rol oynar. Sıkı bağlantının iki işlevi vardır: (1) Zar proteinlerinin, apikalden bazolateral bölüme doğru hareketini ve (2) suda çözünen moleküllerin hücrelerin arasından geçişini önler. Zonula Adherens: Zonula adherens, epitel hücreleri arasındaki yan bağlantıları temin eder. Epitel yüzeylerinin bütünlüğü, büyük oranda buradaki hücrelerin kendi arasındaki yan yüz bağlantılarına dayanmaktadır. Zonula okludens komşu hücre zarları arasındaki birleşmelere katılmasına rağmen, bunun dış kaynaklı mekanik gerilime karşı olan dayanıklılığı oldukça sınırlıdır. Bu bölgenin takviye edilmesi, zonula okludensin altında daha kuvvetli yapıya sahip bir başka yapıyı daha gerektirir. Zonula okludense benzeyen bu yan yüz bağlantısı, hücrenin etrafını saran bir kuşak şeklindedir ve dolayısıyla, bu yapıya zonula adherens (yapıştırıcı

5 bölge) denmektedir. Zonula adherensin yapısında, bir zar geçiş (transmembran) adezyon molekülü olan E kadherin mevcuttur. Adheren (tutturucu, yapıştırıcı) bağlantılar epitel hücrelerinde, fibroblastlarda, kalp kası hücrelerindeki interkalar disklerde ve düz kas hücrelerinin arasında bulunur. Maküla Adherens (Desmozom): Maküla adherens, epitel hücrelerinin arasında nokta şeklinde tutunma bölgeleri temin eder. Bu yapı, özellikle mikrodiseksiyon çalışmalarında da ortaya konulduğu üzere, hücreler arasında oldukça kuvvetli ve çapa tarzında (anchoring) bağlantılar sağlar. Bu bağlantılar, hücrelerin yan yüzlerinde yerleşiktir. Maküla adherens, ilk defa epitel hücrelerinde tanımlanmıştır ve bu oluşuma desmozom (desmo bağ, soma gövde) denmiştir. ismi, sıklıkla maküla adherensle değişimli olarak kullanılmaktadır. Epidermis hücrelerinde, maküla adherens mevcut olan tek tutunma oluşumudur. Diğer epitel hücrelerinde ve özellikle de kübik veya silindirik hücrelerde ise, maküla adherensin yanı sıra zonula adherens de bulunmaktadır. Maküla adherens, hücrelerin yan yüzlerinde küçük birimler teşkil eder. Hemidesmozom: Hücrenin taban kısmını bazal laminaya bağlar. Desmoplakin ve beraberinde diğer proteinlerden oluşan tutturucu plak, plazma zarının sitoplazmik yüzeyinde bulunur. Keratin filamentleri, bu plakların içerisine girdikten sonra keskin bir dönüş yaparak çıkar. Transmembran bağlayıcı proteinlerin sitoplazmik kısmı, plağa bağlanır. İntegrinler, hemidesmozomların transmembran bağlayıcı proteinleridir. Gap Junction (Nexus, Oluklu Bağlantı): Oluklu bağlantı disk şeklinde bir yapı olup, en iyi şekilde freeze-fracture (dondurup-kırma) ve transvers enine kesitlerde ve EM de gözlenir. Hücreler arası mesafesi 2 nm genişliğinde olan ve bir zardan diğerine dairesel şekilli yollar halinde düzenlenen konneksonlar bulunur. Herbir konnekson, konneksin adı verilen altı adet çok geçişli trasmembran proteinlerinden oluşmuştur ve bunların merkezinde, 1.5 nm çapında sulu por vardır Komşu hücre membranlarındaki konneksonlar, iki hücre arasında hidrofilik kanal oluşturacak şekilde aynı düzeyde yer alırlar. Oluklu bağlantılar, hücreler arası iletişim ve koordinasyonda önemlidir ve 800 daltondan daha küçük olan moleküllerin geçişine müsaade eder. Dokuların çoğunda bu

6 tip bağlantılar bulunur. Düz kaslardaki ve kalp kasındaki oluklu bağlantılar, genellikle neksus olarak adlandırılır. Bazal Membran (Zar): Sıvı salgısı ve emili yapan epitel hücrelerinin bazal plazma zarları, hücre zarından içeriye doğru girinti ve katlantılar gönderir. Bu paralel katlantıların üzerinde, bol miktarda mitokondriyon yerleşmiştir. Çünkü, bu bölgelerde fazlaca enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Epitel hücreleri, bazal membranın üzerine oturmuştur. Bu membran, ışık mikroskopunda gümüşleme, PAS boyası veya rezorsin fuksin ile rahatlıkla gözlenebilir ve EM de iki bileşen halinde tanımlanır: (1) Epitel hücrelerinin üstüne yerleştiği bazal lamina ve (2) BL nin altında yerleşen retiküler lamina. Bazal lamina, lamina lusida ve lamina densa olmak üzere iki tabakadan oluşur. Lamina lusida nın yapısında, başlıca laminin ve entaktin glikoproteinleri ile epitel hücre zarından bazal laminanın içine doğru çıkıntı yapan integrinler vardır. Lamina densa ise, lamina lusida ya ve lamina retikülarise bakan yüzlerinde perlekan adı verilen, proteoglikanla kaplı olan ve Tip IV kollajenden oluşan bir örgü içerir. Ayrıca, lamina densanın lamina retikülarise bakan yüzünde fibronektin de yer almıştır. Retiküler lamina, fibroblastlarca oluşturulur ve bunun içinde, tip I ve tip III kollajen vardır. Bazal lamina, moleküller için bir filtre gibi çalışır ve epitel hücreleri için sağlam bir temel teşkil eder. Filtre işlevi, heparan sülfat bileşenlerinin negatif yüklerine bağlıdır. Epitel dokusu damarsız olduğundan, beslenmesini bazal membrandan sağlar. Bazal membranın hemen altındaysa, bağ dokusu bulunur. Burası, damar yönünden zengindir. Gerekli besin maddeleri, epitel dokusuna diffüzyon yoluyla ve bazal membran aracılığıyla ulaşır. Ayrıca, hasarlanmış kas-sinir kavşaklarının yeniden yapılanmasında bazal membranın önemli işlevleri vardır. Dolayısıyla bazal lamina, motor sinirlerin yenilenmesi esnasında ve kas sinir kavşakları nın yeniden kurulmasında hücrelerin göçünü yönlendirmektedir. Fasiya Adherens: Zonula adherense benzer fakat, hücreyi tamamen sarmaz. Bu oluşum, hücreyi kuşak yerine kurdela tarzında ve kısmen sarar. Epitel yapısında olmayan dokulara desteklik sağlar ve sağlamlık kazandırır. Kalp kası hücreleri, birbirlerine fasiya adherens yoluyla tutunurlar. Sarkomer uçlarında, aktin filamentleri için bağlayıcı (tutturucu) kenar olarak işlev görür. Bunlar, temelde yarı-z bandlarını temsil ederler. Bu hücrelerin arasında bulunan diskus interkalarislerde makula adherens, gap junction ve fasiya adherens bulunur. Makula adherens, kalp kası hücrelerini bağlar ve devamlı kasılma işlevinde çekilmeyi ve ayrılmayı engeller. Gap junction, bitişik hücreler arasındaki iyon devamlılığını sağlar. Diskus interkalarisler, ışık

7 mikroskobunda demirli hematoksilen ile boyanan kalp kası hücrelerinin uzunlamasına kesitlerinde çok net seçilir. Hücre İskeleti Ökaryotik hücrelerin çoğunda, üç çeşit hücre iskelet filamenti vardır ve bunlar, hücrelerin uzaysal organizasyonunda önemlidirler. Ara filamentler, hücreye mekanik destek sağlar ve yükün dağılmasına yardım eder. Mikrotübüller, etrafı zarla çevrili organellerin sitoplazmadaki konumlarının belirlenmesinde ve sabitlenmesinde görevlidir. Aktin filamentleri, hücre yüzeyinin şeklinin belirlenmesinde ve hücre hareketinde rol alır. Bu yapılar hücre içinde düzgün seyirli veya ağ şeklinde bir çatı oluşturduklarında, sitoskeleton (hücre iskeleti) diye adlandırılırlar. Bu yapıya dördüncü bileşen olarak mikrotübül ağı ilave edilmiştir. Hücre iskeleti, mitozda kromozomları çeker ve sonra bölünen hücreleri ikiye ayırır. Aynı zamanda, hücre içi organellerin ve parçacıkların bir taraftan diğer tarafa taşınmasına yardımcı olur. Yırtılmaya hassas hücre zarına mekanik desteklik sağlar. Sperm gibi hücrelerde yüzmeyi, fibroblast ve beyaz kan hücreleri gibi diğer hücrelerin ise yüzeyler boyunca tutunarak hareket etmesini sağlar. Kasların kasılmasını sağlayan mekanizmanın yanı sıra, nöronlardan akson ve dendritlerin uzanımı için gerekli destek yapılarını oluştururlar. Bütün bu filamentlerin işlevlerini etkin bir şekilde yerine getirebilmesi, bunları hücredeki diğer yapılara bağlayan yardımcı ilave proteinlere bağlıdır. Bu proteinler, hücre iskeletinin yapısındaki filamentlerin belli yerlerde toplanması için gereklidir. Mikrotübüller, hücre bölünmesi esnasında iki kutuplu mitotik iğciklerin oluşturulması için kendilerini hızlı bir şekilde yeniden sıralayabilirler ve mekik ipliklerini oluştururlar. Hücre bölünmesi esnasında kromozomların kutuplara doğru çekilmesi, mikrotubuluslarca oluşturulan mekik ipliklerince (mitoz mekiğince) sağlanır. Mitoz mekiğinin çatısını oluşturan ve uçları ekvatoryal bölgede birbiri üzerine binik mikrotubuluslara, kutupsal (polar veya interpolar) mikrotubulus denir. Burada karşılıklı olarak iki taraftan gelen mikrotubuluslar, bağlanma yerlerinde birbirleri üzerinde kayarak sentriyolleri kutuplara doğru iterler. İkinci bir mikrotubulus ise, kromozomların mekiğin ekvatoryal bölgesinde toplandığı metafaz başlangıcında, sentriyollerden merkeze doğru uzanıp kromozomlara bağlanır. Kromozomlara bağlanan bu mikrotubuluslara, kinetokor (kromozomal) mikrotubuluslar denir ve bağlanma, sentriyollerde bulunan ve kinetokor denilen bölgelerde gerçekleşir. Ayrıca, silya ve flajella denilen hareketli hücre yüzey çıkıntılarının meydana gelmesinde de görev alırlar. Siliyanın ve flajellanın hareketi, nöronal akson boyunca maddelerin taşınmasını (salgı vezikülleri, endozomlar, lizozomlar),

8 hücrelerin uzamasını ve göçünü, hücre şeklinin devamlılığını ve özellikle asimetrisini sağlar. Aktin filamentleri Angstrom kalınlığında olup, çok çeşitli hücre yüzey uzantılarını meydana getirirler. Kasılabilir olmayan ara filamanlar, aktinle miyozin çapları arasında yaklaşık 100 A0 lık bir çapa sahip oldukları için, bunlara intermediyer filaman da denmiştir. Çekirdek zarının iç kısmında yer alan ara filamentler, hücre DNA sı için koruyucu bir kafes teşkil eder. Ara filamanlar, değişik yönlerde veya birbirlerine paralel seyrederek, hücreleri ve hücre çekirdeklerini destekleyen bir iskelet oluştururlar. Bu duruma, en belirgin olarak epidermisi oluşturan epitel hücreleriyle sinir hücrelerinde rastlanır. Sitoplazmadaki ara filamentler, köken aldıkları çekirdek laminleriyle sıkı bir ilişki içindedirler. Çekirdek laminleri, ökaryotik hücrelerin çekirdek zarlarının iç kısmında bir ağ yapısı meydana getirir. Bu ağ yapısı, kromozomlar ve çekirdek porları için tutunma bölgeleridir ve filamentöz proteinlerden oluşmuştur. Ara filamentler, özellikle sitoplazma gibi mekanik basıya daha fazla maruz kalan yerlerde belirgindir. Bu filamentlerin ana işlevinin, hücrelere ve dokulara fiziki anlamda güç ve destek sağlamak olduğu düşünülmektedir. Ara filamanların işlevlerini, şu şekilde özetleyebiliriz: 1-Hücrelere yapısal desteklik sağlar. 2-Hücreler için üç boyutlu yapısal bir çerçeve teşkil eder. 3-Hücre zarıyla hücre iskeleti arasında, uygun bir bağlantı sağlar. 4-Çekirdek zarının mitoz sonrasında tekrar organize edilmesi ve sürekliliğinin sağlanması için bir çatı oluşturur. 5- Çekirdeği yerinde tutar. 6- Terminal ağın çatısını oluşturur.