GENEL BİYOLOJİ LABORATUVARI 2. Laboratuvar: Hücre Kavramı ve Bir Hücreli Canlılar

Transkript

1 B i y o G e n. B i y o. L a b. 1 GENEL BİYOLOJİ LABORATUVARI 2. Laboratuvar: Hücre Kavramı ve Bir Hücreli Canlılar Hücre nedir?... 1 Prokaryotik ve ökaryotik hücreler... 2 Hücre inceleme yöntemleri... 4 Bir hücreli organizmalar... 4 Bir hücreli organizmaların incelenmesi Hücre nedir? Hücre yaşamın en temel yapıtaşıdır. Tüm canlılar hücrelerden meydana gelmiştir. Bir hücre, kendi kendisine metabolik olarak yeterli ve bağımsız bir canlı olarak kabul edilebilir. Hücreler dış ortamlarından çeşitli maddeleri bünyelerine alıp, bunları çeşitli şekillerde kullanarak yaşamını sürdürebilmesi için gerekli olan enerjiyi üretebilir. Kendi ihtiyacı olan molekülleri sentezleyebilir. Belirli oranlar içerisinde büyüyüp gelişir. Çevresinde oluşan tüm ortam değişikliklerine karşı duyarlıdır. En önemlisi, bölünüp çoğalarak kendisine benzeyen hücreler üretebilir. Tüm bunlar hücrenin neden yaşamın en temel yapıtaşı olduğunu açıklamaktadır. Şekil 1. Hayvan hücresinin genel görünüşü (Campbell Reece 2006 dan alınmıştır).

2 B i y o G e n. B i y o. L a b. 2 Hücreler çok küçük canlılar olduklarından, mikroskopların bulunmasından önce varlıklarından habersizdik yılında İngiliz bilim adamı Robert Hooke mantar yapısını incelerken hücreleri farketmiş ve gördüğü yapılara Latince küçük oda anlamına gelen cellulae adını vermiştir. İlk canlı hücre ise Antonie van Leeuwenhoek tarafından gözlenmiş ve küçük hayvancık anlamına gelen animalcule olarak adlandırılmıştır. Uzunca bir dönem çok fazla araştırılmayan hücreler, 1838 yılında bügün bizim hücre kavramının asıl kurucuları olarak kabul ettiğimiz Alman botanikçi Schleiden ve zoolog Schwann tarafından modern sayılabilecek bir şekilde tanımlanmıştır. Buna göre tipik bir modern hücrede 3 temel kısımdan bahsedebiliriz: a. Hücre zarı: Protein, lipid ve az miktarda karbonhidrat moleküllerinden meydana gelmiştir. Hücrenin iç ortamını dış ortamdan ayırır ve her iki ortam arasında madde geçişini düzenler. b. Sitoplazma: Hücrenin en büyük kısmını oluşturur. Etrafı hücre zarı ile çevrelenmiştir. Hücre içi fizyolojik olayların meydana geldiği bölgedir. Hücre organellerini içerir. c. Çekirdek: Çekirden zarı ile çevrilmiş özel kitledir. Kalıtsal karakterlerin bir sonraki kuşağa geçmesine hizmet eden kromatin materyalini içerir. *** 2. Prokaryotik ve ökaryotik hücreler Hücreler temel olarak sahip oldukları özelliklere ve taşıdıkları organellere göre prokaryotik ve ökaryotik hücreler olarak tanımlanırlar. 1) Prokaryotik hücreler: Az evrimli ve ökaryotik hücrelere göre daha basit mikroorganizmalardır. Zarla çevrili çekirdeği ve sitoplazmik organelleri bulunmaz. Evrimsel süreçte ilk oluşan organizmalar olmalarına karşın, günümüzde biyosfere hala hakimdirler. Şekil 2. Prokaryotik hücre (Campbell Reece 2006 dan alınmıştır).

3 B i y o G e n. B i y o. L a b. 3 Prokaryotlar, Bacteria (Şekil 2) ve Archea olmak üzere iki filogenetik gruba ayrılırlar. Mavi-yeşil algler bu grubun en gelişmiş canlılardır. Ökaryotik canlılara göre boyutları çok daha küçüktür. Küçük olmaları nedeni ile, ökaryotik canlılara göre daha hızlı bölünüp, çoğalırlar. Her hücrenin haploid olan tek bir kromozomu bulunur. Hemen hemen tüm prokaryotlarda hücre zarının üzerinde bulunarak hücreye şekil veren ve onu fiziksel olarak koruyan bir hücre duvarı vardır. 2) Ökaryotik hücreler: Kalıtsal materyali hücre içinde belli bir zarla çevrilmiş çekirdeğin içinde bulunan hücrelerdir (Yunanca eus iyi, karyon çekirdek anlamına gelir). Mitozla bölünürler. Sitoplazmalarında şekil ve işlevleri farklı organeller taşırlar (Şekil 1). Boyut ve hacimsel olarak prokaryotik hücrelerden büyüktürler. Tüm ökaryotik hücrelerde bir iç iskelet bulunur. Bu iskelet, hem hücreye şeklini verir, hem de hücrenin hareketini sağlar. Hücrelerde diploid sayıda çift kromozom bulunur. Hücrelerin şekil ve fonksiyon olarak çeşitliliği prokaryotik canlılar ile karşılaştırıldığı zaman oldukça fazladır. Prokaryotik ve ökaryotik hücreler arasındaki farklar Tablo 1 de gösterilmiştir: Özellik Prokaryotik Hücre Ökaryotik Hücre Hücre duvarı Var Hayvanlarda yok, bitkilerde var Sentrioller Yok Hayvanlarda var, bitkilerde yok Kloroplast Bazılarında var Bazılarında var Klorofil Var, ancak kloroplast içerisinde değil Var, ancak kloroplast içerisinde bulunur Genetik materyal Halkasal formda Proteinlerle paketlenmiş formda Siller Yok Bazılarında var Flagellum Çoğunlukla var Bazılarında var Golgi aygıtı Yok Var Lizozom Yok Var Mitokondri Yok Var Çekirdek Yok Var Çekirdek zarı Yok Var Hücre zarı Var Var Ribozomlar Var Var Tablo 1. Prokaryotik ve ökaryotik hücreler arasındaki farklar (değiştirilerek Keeton ve Gould 1999 dan alınmıştır).

4 B i y o G e n. B i y o. L a b. 4 * * * 3. Hücre inceleme yöntemleri Hücre incelemede geçici ve kalıcı olmak üzere iki çeşit preparat hazırlanmaktadır: 1. Geçici preparatlar: a. Canlı inceleme: Canlının tümünü ya da bir kısmını, olduğu gibi mikroskop altında incelemektir. Bu inceleme şekli için herhangi bir kimyasal madde kullanılmadığından, hücre yapısı ve şeklinde herhangi bir değişim olmamaktadır. Örneğin, mevcut bulunan bir su örneğinden lam üzerine bir damla damlatılarak ışık mikroskobu altında doğrudan inceleme yapılabilir. b. Vital boyama: Canlıda incelenecek kısım, öldürücü etkisi az olan bir boyanın sulandırılmış çözeltisi içerisine koyulur. Vital boyamada kullanılan boyalar asidik ve bazik olmak üzere ikiye ayrılır. Besin kofulları, çekirdekler v.b. çeşitli organeller bu boyaları içerisine emerek görünür duruma gelir. Örneğin, Paramecium un besin kofulunu görmek için nötr kırmızısı, çekirdeğini görmek için metilen mavisi, hareket organeli olan trikosist iplikleri görebilmek için de pikrik asit kullanılır. 2. Kalıcı preparatlar: İncelenecek materyalin öncelikle fikse edilmesi (sabitlenmesi) ve çeşitli boyamalar sonrasında örneğin ışık veya elektron mikroskobu altında incelenmesidir. Birçok işlemden geçtikten sonra boyanan preparatların çevresi entellan adı verilen yapıştırıcı ile kapatılarak, uzun süre incelenme için korunması sağlanır. Bu yöntemde uygulanan kimyasallar nedeni ile hücre öldüğünden yapısı değişir. Tartışma sorusu: Geçici ve kalıcı preparat hazırlama yöntemleri düşünüldüğü zaman, sizce hangi yöntemin uzun süreli çalışmalar için kullanılması uygundur? Neden? * * * 4. Bir hücreli organizmalar Bir hücreli organizmalar ancak mikroskopta görülebilecek büyüklüktedirler. Her hücrede olduğu gibi, ökaryotik-bir hücreliler (Protozoa), ökaryotik hücrelerin içerdiği tüm özelliklere sahiptirler.

5 B i y o G e n. B i y o. L a b. 5 Protozoa sınıfına ait canlılar hareket organlarının yapısına göre dört sınıfta incelenirler: a. Flagellata (Kamçılılar): Hareket bir veya birkaç tane olan kamçı ile sağlanır. b. Rhizopoda (Kökbacaklılar): Hareket yalancı ayaklarla (pseudopod) yapılır. c. Sporozoa (Sporlular): Hareket organelleri yoktur, parazit yaşarlar. d. Ciliata (Silliler): Hareket pek çok sayıda olan siller yardımı ile olur. Class: Flagellata Vücut dıştan pellicula adı verilen bir zarla örtülüdür. Pelliculanın altında ektoplazma ve granüllü sitoplazma bulunur. Ön uçta sitostom (hücre ağzı) ve bunu izleyen sitofarinks (hücre yutağı) bulunur. Sitofarinkse yakın çok sayıda kontraktil vakuol bulunur. Flagella (kamçı) anterior kısımda yer alır. Sitofarinkse yakın kısımda ışığa karşı duyarlı göz görevi yapan stigma bulunur. Hücrenin ortasında bir nükleus (çekirdek), bazı türlerde ise sitoplazmada çok sayıda klorofil içeren kloroplastlar yer alır. Örn; Euglena viridis (Şekil 3) Class: Rhizopoda Sitoplazmaları endoplazma/ektoplazma olarak farklılaşmıştır. Endoplazmada disk şeklinde bir nükleus, küre şeklinde bir kontraktil vakuol, bir veya birkaç tane besin kofulu bulunur. Hareket pseudopodlar (yalancı ayak) yardımı ile gerçekleşir. Sitoplazmanın daha az akışkan olan söl kısmının bir yere doğru uzamasının ardından, daha sıvı olan jel kısmının buraya doğru akması ile oluşan bu harekete amipsi hareket denir. Örn; Amoeba proteus (Şekil 4) Class: Ciliata Vücutları dış taraftan pellikula ile örtülüdür. Sitoplazmaları endoplazma/ektoplazma olarak farklılaşmıştır. Sitostom, sitofarinks, besin vakuolü ve iki tane büyük kontraktil vakuol (boşaltım organeli) bulunur. Ektoplazma içinde trikosist adı verilen, korunma ve beslenmede görev yapan organeller vardır. Besin atıkları hücrenin sitopig adı verilen açıklığından dışarı atılır. Beslenme ile görevli makronükleus ve mikronükleus olmak üzere iki nükleusları vardır. Hareket vücudun tamamında çok sayıda silin belirli bir ritmle salınması ile sağlanır. Örn; Paramecium caudatum (Şekil 5), Stentor sp.(şekil 6), Vorticella sp. Class: Sporozoa Birçok canlıda parazit yaşarlar. Sporla üredikleri için bu ismi almışlardır. Örn; Plasmodium vivax

6 B i y o G e n. B i y o. L a b. 6 * * * 5. Bir hücreli organizmaların incelenmesi Bu haftaki çalışmamızda, daha önceden almış olduğunuz vasatlarınızda üremiş olan tek hücreli ökaryotik canlıları inceleyeceğiz. Bunun için hazırlamış olduğunuz vasattan bir damla suyu lam üzerine damlatıp prepare ettikten sonra gördüğünüz canlıların ne olduklarını anlamaya çalışacaksınız. Aşağıda, tatlı suda yaşayan Protozoalardan en sık kaşılaşılan türlerin şekilleri verilmiştir. Özellikle hareket organellerine dikkat ederek görülen canlıların hangi sınıftan oldukları saptanmaya çalışılacaktır. Şekil 3. Flagellata sınıfına ait Euglena (Campbell Reece 2006 dan alınmıştır). Şekil 4. Rhizopoda sınıfına ait Amoeba proteus

7 B i y o G e n. B i y o. L a b. 7 Şekil 5. Ciliata sınıfına ait Paramecium (Campbell Reece 2006 dan alınmıştır). Şekil 6. Ciliata sınıfına ait Stentor (Campbell Reece 2006 dan alınmıştır). Şekil 6. Ciliata sınıfına ait Vorticella

8 B i y o G e n. B i y o. L a b. 8 Vital boyama ile geçici preparat hazırlama protokolü: 1. Hazırlamış olduğunuz vasattan bir damla örnek temiz lam üzerine alınır. Alınan örneğin üzeri lamelle kapatılarak hiçbir vital boya ile muamele edilmeden direkt olarak incelenir. Bu incelemenin daha kolay yapılabilmesi için, hayvanın hareketlerinin yavaşlatılması gerekir. Kurutma kağıdı ile lamelin bir kenarından dikkatlice fazla su alınarak canlılar için sınırlı bir hareket alanı oluşturulur. 2. Besin kofullarının iyi görülebilmesi için bir diğer lamın üzerine bir damla örnek alınır. Alınan örneğe sulandırılmış nötr kırmızısından bir damla damlatılır. Lamın üzeri lamelle kapatılarak incelenir. 3. Bir hücreli canlının çekirdeğini görebilmek için yine bir başka lama örnek alınır ve üzerine metilen mavisi damlatılır. Lamel kapatılarak incelenir. 4. Trikosistleri görebilmek için ise bir başka lama alınan örneğin üzerine pikrik asit damlatılır. Lamel kapatılarak incelenir. Okunması önerilen kaynaklar: Campbell N. & Reece J. B Biology. Benjamin & Cummings.