Bölüm II HÜCRE BİYOLOJİSİ HÜCRENİN KEŞFİ 25/11/2013. Leeuwenhoek ( ) in mikroskobu ve bu mikroskoptan görülen kan hücrelerinin fotoğrafı

Transkript

1 Bölüm II HÜCRE BİYOLOJİSİ HÜCRENİN KEŞFİ Örnek Mercek Odaklama noktası Robert Hook görülen bu gözeneklere «Hücre» (küçük odacık cellula) adını vermiştir. 17. Yüzyılda Robert Hook ( ) un kullandığı mikroskop ve mantar meşesi kesitinin görüntüsü Leeuwenhoek ( ) in mikroskobu ve bu mikroskoptan görülen kan hücrelerinin fotoğrafı 1

2 4.1 Hücre Teorisi Nedir? 4.2 Hücrenin ana İşlevi NEdir? 4.3 Ökaryotik hücrenin Özellikleri Nedir? 4.4 Prokaryotik Hücrenin Özellikleri nedir? Hücre Teorisinin 3 ana Öğesi Yaşayan tüm canlılar bir veya birden çok hücreden oluşur. En küçük organizme tek bir hücredir ve hücre çok hücreli canlıların işlevsel birimidir Tüm hücreler daha önceden var olan hücrelerden oluşmuşlardır 2

3 Hücre fonksiyonu hücrenin büyüklüğünü etkiler Birçok hücre yaklaşık1 100 micrometre çapı aralığındadır Size 100 m 10 m 1 m 10 cm tallest trees adult human visible with unaided human eye Hücreler çevrelerinden besin alıp atıklarını bırakmaya ihtiyaç duyarlar Hiçbir hücre birimi çevrelerinden çok fazla uzakta bulunamaz 1 cm 1 mm 100 m 10 m 1 m 100 nm 10 nm 1 nm 0.1 nm visible with special electron microscope visible with conventional electron microscope visible with light microscope chicken egg frog embryo most eukaryotic cells mitochondrion most prokaryotic cells virus proteins diameter of DNA double helix atoms Units of measurement: 1 meter (m) = inches 1 centimeter (cm) = 1/100 m 1 millimeter (mm) = 1/1,000 m 1 micrometer ( m) = 1/1,000,000 m 1 nanometer (nm) = 1/1,000,000,000 m Hücrelerin bazı ortak özellikleri vardır Hücre zarı hücreyi çevreler ve diğer hücrelerle ve çevre ile iletişimi düzenler Bu yapı yağ, protein ve karbonhidratlardan oluşmuştur ve iyon ve moleküllerin hücreye giriş çıkışını kontrol eder Sitoplazma hücre içerisinde yaşayabilen ancak dışarda bozulan tüm sıvı ve yapısal birimleri içerir Sitoplazma sıvısı; su, tuz ve organik bileşiklerden oluşur 3

4 Hücre dışı ortam glycoprotein A phospholipid bilayer helps to isolate the cell's contents Çevre ile iletişime yardımcı protein cholesterol Zar proteini Kanal proteini Sitoplazma Hücre iskeleti carbohydrate nucleus mikrotüpler (cytoskeleton) flagellum Çekirdek zarı Çekirdek açıklıkları chromatin (DNA) nucleolus microfilaments Sitoplazma sıvısı basal yapı granüllü endoplasmic reticulum vesicle intermediate filaments (cytoskeleton) centriol ribosomes on rough ER cytoplasm Golgi cisimciği polyribosome düz endoplasmic reticulum mitochondrion Hücre zarı Serbest ribosome lysosome Hüxre atığı Fig

5 nucleus microtubules (cytoskeleton) cell walls of adjoining plant cells nuclear envelope nuclear pore chromatin nucleolus ribosomes intermediate filaments (cytoskeleton) chloroplast rough endoplasmic reticulum cytoplasm lysosome smooth endoplasmic reticulum central vacuole mitochondrion cell wall plasmodesmata cytoplasmic fluid plastid free ribosome Golgi apparatus vesicle plasma membrane HÜCRELERİN ORTAK ÖZELLİKLERİ Tüm hücreler kalıtımsal madde olarak DNA yı kullanır Tüm hücreler protein yapımı ve bilgi kopyalaması için RNA ları kullanır Tüm hücreler madde ve enerji ihtiyaçlarını çevrelerinden karşılar C, H, P, N gibi tüm yapı maddeleri çevreden elde edilir 5

6 2 farklı hücre tipi vardır PROKARYOTİK (çekirdek öncesi) bakteri archaea ve basit yaşam formları ÖKARYOTİK (gerçek çekirdek) hayvan bitki ve protista (a) Cytoskeleton Orta boy filaments microtubules microfilaments ÖKARYOT Hücrelerin Özellikleri Sitoplazma çekirdek ve mitokondri gibi çeşitli organelleri içerir microtubules (red) nucleus Sitoiskelet (cytoskeleton) ökaryotik hücre sitoplazmasına şeklini ve organizasyonunu verir microfilaments (blue) (b) Light micrograph showing the cytoskeleton 6

7 ÖKARYOT Hücrelerin Özellikleri Bitki hücreleri PLASTİD ve CENTRAL VAKUOL bulundurur (hayvan hücrelerinde yoktur) Buna karşılık bazı hayvan hücreleri bitki hücrelerinde olmayan vasikül, vakuol, siller gibi yapılar bulundurur. Bazı ökaryot hücreler hücre duvarı bulundurur (Bitki, mantar ve bazı protistalar). Bitki hücre duvarı selüloz ve diğer polisakkaritlerden oluşur. Mantarlarda ise polisakkarit ve kitinden oluşur Bitki hücre duvarları Oksijen, CO2, ve su gibi maddelerin kolayca geçebileceği bir yapıdadır. Hücre zarı hücre duvarından hemnen sonra yer alır. ÖKARYOT Hücrelerin Özellikleri Sito iskelet hücreye şeklini verip, hareket ve destek özelliği katar. Sito iskelet: hücre şeklinin değişmesini ve muhafaza edilmesini sağlar, hücreye hareket sağlar, organellere hareketlilik kazandırır, hücre bölünmesini kolaylaştırır Organeller protein fiberlerden oluşan bir ağa asılı bulunurlar. Sito iskelet 3 çeşit protein fiber içerir: İnce Mikroflamentler Orta boy filamentler Kalın Mikrotüpler 7

8 Silia ve Flagella hücrenin hareketini sağlayan yapılardır Silia ve flagellalar stoplazma uzantılarıdır Basal Body den köken alır, hücre zarına kenetlenmiştir. Basal Body Sentriollerden meydana gelir. protein kollar Merkezi microtupler section of cilium Paramecium 0.1 micrometer cilium plasma membrane basal body 8

9 Siller ve Flagellalar hücreye sıvı ortamda hareketlilik kazandırır Paramesyum gibi bazı çok hücreliler suda yüzmek için silleri kullanırken diğerleri flagellalarıyla hareket eder. Siller midyelerin solungaçları, memeli dişilerin oviduk yapıları, kara canlılarının solunum boruları gibi çok çeşitli yapılarda bulunur propulsion of fluid cilia lining trachea (a) Cilium power stroke plasma membrane return stroke direction of locomotion propulsion of fluid flagellum of human sperm (b) Flagellum continuous propulsion surface of human egg cell Fig

10 ÇEKİRDEK (ökaryotik hücrenin kontrol merkezi) 3 ana kısımdan oluşur: Çekirdek Zarı Kromatin Nükleus Çekirdek Zarı: Üzerinde por (açıklıklar) olan çift katlı zar yapısıdır ve çekirdeği hücrenin diğer kısımlarından ayırır. Çekirdek zarı porlara yerleşmiş bazı protein yapıları sayesinde su, iyon ve bazı küçük moleküllerin serbestce geçmesini sağlar alışverişini düzenler Proteinlerin, ribozomların ve RNA ların geçişi ise Çekirdek Por Kompleksi olark adlandırılan geçiş düzenleyici proteinler tarafından kontrol edilir. 10

11 Çekirdek zarı Çekirdek porları çekirdekcik ribozomlar nucleus kromatin nuclear pores with nuclear pore complex (a) The nucleus (b) Nucleus of a yeast cell Fig. 4-8 Çekirdek yapısında DNA ve proteinleri içeren KROMATİNLER bulundurur Hücre bölünmesinde daha kısa ve kalın bir yapıya bürünür (KROMOZOM) Kromozomlar tüm biyolojik kodlarımızın bulunduğu genleri içerir chromatin chromosome 11

12 Proteinler sitoplazmada sentezlenir. Dolayısıyla çekirdekte bulunun DNA genetik bilgisinin çekirdeği terk etmesi gerekmektedir. Genetik bilgi ELÇİ RNA (mrna) denilen ve çekirdek DNA sından bilgiyi alarak çekirdek zarını geçip protein sentezi yapılan ribozomlara gidebilen moleküller tarafından taşınır. Çekirdekcik ribozonların sentezine katılır. RİBOZOMLAR ribozomal RNA ve proteinlerden oluşan küçük yapılar halindedir. Protein sentezinden sorumludur ribosome polyribosome mrna growing protein amino acid 12

13 VESICLES: HÜCRE ZAR KESELERİ taşınacak maddeleri keseleyip taşınmasını sağlaryan zar yapılarıdır Bu hücre sistemleri; hücre zarı çekirdek zarıendoplazmik retikulum golgi aygıtı lizozom vesicle ve vakuolleri oluşturur. ENDOPLAZMİK RETİKULUM sitoplazma içerisinde biribiriyle bağlantılı labirent şeklinde yassı zar yapılarıdır. Tüm hücre zarıprotein ve fosfolipidleri burda sentezlenir. Granüllü (ribozom taşıyan) ve Granülsüz olmak üzere 2 tiptirler. 13

14 ribosomes rough ER smooth ER smooth ER rough ER vesicles (a) Endoplasmic reticulum may be rough or smooth (b) Smooth and rough ER GOLGİ CİSİMCİĞİ önemli molekülleri paketler, sıralar ve gerekli değişimleri yapar. The Proteinlere karboksil grubu ekliyerek glikoprotein sentezi veya bazı büyük proteinleri daha küçük parçalara bölerek moleküller üzerinde değişiklikler yapar Selüloz ve pektin gibi bazı bitki hücre duvarına giren maddeleri sentezler Yapımları bitmiş molekülleri paketleyerek hücre içinde gidecekleri yerlere ulaştırır 14

15 Golgi ER dan alınan Proteinleri taşıyan vesikıllar Golgi apparatus Golgide deiştirildikten sonra vesikıllarla ayrılan proteinler LİZOZOM hücrenin sindirim mekanızması gibi çalışır: Sindirim enzimleri GER da üretilir, Golgi cisimciği tarafından taşınır, ve hücre zarında LİZOM adı verlen vesicle lar aracılığı ile paketlenir. Lizozomlar besim vakulleri ile birleşerek temel besin maddelerini sindirirler 15

16 Besin Vakulleri ve Lizozomların yapı ve fonksiyonları (hücre dışı sıvı besin (cytoplasm) Besin vakuolü 5 Lizozom besin vakuolü ile birleşip sindirim yapar lysosome 4 Enzimler golgiden Oluşturulan keseciklerin içine alınır 3 Enzimler golgiden geçerken değişime uğrar ve paketlenir digestive enzymes Golgi apparatus 2 Enzimler GER dan çıkarken paketlenir ve golgiye taşınır 1 Sindirim enzimleri ribozomda sentezlenir ve ER a taşınır VAKUOLLER su regülasyonu, destek ve depolama gibi birçok görev üstlenir Birçok hücre hücre zarından oluşan ve içerisinde çeşitli moleküllerin depolandığı bir veya daha fazla vakuol içerir Birçok tatlısu organizması KONTRAKTİL KOFUL içerir ve hücredeki fazla suyu dışarı atar 16

17 Contractile Vacuoles contractile vacuole (a) Paramecium Water enters the collecting ducts and fills the central reservoir collecting ducts central reservoir pore (b) Contractile vacuole The reservoir contracts, expelling water through the pore Fig Vakuollerin Görevleri Bitki MERKEZ VAKUOLÜ, bitki hücresinin ¾ ünü kapsar ve birçok işlevi vardır. Su dengesini sağlar Atık ürünleri depolar Turgor basıncı sağlayarak bitkiye destek verir 17

18 MİTOKONDRİ besin maddelerinden enerji elde eder, CLOROPLAST güneş enerjisini kullanarak enerji elde eder Tüm ökaryatik hücreler yüksek enerjili ATP üretmek için şeker molekülleri içerisindeki kimyasal bağ enerjisini kullanan mitokondriye sahiptirl Bitki hücreleri güneşteki enerjiyi şeker moleküllerindeki kimyasal bağ eerjisine çevirirek depolar Mitokondri ve Cloroplast ENDOSİMBİYOSİS sonucu prokaryotik hücrelerin diğer prokaryotik hücreler içerisine yerleşmeleri ile oluştuğu düşünülmektedir Endosimbiyosise Kanıtlar Mitekondri ve kloroplast prokaryot hücre büyüklüğündedir (1 5 mikro metre) Her ikiside biri konakçı hücreden diğeri kendi hücre zarından gelen çift zara sahiptir Her ikiside ATP üretecek enzimlere ve kendilerini çoğaltacak DNA ve ribozomlara sahiptirler 18

19 A Mitochondrion outer membrane inner membrane intermembrane space matrix cristae 0.2 micrometer Fig Mitokondri oval,düz veya tüpsü keseciklerin olduğu girintili çift katlı zara sahiptir Enerji üretimi hem oksijenli (aerobik) hemde oksijensiz (anaerobik) şartlarda geçerlidir. İç zar kıvrimları Kristayı oluşturur İç zar kıvrımları iç ve dış zar aralarına yayılmış durumdadır Matriks uzayı iç zar kısmında ulunur 19

20 KLOROPLAST Çift zarlıdır Dış zar organeli sitoplazmaan ayırır İç zar STROMA sıvısı ve TİLAKOİD denilen yassı keseciklerden oluşan GRANA yı paketler. Tilakoidzarı clorofil pigmentlerini içerir ve güneş ışığının yakalanıp enerjiye çevrildiği yerdir Kloroplast outer membrane inner membrane stroma thylakoid channel interconnecting thylakoids granum (stack of thylakoids) 1 micrometer Fig

21 Bitkiler depo organeli olarak PLASTİDLERİ kullanır Plastidler sadece bitki ve fotosentetik protistalarda bulunur Çift zarlıdır Nişasta ve pigment gibi farklı maddeleri depolarlar Plastit plastid starch globules 0.5 micrometer Fig

22 PROKARYOT HÜCRELER: Küçük ve hücre yüzeylerinde ve sitoplazmalarında organellerin yerini tutan özelleşmiş yapıları bulunur Birçok prokaryot 5 µm den daha küçük ve ökaryotlara oranla çok basit bir yapıları vardır. Sert bir hücre duvarları bulunur Yuvarlak, Spiral, Virgül gibi farklı şekilleri vardır (c) Cocci pili ribosomes chromosome (nucleoid region) chromosome (nucleoid region) cell wall plasma membrane ribosomes capsule (d) Internal structure food granule (b) Spirilla prokaryotic flagellum plasmid (DNA) cytoplasm capsule or slime layer cell wall plasma membrane (a) Generalized prokaryotic cell (bacillus) photosynthetic membranes (e) Photosynthetic prokaryote Fig

23 Prokaryotik Hücreler Bazı bakteri ve archaea grubu üyeleri flagella yapısına sahiptir. Bazı enfeksiyon yapıcı bakteriler yapışkan polisakkarit bir kapsüle sahiptir, üzerlerinde sümğksü bir tabaka bulunur Hücre merkezi sitoplazmadan ayrıymış gibi görünür ve bu bölgeye NÜKLEOİD denir. Nükleoid yuvarlak DNA içeren kromozom içerir. Küçük yuvarlak yapıda bir DNA da sitoplazmada bulunur ve PLAZMİD adını alır Çekirdek bir zara sahip değildir, bunun yanı sıra zarla çevrili bir organelleride yoktur. Ökaryot hücrelerle ortak tek organeli RİBOZOMLARDIR 23