HÜCRE KONUSU | TAM ANLATIM

A. Hücrenin Keşfi ve Bilim İnsanlarının Katkıları
1665 yılında Robert Hooke (Rabırt Huk) şişe mantarından kesit alıp incelendiğinde, hücre adını verdiği boş odacıkları görmüştür.
Leeuwenhoek insandaki kan hücrelerini ilk kez gözlemleyerek tanımlamıştır.
1855 yılından Rudolp Virchow (Rudolf Virşov)’un eklediği bilgilerle hücre teorisi ifade edilmiştir.

Hücre teorisine göre;
•Bütün canlılar bir ya da daha fazla hücreden meydana gelmiştir.
•Hücreler canlının yapısal ve işlevsel birimidir.
•Yeni hücreler var olan hücrelerin bölünmesi sonucu meydana gelir.
Sonraki yıllarda yapılan çalışmalarla hücre teorisine ek olarak;
•Hücreler kalıtım materyalleri içerir ve bunu ana hücreden yavruya aktarır.
•Tüm metabolik olaylar hücrede gerçekleşir.

B. Hücre Yapısı
Canlının canlılık özelliğini gösteren en küçük birimi hücredir. Canlı türlerinde hatta bir türün bireylerinin farklı dokularındaki hücreler, şekil ve büyüklük açısından farklılık gösterir.
Hücrenin yapısında su ve minerallerle birlikte protein, lipit, karbonhidrat ve nükleik asitler bulunur.
Hücreler yapılarına göre, prokaryot ve ökaryot hücre olarak ikiye ayrılır.
Prokaryot hücrede zarla çevrili çekirdek ve organelleri bulunmaz. Arkeler ve bakteriler prokaryot hücre yapısındadır.
Ökaryot hücrede, zarla çevrili çekirdek ve organelleri bulunur. Protistler, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar ökaryot hücrelerden oluşmuştur.
Ökaryot bir hücre, hücre zarı, sitoplazma ve çekirdek olmak üzere üç kısımdan incelenir.

1. Hücre Zarı
Hücre yapı ve işlevleri zarla doğrudan ilişkilidir. Hücre zarı, protein, lipit ve karbonhidrat moleküllerinden meydana gelir.
1972 yılında geliştirilen “akıcı mozaik zar” modeline göre zar yapısında hareketli iki sıra lipit tabakası bulunur. Lipit tabakasına gömülü proteinler yer değiştirebilmektedir. Proteinlerin sayısı ve dağılımı hücreden hücreye farklılık gösterir. Bu proteinler zardan maddeye geçişinde rol alır.

Hücre zarında bulunan glikoprotein, glikolipit ve lipoproteinlerin miktarı ve dağılımı hücreye özgünlük kazandırır. Glikoprotein molekülleri; hücrelerin birbirini tanımasında, hücre zarının seçici geçirgenliğinde ve hormonların alınmasında görevlidir. Hücre zarındaki proteinlerin, taşıma, enzimatik aktivite, sinyal iletimi, hücreler arası bağlantı, hücre iskeletinde de işlevleri vardır.

•Hücre zarı madde giriş-çıkışını düzenleyen, canlı, esnek, yarı akışkan, yüzeyi değişimlere uğrayabilen bir yapıdadır.

•Küçük moleküller (O2, CO2, glikoz) büyük moleküllere (nişasta, protein) göre,

•Nötr maddeler iyonlara göre,

•Negatif iyonlar, pozitif iyonları göre,

•Yağı çözen maddeler (alkol, eter, kloroform vb.) hücre zarının yapısını bozduğundan yağı çözemeyenlere göre,

•Yağda çözünen maddeler (A, D, E ve K vitaminleri) hücre zarından kolaylıkla geçer.

Hücre Zarından Madde Geçişleri

Hücre bulunduğu ortamdan madde alış verişi yaparak canlılığını sürdürür. Hücre zarından küçük boyutlu maddelerin geçişi hücrenin enerji kullanıp kullanılmamasına göre pasif ve aktif taşıma olarak iki şekilde gerçekleşir. Hücre zarından geçemeyen büyük moleküllerin hücre içine ve hücre dışına taşınması endositoz ve ekzositoz ile olur.

1. Pasif Taşıma

Küçük moleküllerin hücre zarından enerji harcanmadan taşınmasıdır. Taşıma çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğrudur. Yoğunluk eşitleninceye kadar devam eder. Hem canlı hücrelerde hem de cansız ortamlarda görülür.

A. Difüzyon

Bir çözeltideki çözünen maddelerin derişimlerinin fazla olduğu ortamdan az olduğu ortama doğru yayılmasına difüzyon denir. Moleküllerin hareketine bağlı bir olaydır.

Bu hareket maddenin, katı, sıvı ve gaz oluşuna göre değişir. Enerji harcanmaz. Enzim görev yapmaz.

Sıcaklık, molekül büyüklüğü, iki ortam arasındaki yoğunluk farkı, zardaki por sayısı, zar yüzey genişliği, maddenin halleri difüzyon hızını etkileyen faktörlerdir.

B. Kolaylaştırılmış Difüzyon

Suda çözünen bileşikler, taşıyıcı proteinler yardımıyla zarın diğer tarafına geçer. Enerji harcanmaz. Glikoz, galaktoz, fruktoz ve amino asitlerin çoğu hücre zarından kolaylaştırılmış difüzyonla geçer.

C. Ozmoz

Ozmoz, suyun seçici geçirgen zardan difüzyonudur.

Aralarında yarı geçirgen bir zar bulunan farklı yoğunluktaki iki sıvıdan, derişimin fazla olduğu taraf suyun bulunduğu yani derişimin düşük olduğu tarafa bir emme kuvveti uygular. Bu emme kuvvetine ozmotik basınç denir. Suyun geçiş yönü ozmotik basıncın yüksek olduğu tarafa doğrudur. Hücre içi madde derişimi arttıkça ozmotik basınç artar, hücre ortamdan su alır.

Eşit olmayan derişimlerdeki iki çözeltiden, yüksek çözünen derişime sahip olana hipertonik, düşük olana hipotonik çözelti denir. Derişimleri eşit olan çözeltiler ise izotoniktir.

Hipertonik çözeltide tutulan hücrelerin su kaybedip büzülmesine plazmoliz denir.

Plazmoliz olmuş hücre hipotonik ortamda tutulursa eski haline döner. Buna deplamoliz denir.

Hipotonik ortamda uzun süre tutulan hayvan hücresi aşırı su alarak patlayabilir. Bu olaya hemoliz denir. Bitki hücreleri, hücre duvarı bulunduğundan hemoliz olmaz.

Turgor: Hipotonik ortamdaki bitki hücreleri su alarak şişer. Bunun sonucunda kofullar büyür ve sitoplazma gerginleşir. Hücre duvarına doğru sitoplazma itilir, su hücre çeperine basınç uygular. Bu basınca turgor basıncı denir. Turgor basıncı ozmotik basınçla ters orantılı olarak değişim gösterir, aradaki farka emme kuvvetidenir.

Turgor basıncı otsu bitkilerde diklik ve desteklik sağlar. Bitkilerde stomaların açılıp kapanmasında da etkilidir.

Hayvan hücresinde turgor durumu hücre için zararlı olabilir. Hayvan hücrelerinde hücre duvarı olmadığı için turgor durumunda hücrenin bir süre sonra patladığı görülür.

Çözünmüş madde moleküllerinin (glikoz, üre vb.) seçici geçirgen zardan difüzyonuna diyaliz denir. Böbrek yetmezliği olan insanlarda ürenin kandan süzülmesi diyaliz makineleri ile sağlanır.

2. Aktif Taşıma:

Canlı hücrelerde enerji harcanarak, madde moleküllerinin derişiminin az olduğu ortamdan çok olduğu ortama hücre zarından taşınması aktif taşımadır. Taşıyıcı maddeler ve taşıyıcı enzimler görev alır.

Hücre içi madde yoğunluğu ile dış ortam arasında eşitlik varsa maddeler yine aktif taşıma ile hücre içine alınabilir.

Büyük moleküllerin hücre içine ve hücre dışına taşınması endositoz ve ekzositoz ile olur. Hücre bu olaylar sırasında enerji harcar.

Endositoz

Hücre zarından geçemeyen büyük moleküllerin koful oluşturularak hücre içine alınmasına endositoz denir. Endositoz hayvan hücrelerinde gerçekleşirken bitki hücrelerinde görülmez. Endositoz ikiye ayrılır.

a. Fagositoz: Büyük moleküllü katı maddelerin hücre içine alınmasıdır. Maddeler hücre zarından dışarı doğru oluşturulan yalancı ayaklarla alınarak besin kofulu oluşur. Besin kofulu içinde madde sindirilir, sitoplazmaya geçer.

b. Pinositoz: Hücre zarından geçemeyecek büyüklükteki suda çözünmüş maddelerin bir cep yardımıyla hücre içine alınmasıdır.

Akyuvarların mikropları sindirmesi fagositoz, hormonlar ve antikorların hedef hücreler alınması ise pinositozla gerçekleşir.

Ekzositoz

Hücre içine alınan moleküllerin sindirilemeyen atıklarının, salgı hücreleri tarafından salgılanan maddelerin, koful içinde hücre dışına atılmasına ekzositoz denir. Enerji gerektirir. Ekzositoz salgı yapan tüm hücrelerde görülür.

Hücre içine ve hücre dışı maddelerin dengesinin sürekli korunması, kararlı bir ortam sağlanması homeostazidir.

Hücre içi homeostazinin sağlanmasında, aktif ve pasif taşımayla metabolizma atıklarının atılması, gereksinim duyulan organik ve inorganik maddelerin alınması etkili olur.

2. Hücre Duvar

Bitkilerde, bazı alglerde, bakterilerde ve mantarlarda bulunur. Hücre zarının koruyuculuğunu ve dayanıklılığını arttırır. Hücreye şekil verir, cansızdır. Bitki hücrelerinde selüloz yapıdadır.

3. Sitoplazma

Hücre zarı ile çekirdek arasını dolduran koyu kıvamlı kolloidal bir sıvıdır. Bu sıvıda organeller, organik ve inorganik maddeler, atık ürünler bulunur. Sitoplazma hücrenin yaşamsal olayların gerçekleştiği yerdir.

Organeller

Organeller hücrenin canlı kısmını oluşturur. Yapıları, şekilleri ve görevleri birbirinden farklılık gösterir.

Bu organeller; ribozom, endoplazmik retikulum golgi cisimciği, lizozom, mitokondri, plastitler koful, hücre iskeleti sentrozomdur.

Ribozom

Protein ve rRNA’dan oluşmuş zarsız bir organeldir. Tüm canlı hücrelerde bulunur, protein sentezini gerçekleştirir. Sitoplazmada serbest halde, çekirdek ve endoplazmik retikulum zarı üzerinde, kloroplast ve mitokondri organelleri içinde bulunur.

Her hücrenin ribozom sayısı bulunduğu doku tipine, işlevine, hücre bölünmesine bağlı olarak değişir.

Endoplazmik Retikulum (E.R.)

Ökaryot hücrelerde, çekirdek zarı ile hücre zarı arasında uzanan, yapı ve özelliği hücre zarına benzeyen kanalcık ve borucuk sistemidir.

Üzerinde ribozom bulunduranlara granüllü E.R denir. Ribozomlarda sentezlenen proteinler E.R’ de yapısal değişikliğe uğratılarak işlevsel hale gelir. Zara protein ve fosfolipid ekleyerek zarı büyütür.

Üzerinde ribozom bulunmayanlara granülsüz E.R denir. Lipit ve karbonhidrat sentezi yapan hücrelerde miktarı fazladır. Kas hücrelerinde kalsiyum depolar. Karaciğer hücrelerinde ilaçların etkisiz hale getirilmesinde rol oynar.

Golgi Cisimciği

Zarla çevrili disk şeklinde üst üste dizilmiş yassı keselerden oluşmuştur. E.R’den gelen maddeler (lipit, karbonhidrat, protein) işlenir, görevlerine göre sınıflandırılır, kesecikler halinde sitoplazmanın sıvı kısmına bırakılır.

Lipoprotein, glikoprotein, glikolipit, mukus, sindirim enzimleri gibi maddelerin üretilip salgılanmasında rol oynar. Hücre çeperi ve bölünme plağı oluşumunda etkilidir.

Lizozomlar

E. Retikulum ve golgi cisimciğinden oluşan içi sindirim dolu zarlı organeldir. Hücrenin fagositoz ve pinositozla aldığı besinleri sindirir.

Yaşlanmış, bozulmuş hücrelerde, bazı hastalık durumlarında hücre içi kontrol mekanizması bozulduğundan lizozom enzimleri serbest kalır ve hücre içeriği parçalanır. Bu olaya otoliz denir.

Kurbağa larvalarında kuyrukların kopması, bazı kanserleşmiş hücrelerin yok edilmesi, yılanlarda deri değiştirme durumlarında hücreler lizozomları tarafından kontrollü olarak yok edilir.

Mitokondri

Arkeler, bakteriler ve memeli alyuvarları dışında oksijenli solunum yapan tüm hücrelerde bulunur.

Çift zarlıdır. Dıştaki zar düz ve esnektir. İçteki zar ise krista adı verilen kıvrımlardan oluşur. Kıvrımların arası matriks adı verilen sıvı ile doludur. Matriks içinde DNA, RNA ve ribozom bulunur. Mitokondriler kendine özgü DNA’ları sayesinde kendini eşleyebilir.

Hücrenin enerji santralidir. Oksijenli solunumla ATP üretir. Sinir, kas ve karaciğer gibi hücrelerde sayısı fazladır.

Plastitler

Plastitler bitki hücreleri, alglerde ve bazı protistlerde bulunan organeldir. Yapılarında çeşitli renk maddelerini (pigment) bulundurur. Yapı ve görevlerine göre üçe ayrılır.

a.Kloroplastlar

Fotosentezle ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü ve serbest oksijenin üretildiği organeldir.

Kloroplast çift katlı zar ile çevrilidir. Stroma ve grana olmak üzere iki kısımdan oluşur. Stromada DNA, RNA, ribozom ve fotosentez enzimleri bulunur. Kendi enzimlerini sentezleyebilir ve kendi kendini eşleyebilir. Grana stromaya gömülmüş disk (tilakoit) ve bunları birbirine bağlayan lamellerden oluşmuştur. Granumlar arasında klorofiller bulunur.

b.Kromoplast

Birçok çiçeğe, olgun meyvelere ve sonbaharda yapraklara sarı (ksantofil), turuncu (karoten), kırmızı (likopen) rengini veren pigmentlere sahip plastitlerdir.

Yeşil renkli yaprakların sararması kloroplastların, kromoplastlara dönüşmesi ile olur.

c. Lökoplast

Bitkinin kök, tohum, meyve ve toprak altı gövdesi gibi depo organlarının hücrelerinde bulunan renksiz plastitlerdir. Nişasta, yağ ve protein depolar. Uzun süre ışık alırsa kloroplasta dönüşebilir.

Koful

Endoplazmik retikulum veya golgi cisimciğinden oluşabilen tek zarla çevrili içi sıvı dolu keseciklerdir. Bitki ve hayvan hücrelerinde kofullar yapı ve görev bakımından farklılık gösterir. Hayvan hücrelerinde kofullar bitki hücrelerine göre küçük ve çok sayıdadır. Olgun bitki hücrelerinde genelde tek ve merkezi bir koful bulunur. Şeker ve amino asitlerin geçici depo yeridir. Antoksiyan gibi çiçeklere renk veren maddeler bulundurur. Organik atıklar için geçici depo görevi yapar. Bazıları sindirim enzimi içerir ve lizozoma benzer görev yapar.

Tatlı sularda yaşayan ökaryot tek hücrelilerde bulunan kontraktil koful hücreye giren fazla suyun dışarı atılmasını sağlar.

Hücre İskeleti

Özellikle çeperden yoksun hayvan hücrelerini mekanik olarak destekler ve biçimini korur. Birçok organel ve sitoplazmik enzim molekülünü yerli yerinde tutar. Mikrofilament, mikrotübül ve arafilament gibi üç temel yapıdan oluşur.

Mikrofilament: Aktin proteinlerinden oluşur, ince, esnek yapıda ve birkaç mikrometre uzunluğundadır.

Kas doku liflerinin kısalıp uzamasında, hücre yüzeyinde fagositoz ve besinlerin emilimi gibi işlevleri sağlayan uzantıların çoğunda mikrofilamentler etkilidir.

Ara filamentler: Proteinlerden oluşmuş iplik şeklindeki yapıların birbiri üzerinde sarılmasıyla oluşur. Hareketli değildir.

Hücre şeklinin ve hücre içi yapıların sabitlenmesinde görev alır. Deri, saç, tırnak gibi yapılarda kreatin yapılı ara filamentler bol bulunur.

Mikrotübül: Tübülin proteinlerinden oluşan bu yapılar sert, içi boş çubuk şeklindedir. Hücre şeklinin belirlenmesinde hücrelerin ve hücre içindeki organellerin yer değiştirmesinde, hücre bölünmesinde kromozomların ayrılmasında görev alır.

Sentrozom ve Sentriyoller

Hayvan hücrelerinde, ilkel yapılı bitki hücrelerinde çekirdeğe yakın yerde bulunur. Silindir şeklinde birbirine dik duran iki sentriyolden oluşur. Protein yapılı sentriyollerin her biri dokuz adet üçerli mikrotübülden oluşur.

Sentriyoller hücre bölünmesi öncesinde eşlenerek iki katına çıkar, mikrotübülleri oluşturur. Bu tübüller kromozomların hareketini sağlayan iğ iplikleri olarak görev yapar

Siller ve Kamçılar

Ökaryot hücrenin hareketini sağlayan yapılardır. Mikrotübül yapıda olmasıyla sentriyollere benzer.

Siller hem bir hücreli hem de çok hücreli canlılarda bulunur. Genelde çok sayıda kısa uzantılardır.

Kamçılar, sillerden daha uzundur. Hücrede bir ya da iki tane bulunur.

Prokaryot hücrelerde bulunan sil ve kamçılar mikrotübül içermez.

4. ÇEKİRDEK

Çekirdek, hücrenin hayatsal faaliyetlerinin kontrol edildiği, kalıtsal bilgilerin depolandığı ve hücre çoğalmasının kontrol edildiği hücre yapısıdır. Hücrenin hangi yönde farklılaşacağını belirler. Çekirdek büyüklüğü ile sitoplazma kütlesi arasında belirli bir oran vardır. Genellikle bir hücrede bir çekirdek bulunur. Ancak bazı hücre türlerinde birden fazla çekirdek bulunur.

Çekirdek; dört bölümden incelenir.

Çekirdek zarı: Çekirdeği hücrenin diğer kısımlarından ayıran bir zardır. Çift katlı yapıda olan bu zar ER ile bağlantılıdır. Hücre bölünmesi sırasında kaybolup, sonra yeniden oluşur. Zar üzerinde porlardan madde geçişi düzenlenir.

Kromatin: Çekirdekte bulunan DNA proteinlerle birlikte kromatini oluşturur. İpliksi yapıda doğrusal olan kromatinler hücre bölünmesi sırasında yoğunlaşarak kromozomları oluşturur. Bir kromozom iki kromatit taşır. Canlının kalıtsal karakterlerini genlerle taşıyan kromozomlar hücrelerde türe özgü sayıda bulunur.

Çekirdekçik: Çekirdek sıvısında yoğunlaşmış protein ve rRNA’ dan oluşan çekirdekçik bulunur. Sayısı ve büyüklüğü canlının türüne göre değişir. Hücre bölünmesi sırasında çözünür, daha sonra yeniden oluşur.

Çekirdek plazması: Sitoplazmaya benzer, fakat çözünmüş madde ve nükleik asit bakımından daha yoğundur.

HÜCRELERİN KARŞILAŞTIRILMASI

A. Prokaryot ve Ökaryot Hücreler

Prokaryot ve ökaryot hücreler temel özellikleri bakımından benzerdir. Her iki hücre yapısında da hücre zarı, sitoplazma ve kalıtım materyalleri bulunur. Bununla birlikte bazı farklılıklar da gözlenebilir.

Ökaryot hücrelerde, DNA çekirdekte yer alır ve zarlı organeller bulunur. DNA molekülü doğrusaldır.

Prokaryot hücrelerde, DNA’yı sitoplazmadan ayıran zar yoktur. Ribozom haricinde organel bulunmaz. Tüm prokaryotlarda hücre zarı üzerinde hücre duvarı bulunur. Çoğunda hücre duvarı dışında, organizmanın yüzeye yapışmasını sağlayan kapsül bulunur. Prokaryotların çoğu kamçıyla hareket eder ve her yerde rastlanabilir. Ökaryotlara oranla genomları basit ve DNA’ları halkasal yapıdadır. Yaşamsal olayları sitoplazmadaki enzimler tarafından yürütülür. Prokaryotlar hızlı üreme ve adaptasyon yeteneğine sahiptir.

Prokaryottan Ökaryota

Prokaryotlar ile ökaryotlar arasında büyük oranda gen benzerliği bulunur. Bilim insanları ökaryotların prokaryotlardan farklılaştığı düşüncesindedir.

Ökaryotlarda çekirdek zarının oluşumuna ait görüşlerden biri; prokaryot hücre zarının, kromozomu da içine alacak biçimde katlanması ve oluşan yapının hücre zarında ayrılarak çekirdek zarını oluşturduğu yönündedir.

Ökaryot hücrede çekirdek dışında kendine ait DNA’sı bulunan kloroplast ve mitokondrilerin oluşumuna ilişkin endosimbiyozis hipotezi ileri sürülmüş. Bu hipoteze göre; oksijenli solunum yapabilen ya da fotosentez yapabilen prokaryotik hücreler, çekirdeği bulunan ilkel ökaryot hücreye girerek sindirime direnç gösterip, konakçı hücre içinde simbiyotik olarak yaşadığını ve sonunda birbirlerinden ayrılmayarak tek bir ökaryot organizma haline geldiği savunulur.

Bir Hücreden Çok Hücreye

Bazı tek hücreli ökaryot canlılar çok hücreli kümeler oluşturur.

Pandorina kolonisi (16 hücreli): Hücreler arasında özelleşme ve iş bölümü yoktur.

Eudorina kolonisi (32 hücreli): Kamçılı bir kolonidir.

Volvoks kolonisi (8000-40000 hücreli): Koloniyi oluşturan hücreler arasında özelleşme ve iş bölümü vardır. Üremeden, fotosentezden, hareketten sorumlu hücreler bulunur. Farklılaşma ileri düzeyde olmadığı için doku oluşumu görülmez.

Kolonilerde giderek artan hücre özelleşmeleri koloni topluluğundan gerçek çok hücrelilere geçişi sağlamıştır. Bu özelleşme ve farklılaşma çok hücrelilerde doku-organ-sistem düzeyinde bir organizasyona doğru gerçekleşmiştir.