HÜCRE ve HÜCRE YAPISI
Kimya bilmi için maddelerin temel birimi atom ne ise Biyoloji bilmi için de canlılığın temel birimi Hücre dir. Yani tüm organizmalar hücrelerden oluşur. Hücreler iki şekilde karşımıza çıkar, bunlar; Prokaryotik (öncül çekirdekli) ve Ökaryotik (gerçek çekirdekli) tir. Prokaryotlar (Procaryotes) Bacteria ve Archaea hücrelerini içerirken, Ökaryotlar (Eucaryotes) Protists, Fungi, Plantae ve Animale alemlerine ait hücreleri oluştururlar. Karakteristik olarak hücreler mikroskobik boyuttadırlar ve Mikroskop adı verilen aletler yardımıyla incelenirler. Boyutlarına kabaca bakarsak prokaryotlar 0,1-5 µm, ökaryotlar ise yaklaşık 10-100 µm çapındadır. Genellikle hücreler, boyalar yardımıyla ve farklı teknolojilerde mikroskoplar kullanılarak incelenir (Şekil 6.2).
Mikroskoplar ve Çeşitleri Hücreleri genel olarak incelemede en çok kullanılan mikroskop ışık mikroskobudur. İnce yapı (ultrastrüktürel yapı) incelemesinde de en çok kullanılan mikroskoplar Scanning elektron mikroskobu ve Transmisyon elektron mikroskobudur. Işık Mikroskobu (Light Microscopy=LM): Görünür ışık dalga boyunda çalışan, bir dizi mercekten oluşan en eski mikroskop türüdür. 1590 larda keşfedilmeye başlanmış, 1600 yıllarda kullanılmış. Rönesans ta önemli yeri olan bir alettir. 1000-10000x büyütmelere ulaşabilir. Scanning Elektron Mikroskobu (=SEM): Vakum altında elektron ışıması kullanılarak görüntü floresan bir ekrana düşürülür ve fotoraflanır. Onun için çözünürlüğü yüksektir. 1000-250000x büyütmelere ulaşabilir. Genellikle 3D görüntü elde edilir. Morfolojik incelemelere uygundur. Transmisyon Elektron Mikroskobu (=TEM): Vakum altında elektron ışıması kullanılarak görüntü floresan bir ekrana düşürülür ve fotoraflanır. Onun için çözünürlüğü yüksektir. 1000-250000x büyütmelere ulaşabilir. Genellikle 2 boyutlu görüntü elde edilir. Fizyolojik incelemelere uygundur.
Bunlara ek olarak günümüzde kullanılan daha bir çok çeşit mikroskop bulunmaktadır.
Tüm Hücrelerde Gözlenen Üç Temel Yapı Canlılar prokaryotlar ve ökaryotlar olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Hücre ister zarla çevrili olmayan (Prokaryotlar = Öncül çekirdekliler) veya bir zarla çevrili (Ökaryot=Gerçek çekirdekliler) genetik materyal içersin, muhakkak türünü devam ettirmek için nükleik asitleri yapısında bulundurur. Prokaryotlarda bu bölge nukleoid adını alır. Ökaryorlarda zarla çevrili olan bu alana nukleus (=çekirdek) denir. Sitoplazma; metabolik faliyetlerin içinde gerçekleştiği, organelleri barındıran, büyük kısmı su olan ve nötre yakın, tuzlar ve iyonlar içeren bir kimyasal yataktır. Hücre zarı ise; hücreyi dış etkilerden koruyan, hücreye şeklini veren, pek çok durumda hücre içi trafiği düzenleyen ikili fosfolipit tabakalardan oluşan bir yapıdır. Yapısında küresel proteinler ve fosfolipit yaprakları bulunur (Şekil).
Prokaryotik Hücreler (Prokaryotic Cells) Genellikle basit organizasyonlu zarla çevrili organeli bulunmayan yapılardır. Bazı örneklerinde zarlı yapılara rastlanır (Şekil 4.4). Bunun sebebi sadece yüzey alanının arttırmak ve daha verimli kullanmaktır. Farklı şekillerde hareket edebilirler. En önemli hareket organları kamçıdır (Şekil 4.3 ve 6.5).
Prokaryotik hücrelerin etrafını saran hücre zarı peptidoglikan yapıdadır. Yani protein ve şeker birimlerinden oluşur. Zar bir arada aminoasitler arasındaki peptid bağları ile durur. Bazı bakterilerde bu yapının etrafında mukus veya kapsül denen ve hastalık yapma yeteneğini, yani patojeniteyi arttıran bir tabaka bulunabilir. Arkea bakteriler denen ilkel grupta ise hücre zarı yapısı protein-şeker kompleksine ek olarak alışılmadık lipit tabakaları içerir ve bu açıdan bakıldığında ökaryotlara bakterilerden daha yakın görülür. Prokaryotların hareket edenlerinde gözlenen kamçı yapısı ise, kamçılı (=Euglena) hayvanda görülenden yapısal olarak çok farklı ve çok daha ilkeldir.
Ökaryot Hücreler (Eukaryotic Cells) Ökaryortik hücreler, prokaryot hücrelerden çok daha kompleks yapıdadır. Çünkü bu hücrelerde zarla ayrılmış organeller, yani küçük öncül organlar bulunur. Bu endomembran sistemleri hücre için hayati öneme sahiptir. Bunlar arasında bitki hücrelerinde yer alan merkezi boşluk (=Central vacuole), kesecik sistemleri (=Vesicles), genetik materyali taşıyan kromozomlar ve hücrenin yapısını destekleyen, proteinlerle desteklene sitoiskelet sistemi sayılabilir. Hücre kılıfı denilen, hücre zarı dışındaki yapı ise özellikle bitki hücrelerine sağlamlık ve dayanıklılık sağlar.
Nukleus: Nukleus çift zarlı yapı içerir. İçerisi kromatin iplikle doludur. Yüzeyinde porlar olan bir yapıya sahip olduğu freeze-fracture denilen bir elektron mikroskobu inceleme yöntemiyle kolaylıkla gösterilebilir (Şekil 9).
Ribozomlar: Büyük ve küçük alt birim olmak üzere iki birimden oluşan protein kesecikleri şeklinde yapılardır. Bunlar nukleolus (=çekirdekçik) ta üretilen birimlerdir. Üretilip sitoplazmaya porlardan geçer. Protein sentezi olacağı zaman birimler rrna denilen bir RNA yardımıyla bir araya gelir. mrna vasıtasıyla alınan azotlu baz kodu, trna ların yardımıyla amino asit diline çevrilir. Ve hücre tarafından okunur (Şekil 10).
Endoplazmik retikulum (ER): Hücrede dolaşım sistemi gibi iş gören ve glikoproteinlerin yapıldığı yerdir. Granüllü ve granülsüz olmak üzere iki şekilde bulunur. Granüllü ER (=RER) ribozomlarla kaplı olduğu için bu adı alır ve genellikle salgının çok olduğu, protein sentezinin yoğun olduğu hücrelerde bulunur. Granülsüz ER (=SER) ise hücrede Lipit ve zar sentesinde, Ca +2 deposu olarak görev yapar. Buna ek olarak az etkili toksik maddelerin bertaraf edilmesinde görev alır (Şekil 11).
Golgi Apereyi (=Cihazı): Golgi apereyi düz ve dış bükey bir yapıdır. Genellikle hücre zarına yakın yerlerde lokalize olur. Özellikle çok salgı üreten hücrelerde görülür. Hücre içi ve dışı arasındaki madde transferlerinde rol alır (Şekil 6.12).
Lizozomlar: Hücre içi sindirim enzimlerini içeren dahili sindirim yapılarıdır. Genellikle içlerinde asidik ph da salgı maddelerini, sindirim enzimlerini içerirler. Görevlerini doğru yapamamaları Tay- Sachs ta dahil olmak üzere birçok genetik hastalığa yol açabilir. Bilindiği gibi Tay-Sachs hastalığı kaslarda istemsiz kasılmalara yol açan bir rahatsızlıktır (Şekil 6.13).
Mikrobadiler ve diğer organeller; Peroksizomlar Yağ asitlerinin oksidasyonu için gerekli enzimleri içerirler. Genetik taramalarında 32 genin peroksizomlardaki proteinleri tanımladığı gözlenmiştir. Hidrojen peroksit üretirler(şekil 6.19). Vakuol: Genellikle bitki hücrelerinede bulunan suyu ve su basıncını dengeleyen yapılardır (Şekil 6.14).
Mitokondria ve Kloroplastlar: Mitokondri iki zarlı bir yapıdır. İç zar Krista adını alır, çok kıvrımlıdır. Görevi oksidatif metabolizmayı yani şekerin metabolize edilerek enerji ATP eldesinde önemlidir. İki zar arası bölgeye zarlar arası boşluk denir. İçinde ise matriks denilen bir yatak ve kendine ait DNA içerir (Şekil 6.17). Kloroplast ise mitokondri gibi çift zarlı bir yapı içerir. Arada stroma denilen bir yatak bulunur. Tillokoid (=Thylakoid) denilen pulcuk benzeri zarlardan oluşmuş yapılar içerir. Bunların bir araya geldiği yapıya Grana denir (Şekil 6.18). Mitokondri gibi kendine ait DNA içerir.
Endosimbiyoz Hipotezi:Bu hipotez temelinde Nukleus, Mitokondri ve kloroplastın bakteri kökenli olduğu düşüncesi yer alır. Bir hipotezdir (Şekil 6.16 ve 4.18).
Hücre iskeleti: Üç tip lifli yapıdan oluşur (Tablo 6.1, Şekil 6.20 ve 6.21). Bunlar; Aktin filamentleridir. Bazen mikrofilament adıda verilir. Birbirine sarılmış iki filamentten oluşur 7nm çaplı filamentlerdir. Aktin adı verilen alt birimlerden oluşur. Mikrotubuller: 25 nm çaplı 13 protofilamentten oluşurlar. Alfa ve beta alt birimleri vardır. İntermediate filamentler ise 8-10 nm çaptadır. Protein tetramerlerinden oluşmuştur.
Sentromer ve Mikrotübüller: Sentromerler üçlü-dokuz grup mikrotübülden oluşmuştur. Perisentrioler materyal ile çevrilidir. Hayvan hücrelerinde iğ ipliklerinin oluşmasında görev alır (Şekil 6.22).
Hücre Dışı Yapılar ve Hücre hareketi: Bazı canlılar sürünme hareketi yapar. Bu sürünme hareketi miyozin proteini yardımıyla gerçekleşir. Özellikle kanser hücreleri buna örnek verilebilir. Kamçı ve sil hareketi; Ökaryotlardaki kamçı 9+2 sistemi ile oluşur. Bu yapı sillerdede benzerdir ama siller daha kısa yapıdadırlar (Şekil 4.24 ve 6.23).
Hücre duvarı: Bitkilere sağlamlık kazandıran bir yapıdır dışta öncül duvar arada ara lamel yer alır. Sonra hücre zarı gelir (Şekil 6.27).
Hayvan hücrelerinde Extraseluler matrixe (ECM) salınım: ECM lifsi proteinler ve bazı kollegen fibriller ile desteklenir. Üçüncü tip protein ise fibronectin yapısında, integrin adınıda alan proteinlerdir. Salınımda çok önemli rol oynarlar (Şekil 25).
Hücre Bağlantıları Hayvan veya bitki hücreleri, dokuları, organları ve organ sisemlerini oluştururken aralarında organize olurlar. Komşu hücreler genellikle birbirlerine tutunmak, etkileşimde bulunmak ve haberleşme için fiziksel olarak bağlar-bağlantılar oluştururlar. Bitki hücrelerinde bu bağlantılara plazmodesmata adı verilir (Şekil 6.29) Hayvan hücrelerinde ise bunlar, tight junction (Sıkı bağlantılar), desmata ve gap junction adını alırlar.
Kaynaklar Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Unit 2, Part:6, p: 93-119 Pearson Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco, CA 94111. Biology / 9th ed (2008)Peter H. Raven George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan R. Singer, Chapter 4, p:59-87. The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020.