KAS - İSKELET SİSTEMİ ve BAĞIŞIKLIK SİSTEMİ Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER
1.İskelet Sistemi Türleri Hidrostatik iskelet sistemi, bir gövde duvarının içindeki su basıncını kullanır. Kas kasılmaları, bir toprak solucanın farklı vücut bölümlerine suyun akması ve böylece oluşturduğu basınçlar yardımıyla, kasılıp gevşemesi ile hareket etmesi şeklinde ortaya çıkar (Şekil 47.1).
Dış iskelet (Exoskeletons) katı bir dış kaplamadan oluşur. Genellikle bu kaplama sert kitin içerir. Böyle bir durumda organizmanın büyümesi için dış iskeletin çatlayıp, kırılması ve dökülmesi gerekir (Şekil 47.2a). İç iskelet e (Endoskeletons) sahip canlılarda, iskelet sabit ve sağlam bir yapıdadır. Omurgalılarda sabit iç iskelet içerir. Bu iç iskeletin yapısı; bağ dokularının kalsiyum fosfat ile mineralize olması ile oluşmaktadır (Şekil 47.2b).
2. Kemik Yapısı Kemiklerde gelişme iki şekilde olmakta ve sınıflandırılmaktadır. Bunlardan ilki, zar dışında (Intramembranous) gelişmedir. Yani kemiğin bağ dokusu içinde bir tabaka şeklinde oluşmasıdır (Şekil 47.3).
Diğeri ise Endokondral gelişmedir. Endokondral gelişmede bir kıkırdak model oluşturulur ve bunu kemik doldurur. Öncül kemik hücreleri (Osteoblasts) kemik gelişimini başlatabilir ve kemik hücresi (Osteoscyte, Osteosit) oluşturabilir. Osteoklastlar (Osteoclasts) ise kemiğin bozulması ve yıkımından sorumludurlar. Kemik gelişimi, boyuna uzama ve enine genişleyerek büyüme şeklinde olur. Kemik uçlarında (Epifizler) sona kalan kıkırdak, sonradan kemik yüzeyler arasında bir tampon görevi görür(şekil 47.4).
Kemik yapısında kan damarları ve sinirler içerir. Kuşlar ve balıklarda kemik sistemi damar içermez (=avasküler) ve hücrelerle ilinti içine girmez (=asellüler). Diğer omurgalılarda, kemik; kemik hücreleri, kan kılcal damarları ve sinirleri içeren Havers (=Haversian) sistemine sahiptir. Kemiklerin kalınlığı veya inceliği onu kullanıp, kullanmamaya ve onun üzerine düşen, onu etkileyen güç miktarına bağlıdır (Şekil 47.5).
3. Eklemler ve İskelet Hareketleri Hareketli eklemler; tipine bağlı olarak, farklı hareket derecelerinearalıklarına sahiptirler. Yuvalı topuzlu eklemler (Ball-and-socket joints) tüm yönlere hareket edebilen eklemlerdir. Sadece ön ve arkaya hareket etmeye izin veren eklemlere, menteşe eklemleri (Hinge joints) adı verilir ve hareketleri kısıtlıdır. Kayar eklemler (Gliding joint) ise istikrarlı ve esnekliğe izin veren eklemlerdir. Kombine eklemler (Combination joint) diğer eklemler ile beraber eklem rotasyonuna izin veren ve kayma hareketi yapan eklemlerdir (Şekil 47.7).
Eklemleri hareket ettirmek için; kemikler, iskelet kasları ile çekilir. Bu ya doğrudan kemik zarına (periosteum) bağlı kaslar yardımıyla veya tendonlar vasıtasıyla gerçekleşir. İskelet kasları birbirlerinin karşı zıt çiftler (antagonistik) halinde hareket edebilirler (Şekil 47.8).
4. Kas Kasılması Kas kasılması, kas liflerinin bir diğer lif üzerinde kayması ve bu şekilde liflerin üst üste gelmesi; örtüşme ile gerçekleşir. Aktin ve Miyozin adı verilen bu filamentler, kas kesiti üzerinde mikroskopik olarak ayırt edilebilen, farklı bantları oluştururlar (Şekil 47.10).
Kas, aktin ve miyozin filamentleri birbiri üzerinden kayarak, çapraz köprüler oluşturduğu zaman kasılır. Miyozin in küresel baş kısımlarının, Aktinler ile çapraz köprüler oluşturması için ATP hidrolize olur ve ADP ye dönüşür. Bu sırada bir iyonik fosfat (Pi) açığa çıkar. Çapraz köprüler üzerinde, bu ince filamentler, sarkomer merkezine doğru çekilir. Bu sırada miyozin in filamentinde yer alan kafa yapısı, aktini filamentinden ayrılır ve yeni bir ATP bağlar (Şekil 47.14) Kas kasılması, sinir uyartıları ile kalsiyum iyon kanallarının açılmasına bağlıdır.
Troponin adı verilen protein yapısı tarafından aktin, miyozine bağlanır ve tropomiyozin bir blok oluşturur Böylece çapraz köprüleri meydana getirir. Sinir uyarımı (Stimülasyonu) ile kalsiyum iyon kanallarından hücre içine salınır. Bu sarkoplazmik retikulumunda yardımıyla bir troponinkalsiyum oluşumu meydana getirir. Böylece çapraz köprü oluşturmak için troponin-kalsiyum kompleksi, tropomiyozin ile yer değiştirir (Şekil 47.16 ve 47 ).
Çalışan motor birimleri, tek bir motor nörondan oluşur ve ona göre davranırlar. Her biri bir nöron tarafından kontrol edilmez (Şekil 47.17). Kas lifleri, vasıtasıyla iki türlü kasılma vardır; bunlar yavaş kasılan ve hızlı kasılan kaslardır. Tek kas stimülasyonu ile ortaya çıkan seğirme, kasılma ve gevşeme arasındaki aralığa, duruma verilen isimdir.
Uyartı miktarı artarsa olan ikinci kasılma ilk kasılmayı da taşır. Yani gevşeme olmadan kasılma devam eder. Kramp (üst üste seğirmeler, Tetani) hiçbir rahatlama olmadan kasılmaya devam etme halidir (Şekil 47.18).
İskelet kası liflerinin kasılmayla bağlantılı iki önemli özelliği daha vardır. 1.Yavaş kasılan lifler dayanıklıdır. 2.Hızlı kasılan lifler ise güçlü kasılırlar. Kas metabolizması, kullanıma bağlı olarak değişebilir. İstirahat halindeki iskelet kasları, yağ asitlerinin metabolizmasından enerji elde ederler. Ne zaman aktif enerjiye ihtiyaç duyarlarsa o zaman, enerjiyi glikoz ve glikojen metabolizmasından alırlar. Kasın yorulmasına bağlı olarak, kullanılmasında azalma olabilir. Kasın çalıştırılması, yeni kaslar oluşmasına veya kas sayısının artmasına değil, var olan kasın boyutunun artmasına neden olur.
5.Hayvanlarda Hareket Türleri Hayvanlarda farklı hareket türleri vardır. Su üzerinden veya içinde hareket eden yüzücü hayvanların sürtünme ile uğraşmaları gerekir. Sucul omurgalılar arasında, su içinde hareket, vücudun bir kısmı veya bütünüyle suyun itilmesine bağlı olarak gerçekleşir. Birçok omurgalıların vücudunu dalgalandırarak veya sadece kuyruğunu oynatarak vücudunu ileri doğru iter (Şekil 47.20). Diğerleri ise kol ve bacaklarını yani ekstremitelerini kullanarak yüzerler.
Karasal harekette ise hayvanlar öncelikle yerçekimi ile ilgilenmek zorundadırlar. Çoğu kara hayvanları öncelikle bedenlerini kaldırmak ve sonrasında kaldırdıkları bedeni taşımak zorundadırlar. Bunun için onları taşıyan ve zemine uzanan, uzantılara ihtiyaç duyarlar. Bu uzantılar ile zemin karşı baskı uygular ona basarlar. Karasal hayvanlar yürümek veya koşmak içinde aynı mekanizmaları kullanırlar. Uçan hayvanlar ise destek için doğrudan havayı kullanırlar. Kanatları ile havayı karşıya ve aşağı iterler. Böylece havada kalır ve ileri giderler. Havayı yukarı itmekle de daha büyük kuşlar, bir basınç farkı oluşturmayı sağlarlar bunun için dışbükey kanatlara sahiptirler ve onları kullanırlar. Yani uçma ve kayma hareketi ile yol alırlar. Her iki durumunda birbirine yakın zamanlarda evrimleşmiş olduğu düşünülür. İhtimal aynı evrim yolları sonucu bu oluşum meydana gelmiştir.
BAĞIŞIKLIK SİSTEMİ 1.Doğal olarak gelişen/varolan bağışıklık sistemi, tanıma ve cevap verme yeteneğine sahip bir sistemdir. Bu özelliğini bilinen, ortak/yaygın patojenlere karşı geliştirmişlerdir. Canlılar bu sitemi kullanır ve buna güvenirler (Şekil 43.Giriş) Omurgasız ve omurgalı her iki grup canlı tipinde de doğuştan, atadan gelen bağışıklık, hücre bazında fiziksel ve kimyasal engelleri kullanarak hareket eder. Böylece canlının savunma sistemini oluşturur ve geliştirir. Bağışıklık sistemi tüm hayvanlar için doğuştan gelen, ek olarak omurgalılar için hayatları boyunca karşılaştığı farklı patojenlere bağlı olarak geliştirilebilen bir sistemdir (Şekil 43.2 ve 43.4).
Diğer bir değişle doğuştan gelen bağışıklık, patojenlerin en yaygın karşılaşılan sınıflarında var olan/yer alan spesifik proteinlerin tanınmasına dayanır. Canlıya gelen/bulaşan mikroplar bağışıklık sistemi hücre bariyerleri ile karşılaştıklarında, mikrobun yüzeyinde bulunan özel proteinler yardımıyla tanınır ve ayırt edilirler. Bağışıklık sistemi hücrelerine nüfüz eden bu mikroplar, fagosit (phagocytes) hücreleri tarafından yüzeylerindeki özel proteinler yardımıyla tanınır, yakalanıp yok edilirler (Şekil 43.3).
Memelilerin doğuştan gelen bağışıklık sisteminde, savunma sırasında, makrofaj zarları yüzeylerinde ki labut benzeri tanıma reseptörleri (Toll like receptors,tlr ) omurgalılarda, viral, bakteriyal ve mantar kökenli patojenlerin tanınmasında görev alan öncül-ilk moleküller olarak tespit edilmişlerdir. Bu tespiti içeren araştırma 2011 yılında fizyoloji dalında nobel ödülü almıştır (Şekil 43.6).
Omurgalılarda bu sistemde hem makrofajları hem de dendritik hücreler yer alır. Bunlara ek olarak Virüs ile enfekte olmuş omurgalılarda, bu hücrelerin ölümünü indükleyebilen/tetikleyen/uyaran doğal öldürücü hücreler (Natural Killer Cells) yer alır (Şekil 43.7). Bu sayede virüs içeren, enfekte hücrelerin ölmesini sağlarlar. Yine omurgalılarda bu hücrelere ek olarak tamamlayıcı sistem (Complement System) proteinleri; interferonlar ve diğer antimikrobiyal peptitler üretilir ve patojenlere karşı kullanılır.
Inflamatuvar yanıt (yangısal yanıt, inflammatory response), histamin ve diğer kimyasal ajanlar yaralanma olan bölgedeki kan akışını düzenler ve bağışıklık sistemi hücrelerinin daha etkili olmasını sağlarlar. Patojenler bazen doğal bağışıklıktan kurtulurlar. Örneğin bazı bakteriler, sahip oldukları kapsülleri sayesinde bağışıklık sistemince tanınamaz ve sindirilmekten kurtulurlar.
2.Kazanılan bağışıklık, patojene özel reseptörler geliştirme ve tanıma Kazanılan bağışıklık kemik kök hücrelerinden türevlenen iki tip limfosit hücresi ile ortaya çıkar. Bunlar kemik iliğinden üretilen (Bone marrow) B ve Timus tan üretilen T Limfositler (Lymphocytes) dir (Şekil) Bunlar yüzeylerinde yabancı moleküllere karşı tanıma reseptörler, moleküller, antijenler (Antigens) içeren hücrelerdir. Canlıda bulunan bütün reseptör moleküller bir tane B ve/veya T limfositin üzerinde yer alır.
Bununla beraber, canlıda yer alan milyonlarca T ve B limfosit karşılaştığı bütün yabancı moleküllere karşı antijenleri içerebilir. Enfeksiyon gerçekleştikten sonra T ve B hücreleri aktive olur ve bu özel patojene karşı harekete geçerler. Bazı T hücreleri diğerlerine yardım ederken, plazma hücreleri de denen B hücreleri, antibodi (Antibody) denilen, çözülebilir yapıda proteinleri üretirler (Şekil 43.9). Bu yapılar yabancı hücrelere bağlanarak onları işaretler (Şekil 43.10). Aynı zamanda bu yapı, hafızası olan T ve B limfositleri için yapılarına eklenmiş yeni patojen datasını oluşturur.
Böylece gelecekte aynı enfeksiyon ile karşılaşıldığında bağışıklık sistemi daha hızlı cevap verir. B hücreleri gelecekte bu patojenleri adına epitop ta denilen patojen hücre yüzeyi belirteçleri vasıtası ile patojeni hatırlar ve tanır, böylece kan ve/veya lenf dolaşım sisteminde yakalarsa müdehale edebilir hale gelmiştir. T Hücreleri ise bu epitoplarda yer alan küçük peptit dizilerini MHC molekülleri (major histocompatibility complex, MHC molecules) ile işaretleyerek tanır (Şekil 43.11 ve 43.12). Böylece KAZANILAN BAĞIŞIKLIK ortaya çıkar.
B ve T hücreleri dört farklı yolla gelişirler (Şekil 43.14). 1.Hücre bölünmesi 2.Hücre çoğalması 3.Kişisel dayanıklılık/tölerans 4.Bağışıklık hafızası Bölünme ve hafıza, her ikisi de klonlanarak (Değiştirilmeden/birebir aynı) diğer soya aktarılır (Şekil 43.15).
3.Kazanılmış bağışıklıkta enfeksiyon karşısında vücut hücrelerinin ve sıvılarının durumu; Yardımcı T hücreleri (Helper T Cells); yüzeylerinde sınıf II MHC molekülleri yardımıyla antijen taşıyan dendiritik hücreler, makrofajlar ve B hücreleri,bu yardımcı T hücrelerine antijen parçası vasıtasıyla bağlanırlar (Şekil 43.16). Böylece aktif T hücrelerinden sitokinlerin (cytokines) salınmasını uyarırlar/indüklerler.
Bağışıklık sistemi aracılığıyla aktif halae geçen sito-toksik (Cyto-toxic) T hücreleri de enfeksiyona neden olan hücrelerin yıkımını tetikler (Şekil 43.17).
Humoral bağışıklık cevabı (Vücut sıvıları ile bağışıklık) antibodiler yardımıyla antijenleri elemine eder/ etkisiz hale getirir ve makrofaj hücrelerini uyarır ve lizizi başlatır (Şekil 43.198 ve 43.19).
Kazanılmış bağışıklığın gelişmesi; enfeksiyona karşı oluşan cevaplar 3 şekilde olur. 1.Nötralizasyon (Etkisizleştirme) 2.Opsanizasyon (Opsanize etme, fagosite olmasına yol açma) 3.Karmaşık zar tamamlayıcı sistemlerini ve hücre porlarını, geçitlerini aktif hale getirmektir. Bunlara immunizasyon adı da verilir (Bağışıklık). Kazanılmış bağışıklığı genel olarak özetlersek; vücut sıvıları içinde B limfositler, vücut hücrelerinde T limfositler vasıtasıyla çalışır. Her iki hücrede karşılaştığı yabancı enfeksiyonu öğrenir ve hafızasına alır (Şekil 43.20).
Bağışıklık sistemi kompleks bir mekanizmadır. Burada ortaya çıkan uyumsuzluklar, alerjileri, oto-immün hastalıkları ve doku organ transferlerini üzerine verilen red ve/veya anafilaktik tepkileri tetikler ve/veya ortaya çıkarır (Şekil 43.22 ve 43.23). Bu bazı durumlarda bu durumlar öldürücü sonuçlar doğurabilir. Dokuların veya hücrelerin bir insandan diğerine transferi ve bu sırada alıcı vücut tarafından ret edilmesi, doku ve organ naklini güçleştirmektedir. Bu doku ve organ nakillerinde görülen reddedilme hadisesinin sebeblerinden biri MHC molekülleri vasıtasıyla bağışıklık sistemi hücrelerinin uyarılması ve/veya doğrudan kemik iliği kökenli limfosit hücrelerinden kaynaklanabilir
Kaynaklar Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Unit 7, Part:43, p: 946-970 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 47, p:961-981. The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020.