AMAÇ: Ökaryotik hücrelerin bölünme mekanizmasını ve kromozom morfolojilerini öğrenmek.

Transkript

1 /Çarşamba Lab 6 KONU: Hücre Bölünmesi ve Kromozom Morfolojisi AMAÇ: Ökaryotik hücrelerin bölünme mekanizmasını ve kromozom morfolojilerini öğrenmek. KAZANIMLAR: Ökaryotik hücrelerin nasıl çoğaldıkları öğrenilir. Mitoz ve mayoz bölünmelerin görevi kavranır ve safhaları ayırt edilir. Kromozonların hücrelerdeki yeri, fonksiyonu ve morfolojileri tanılır. Barr cisimciğinin nerede bulunduğu ve fonksiyonu öğrenilir. GENEL BİLGİ: HÜCRE BÖLÜNMESİ Hücrelerin en önemli özelliklerinden biri bölünüp çoğalma yeteneklerinin olmasıdır. Belirli bir büyüklük ve içeriğe erişen hücreler bölünerek yavru hücreler meydana getirirler. Tek hücreli organizmalarda bölünme sonucu meydana gelen hücreler ayrı birer birey olarak hayatlarına devam ederler. Yani tek hücreli canlılarda hücre bölünmesinin anlamı çoğalmadır. Çok hücreli organizmalarda ise zigot adı verilen döllenmiş yumurta hücresinin çoğalması sonucu yeni bir birey oluşur. Zigot belirli bir gelişmeye ve metabolik duruma eriştikten sonra bölünür. Meydana gelen yeni hücreler tek hücrelilerdeki gibi ayrı ayrı değil, birarada kalarak herbirinin büyüklüğü ana hücrenin büyüklüğüne erişince tekrar bölünürler. Böylece büyüme ve gelişme sağlanır. Başlıca üç çeşit hücre bölünmesi vardır. 1) Amitoz bölünme: Bu bölünmede önce nükleus uzar ve bir süre sonra ortasından boğumlanarak ikiye ayrılır. Nükleusun bölünmesini sitoplazmanın bölünmesi izler ve böylece iki yavru hücre meydana gelir. Yapılan çalışmalarda omurgalılar dahil birçok canlı türünde amitoz bölünmenin görüldüğü tespit edilmiştir. Amitoz bölünmeye benzer bir bölünme şekli Saccharomyces cerevisiae (bira mayası) de görülür ve tomurcuklanma olarak adlandırılır. Bu tip bölünmede amitoz bölünmeden farklı olarak hücre ortasından bölünmez, dışarı doğru bir çıkıntı meydana getirir. Bu çıkıntı oluşurken nukleus da sitoplazma içinde çıkıntıyı takip ederek aynı şekilde ikiye bölünür. Çıkıntının daralan bölmesi ana hücreden bir çeperle ayrılır ve bu çıkıntıdan yeni bir yavru hücre oluşur. 2) Mitoz Bölünme: Büyümeyi sağlayan ve ana hücrenin kromozom sayısını sabit tutan bölünmedir. Mitoz bölünme öncelikle bir nükleus bölünmesi şeklinde meydana gelir. Bu bölünmeye karyokinez denir. Bir nükleustan herbiri eşit sayıda kromozoma sahip iki yavru nükleus meydana gelir. Oluşan nükleuslar genetik özellikleri bakımından birbirinin aynısıdır. Nükleus bölünmesini sitokinez adı verilen sitoplazma bölünmesi izler. 1

2 Bölünme halinde olmayan hücrenin bulunduğu durum interfaz olarak kabul edilir. İnterfazda çok yoğun metabolizma olayları meydana geldiği için, bu evreye metabolik evre de denilmektedir. İnterfaz nükleusunda kromatin yapısı çok belirgin olarak gözlenmez. Mitoz bölünme kesintisiz devam eden bir olaydır. Sadece, kolaylık sağlamak amacıyla 4 farklı evreye ayrılır (Şekil 1): Profaz: Bu safhada, nükleusta metabolik safhada görülen ağsı yapıda olan bir takım ince, uzun ve spiraller yapan iplikler, yani kromozomlar halini alır (Şekil 2). Kromozomlar, profazın başlangıcında nükleusun içinde eşit bir dağılma gösterirler. Safhanın sonuna doğru ise nükleus zarına yaklaşırlar ve böylece, nükleusun merkezi boş kalır. Profaz ilerlerken kromozomlar daha büyük çaplı spiraller yapmak suretiyle git gide kısalıp kalınlaşırlar. Kısalıp kalınlaşma ilerlerken, bu safhanın sonunda nükleolus da küçülür ve kaybolur. Aynı zamanda nükleus zarı da yok olur. Metafaz: Kromozomlar ekvator plağına erişince metafaz başlar. Bu esnada hücrenin içinde iğ teşekkülü dikkati çeker. Metafazın sonuna doğru bütün kromozomlarda sentromerler aynı anda yarılır, kardeş kromatidler birbirinde ayrılır ve böylece, anafaz başlamış olur. Anafaz: Bu safhada yavru kromozomlardan biri bir kutba çekilirken, onun kardeşi karşı kutba doğru çekilir. Yavru kromozom grupları kutuplara erişir erişmez anafaz sona erer. Telofaz: Kısalıp kalınlaşmış olan kromozomlar, bu safhanın başlangıcında sıkıca biraraya gelmek suretiyle bir yığın teşkil eder ve tek tek fark edilemezler. Kromozomlar ince uzun iplikler halinde görülür. Herbir kutuptaki kromozom grubunun etrafında nükleus zarının yeniden teşekkül etmesi ve nükleolusların hasıl olması ile iki yavru nükleus meydana gelmiş olur. Şekil 1. Allium cepa (soğan) ın kök ucu meristeminde mitoz bölünme safhalarına ait fotomikrograflar. 1- interfaz, 2- interfaz / profaz başlangıcı, 3- erken profaz, 4- orta profaz, 5- geç profaz, 6- metafaz, 7- erken anafaz, 8- anafaz, 9- erken telofaz, 10- telofaz. 3) Mayoz bölünme: Eşey hücrelerinde görülen ve kromozom sayısını yarıya indiren bölünmedir. Mayoz bölünme, bir türdeki sabit olan kromozom sayısını korumak için 2

3 gerekli bir olaydır. Kromozom sayısının korunması ile türün devamlılığı sağlanır. Eğer yumurta ve sperm mayoz bölünme geçirmeyip her döllenme sonucunda kromozom sayısı iki kat artsaydı tür karakterleri kaybolurdu. İşte karakterlerin dölden döle sabit kalmasını sağlayan mayoz bölünmedir. Mayoz bölünme eşeyli üreyen hücrelerin gonad (testis, ovaryum) larında görülür. Mayoz bölünme birbirini hızla izleyen iki nükleus bölünmesidir. I. Mayoz bölünmesinde homolog kromozomlar birbirinden ayrılır, II. Mayoz bölünmesinde ise kromatidler birbirinden ayrılır. Bu bölünmelerin herbirinde mitoz bölünmede bahsedilen 4 farklı evreyi görmek mümkündür. Mayoz bölünme ile yalnız kromozom sayısının yarıya indirilmesi değil, aynı zamanda ana ve babadan gelen homolog kromozom çiftlerinin birbirinden ayrılması, bazı kısımlarının yer değiştirmesi (krossing-over) olayları sonucu rastlantısal yeni kromozom çiftlerinin oluşturulması da sağlanır. Canlılarda görülen çeşitliliğin (varyasyonların) başlıca nedeni budur. Şekil 2. Profaz safhasında ağsı yapıda bulunan DNA nın katlanmalar yaparak kromozomu oluşturması. 3

4 KROMOZOM MORFOLOJİSİ Kromatini oluşturan kromatin iplikçikleri hücre bölünmesi başladığında dönümler yapıp, boylarını kısaltıp, çaplarını artırarak almış oldukları şekil kromozom olarak adlandırılır. Yani, kromozom yoğunlaşmış ve biçimlenmiş kromatin materyalidir (Şekil 2). Metafaz safhasında her kromozomun iki simetrik yapıdan oluştuğu görülür. Bunların herbirine kromatid denir (Şekil 3). Kromatidlaerin birbirine tutundukları kısımlar ise sentromer olarak adlandırılır ve sentromerler hücre bölünmesi sırasında iğ ipliklerinin kromozomlara bağlandığı yerleri oluştururlar. Aynı zamanda, sentromerin yeri kromozomların şeklini belirler. Sentromerin yerine göre kromozomlar 4 gruba ayrılırlar (Şekil 4). Kromozomda sentromerin bulunduğu primer boğumdan başka sekonder boğum ve uç kısımda da satellit denilen yapılar bulunur. Satellitli kromozomlara SAT kromozomlar denir. Sekonder boğumlar kısa veya uzun olabilirler. Bazı kromozomların tanınmasına yardım ederler. Bazı sekonder boğumlar nükleolus teşekkülü ile ilgilidir. A B C Şekil 3. A) Kromozom bileşenleri: (1) Kromatid, (2) Sentromer, (3) Kısa (p) kol, (4) Uzun (q) kol; B) Metasentrik kromozomun dış yapısı; C) Metasentrik kromozomun iç yapısı: sb, seconder boğum; s, satellite; kr, büyük ve küçük spiraller gösteren iki kromonema ipliği. Sentromerin yerine göre kromozomların aldıkları şekiller şöyledir: a) Telosentrik: Sentromeri kromozomun tam ucunda olan, b) Akrosentrik: Sentromeri kromozomun bir ucuna çok yakın olan, c) Submetasentrik: Sentromeri kromozomun bir ucuna yakın olan, d) Metasentrik: Sentromeri kromozomun tam ortasında olan kromozomlardır. 4

5 Şekil 4. Sentromerin yerine göre kromozom tipleri. Kromozom morfolojisi dendiği zaman, kromozomların büyüklüğü, şekilleri, sentromerin yeri, kolların birbirine oranı ve satellitlerin olup olmaması gibi özellikler akla gelir. Her türün karyotipini teşkil eden kromozom morfolojisi ve kromozom sayısı taksonomik olarak önemli bir özelliktir. Bir cinsin türlerinde bazen kromozom sayısı sabit olmakla birlikte, kromozom morfolojisi mutlaka değişir. Kromozom morfolojisi türleri ayırmada önemli bir karakter olarak kabul edilir. Bir türün karyotipini göstermek için karyogramlar ve idiogramlar hazırlanır. Karyogram: Bir bireyin kromozomlarının büyükten küçüğe doğru yan yana konularak düzenlenmiş şeklidir. Burada kromozomlar, fotoğraflardan kesilerek düzenlenir. İdiogram: Bir bireyin kromozom kollarının ortalama uzunlukları alındıktan sonra bunların belirli oranlarda kağıt üzerinde gösterilmesidir. Genellikle karyogram, kromozomların tabii şekilleri ile gösterilmesi, idiogramlar ise şematik olarak gösterilmesidir. UYGULAMA 1: Mitoz Bölünme Safhalarının İncelenmesi MATERYAL: Mitoz bölünme hazır preparatı YÖNTEM: Mitoz bölünme hazır preparatı 10x40 mikroskop büyütmesinde incelenir. UYGULAMA 2: Kromozom Karyotipinin İncelenmesi MATERYAL: Kemik iliği lenfositleri hazır preperatı YÖNTEM: Hazır preparatın hazırlanışı: Hücreler mitoza geçmek için bir mitojen ile uyarılır ve ardından kolşisin eklenir. Bu sayede iğ iplikleri parçalanır ve bölünme metafazda durdurulur. 5

6 Bu evrede çok iyi görülen kromozomlar giemsa ile boyanır. Resimleri çekilir ve dizilirler (Şekil 5 ve 6). Kemik iliği lenfositleri hazır preperatı 10x40 mikroskop büyütmesinde incelenir. Şekil 5. İnsan kromozom karyotip grupları ve kromozom morfolojileri. Grup A: 3 çift metasentrik; Grup B: 2 çift geniş submetasentrik; Grup C: 7 çift daha küçük submetasentrik; Grup D: 3 çift geniş akrosentrik; Grup E: 3 çift çok küçük submetasentrik; Grup F: 2 çift küçük metasentrik; Grup G: 2 çift küçük akrosentrik ten oluşur. Cinsiyet kromozomlarından X kromozomunun C tipi submetasentrik, Y kromozomu G tipi akrosentriktir. Şekil 6. Kemik iliği lenfösit hücrelerinde kromozomların görünü (solda). İnsan kromozomlarının idiyogramı (sağda). 6

7 UYGULAMA 3: Dişi insan kanı lökositlerinde Barr Cisimciğinin incelenmesi Erkek bireylerde 1 adet X kromozomu bulunurken dişilerde 2 adet X kromozomu bulunur. Ancak dişilerde X kromozomlarından biri inaktiv edilir. Bu işleme X inaktivasyonu denir. Burada X kromozomu baskılayıcı heterokromatin ile paketlenerek, bu kromozomun üzerinde bulunan genlerin ifade edilmesi önlenir. Bu kromozomlar interfaz evresinde Barr Cisimciği adı verilen yapılar halinde görülürler. Barr cisimciğinin koyu renkli hali, bu yapının inaktif olduğunun işaretidir. MATERYAL: İnsan kanı (Bayan) lökositleri hazır preparatı YÖNTEM: Hazır preparatın hazırlanışı: Dişi insanlardan alınan kan örnekleri ile hazırlanan yayma kan preparatları giemsa ile boyanır. Polinüklear lökositler bulunur (boğumlu nukleusları içerir). Nukleusa bağlı olarak dışarı doğru uzanan koyu boyalı yuvarlak Barr cisimciğidir (Şekil 7). Dişi insan kanı hazır preparatı 10x40 mikroskop büyütmesinde incelenir. Şekil 7. Barr cisimciği bayan Lökosit (nötrofil) kan hücresi içerisinde. 7