Genel Biyoloji 1 Dersi 2. Ünite Özet

Hücre Kavramı

Canlı kavramı içinde yer alan her varlık hücreden ya da hücrelerden meydana gelir. Canlılığın temel yapı ve fonksiyon birimi hücredir. Hücreler zarla çevrili bir çekirdeğe sahip olup olmamalarına göre prokaryot ve ökaryot hücreler olarak iki gruba ayrılır. Prokaryota terimi eski Yunancadaki pros; ilk, karyon; çekirdek anlamına gelmektedir. Prokaryot hücrelerin genetik materyali DNA molekülü nükleoid olarak adlandırılır ve hücre içinde nukleus oluşumu görülmez.

Prokaryot Hücre

Prokaryot hücreler zarla çevrili bir çekirdekleri olmayan hücre tipleridir. Çekirdek materyalleri serbest olarak protoplazma ile karışmıştır. Prokaryot hücrelerde endoplazmik retikulum, golgi cisimciği, ve mitokondri gibi çift zarla çevrili organeller yoktur. Prokaryot hücrelerde çift zarla çevrili organeller bulunmaz. Prokaryot hücreler çeşitli biçimlerde olabilirler (çubuk, küre, spiral gibi). Boyları 1-10 mikron kadardır. Işık mikroskobu ile görülebilir, kolayca üretilebilirler. Prokaryotlar tek veya koloniler halinde yaşarlar. Bu özellikteki hücrelere en iyi örnekler bakteriler ve siyanobakteriler (mavi-yeşil algler)’dir. Hücre zarları protein, lipit ve polisakkaritlerden oluşur. Bu zar, bazı kısımlarında içe doğru çökerek mesosomları oluşturur, mesosomlar ökaryotlardaki mitokondriler gibi iş görürler (S:26, fiekil. 2.1.).

Ökaryot Hücre

Ökaryot hücreler belirlenmiş bir çekirdeğe sahip hücrelerdir. Prokaryotlardan farklı olarak çift zarla çevrili organellere sahiptirler. Ökaryot hücrelerin bitki ve hayvan hücresi olmak üzere iki temel tipi vardır ve bunları farklı kılan bazı özelliklere sahiptirler. Bitki hücrelerinde plazma zarının dışında bir de selülozdan oluşmuş hücre duvarı bulunur. Ayrıca fotosentez görevini yürüten kloroplast ve çeşitli maddelerin sentezi ve depolanmasından sorumlu plastidler de vardır. Bitki hücrelerinde ayrıca fonksiyonel vakuol (koful) adı verilen boşluklar da bulunur. Buna karşılık hayvan hücrelerindeki sentriol ve aster iplikleri bitki hücrelerinde bulunmaz (S:27, Şekil 2.2. ve 2.3.). Bitki hücrelerinin bölünmeleri sırasında oluşan hücre plağı denilen bir yapı da bitkilere özgüdür.

Hücre Membranı (Hücre Zarı)

Bütün hücreler sitoplazmalarının çevresinde bütünlüğü korumak için hücre zarı (plazma zarı) ile çevrelenmişlerdir. Hücre zarı, protein ve lipitlerden az miktarda da karbonhidratlardan oluşmuştur. Zarlarda yer alan karbonhidratlar, lipitlere bağlı halde bulunan ya glikolipit ya da glikoprotein halindedirler. Hücre membranında ayrıca kolesterol molekülünün yanında potasyum, sodyum, magnezyum, kalsiyum gibi iyonlar da bulunmaktadır. İki tabaka halinde ve çoğunlukla fosfolipitlerden oluşmuştur. Yağların hidrofil grupları dışa, hidrofob olan tarafları ise içe, birbirine dönüktür. Zar proteinleri çift lipit tabakasının arasına yer yer, boydan boya uzanarak yerleşmişlerdir. Ancak yerleri sabit değildir ve görevleri sırasında hareket ederek yer değiştirebilmektedirler. Buna akıcı mozaik zar modeli adı verilmektedir (S:28, Şekil 2.4.).

Zarlarda bulunan karbonhidratlar hekzozlar, hekzozaminler ve siyalik asit biçiminde bulunurlar. Bunlar ya zar proteinlerine ya da lipitlerine bağlıdırlar. Karbonhidrat molekülleri hücre zarından dışarı doğru uzantı yaparlar. Bu karbonhidratlı yapı hücre zarını bir örtü gibi dıştan sarar. Bu yapıya glikokaliks adı verilir.

Hücre Zarından Maddelerin Geçişi: Hücre kendisi için gerekli olan su, oksijen, besin vb. gibi gereksinim duyduğu molekülleri çevresinden alır. Atık maddeleri ve kendisine gerekli olmayanları da dışarı verir. Bu şekilde iç ortamının iyon dengesini korur. Zar böylece seçici olarak bazı molekülleri içeri alır, bazılarını dışarı verir. Bu zarın seçici geçirgen (selektif permeabl) özelliğinden ileri gelir.

Küçük moleküllerin hücre zarından geçişi difüzyon, osmoz, kolaylaştırılmış difüzyon, aktif transport; makromoleküllerin geçişi ise endositoz (fagositoz, pinositoz) ve ekzositoz ile olmaktadır. Membrandan iyonların geçişi iyon kanalları yani transport proteinleri sayesinde gerçekleştirilir.

• Difüzyon: Çözünmüş maddelerin, yoğunluğu yüksek olan bölgeden düşük olan bölgeye pasif olarak yayılmalarıdır.
• Kolaylaştırılmış Difüzyon: Difüzyonun bir çeşidi de kolaylaştırılmış difüzyondur, ancak bu difüzyon çeşidinde, hücre zarında bulunan özel taşıyıcı proteinler (permeazlar) rol oynarlar.
• Aktif Taşınma: Difüzyonun tersine çözünmüş maddelerin yoğunluğun az olduğu taraftan çok olduğu tarafa enerji kullanarak geçişleridir.
• Osmoz: Su moleküllerinin geçirgen bir zardan yüksek konsantrasyondan, düşük su konsantrasyonuna difüzyonudur.
• Büyük Moleküllerin Hücre İçine Alınması: Büyük moleküller, hücreye hücre zarı ile beraber alınırlar. Bu yolla hem katı hem sıvı makromoleküller etrafları plazma zarı ile çevrili olarak geçiş yaparlar. Büyük moleküllerin hücreye girişine endositoz, çıkışına ise ekzositoz denir. Endositozla hücre içine alınan moleküllerin etrafı mutlaka plazma zarı ile çevrilidir ve bu sitoplazmik vakuole endozom adı verilir. Endositoz fagositoz ve pinositoz olmak üzere iki tiptir.

Sitoplazma

Hücrenin içinde bulunan zar sisteminin arasındaki boşlukları dolduran kısım sitoplazmadır. Sitoplazma, heterojen yapıda, ne katı, ne sıvı bir kolloid sistemdir. Sitoplazmaya, sitoplazmik matriks de denilir.

Organeller: Hücrede özelleşmiş işlevler ve kimyasal reaksiyonlar organel adını verdiğimiz özelleşmiş yapılarda gerçekleştirilir. Ayrıca bir hücre içi zar sistemi oluşmuştur. Bu zar sistemi ile hücrenin içinde birbirinden bağımsız çalışan bölümler oluşturulur. Bu sistem içinde endoplazmik retikulum, golgi kompleksi ve çekirdek zarı yer alır.

• Endoplazmik Retikulum (ER): Hücre içi zar sisteminin büyük bir kısmını endoplazmik retikulum oluşturur. Eritrositler hariç tüm ökaryot hücrelerde bulunur. Endoplazmik retikulum membran sistemi, hücrenin içinde her yönde dallanmış, yassılaşmış keseler biçiminde, bir ağ şeklindedir. Endoplazmik retikulum genelde çekirdek ve golgi aygıtı arasında yer alır. Hücreden hücreye ve hücrelerin fizyolojik durumlarına göre kanal ve keselerin diziliş ve miktarları değişebilir. Çok fazla protein sentezi yapan hücrelerde kanallar genişlemiş olarak gözlenir. Endoplazmik retikulum zarları ile çevrili olan yapılara sisterna adı verilir.
• Ribozomlar: Hem prokaryot hem de ökaryotlarda bulunurlar. Ribozomlar ribonükleik asit ve protein ünitelerinden yapılmıştır, lipit ve polissakkaritleri içermezler. Görevi protein sentezinde mRNA daki bilgiyi aminoasit dizisi şekline dönüştürmektir. Hücrede serbest ve endoplazmik retikulumun dış yüzeyinde bağlı olarak iki şekilde bulunurlar. Elektron mikroskop resimlerinde koyu yuvarlak granüller şeklinde gözlenmektedir. Serbest ribozomlar sitosolde tek tek veya gruplar şeklinde (polizom=poliribozom) bulunurlar. Sitoplazmik önemli proteinlerin yapımından sorumludurlar. Bağlı ribozomlar daha çok vezikül içinde sitoplazmada depolanacak ve hücre dışına salgılanacak proteinlerin sentezinden sorumludur. DNA’ nın kendi kopyasını yapmasına replikasyon adı verilir. DNA kendisinde bulunan bilgileri RNA molekülüne aktarmaktadır, bu işleme de tercüme yani transkripsiyon(yazılım) adı verilir ve protein sentezlenmesinde kullanılır. Bu RNA molekülüne çevrilen genetik şifrenin protein üretimi için kullanılmasına translasyon (tercüme, çeviri) adı verilir (S:32, Şekil 2.6.). mRNA: Haberci RNA molekülüdür. Genetik şifreyi kromozomlardan ribozomlara taşıyan bir RNA molekülüdür. t-RNA ( transfer RNA, taşıyıcı RNA ): Protein sentezi sırasında özgül bir aminoasitle kovalent olarak bağlanan RNA molekülüdür.
• Golgi Kompleksi: Hücrede çekirdeğin üst tarafında yer alan ve ağ şeklinde olan organele golgi kompleksi adı verilmektedir. Yapısının ve görevinin karmaşıklığından dolayı golgi kompleksi adı verilmiştir. Bütün omurgalı hayvan hücrelerinde vardır. Bitki hücrelerinde de golgiyozom veya diktiyozom adını alır. Elektron mikroskobunda çift olarak uzanan yassılaşmış keselerden meydana geldiği gösterilmiştir. Her golgi kompleksi 3-8 kadar birbirine paralel uzanan yassı keselerden oluşmuştur. Büyüklüğü hücre işlevine ve çeşidine göre değişiklik gösterir.
• Lizozomlar Kırmızı kan hücreleri hariç bütün ökaryotik hücrelerde bulunur. Zarla çevrili yuvarlak veya oval biçimli, yerleri, sayıları ve büyüklükleri hücreden hücreye ve hücrenin farklı evrelerinde değişen bir organeldir. Esas görevi sindirmektir. Lizozomların primer ve sekonder olmak üzere iki tipi vardır. Golgi kompleksi ile paketlenmiş ve kesecikler şeklinde ortaya çıkan depo granüllerine primer lizozom, hücre tarafından fagositozla alınan bir vakuol içindeki maddelerin (heterofagozom) primer lizozomlarla birleşmesinden oluşanlar ise sekonder lizozomlardır.
• Mitokondri: Mitokondriler membran proteinlerini kendi ribozomları ile veya sitosolde bulunan serbest ribozomlar ile yapabilen kendine ait DNA molekülleri olan, memeli eritrositleri hariç tüm ökaryotik hücrelerde bulunan bir organeldir. Hücrenin bulunduğu fizyolojik duruma göre sayıları da değişmektedir. Kendileri büyüyüp, bölünebilirler. Oval ya da elips biçimindedirler. Dış membran ve iç membran olarak adlandırılan iki membrandan oluşur. Dış membran düz, iç membran ise içe doğru katlanmalar gösteren ve krista adı verilen uzantılara sahiptir (S:35, fiekil2.7).

Glikozun oksijenli veya oksijensiz ortamda parçalanmasına ve bundan elde edilen enerjinin ATP moleküllerinde depolanmasına glikoliz olayı adı verilir. Glikozun oksijen yokluğunda parçalanması anaerobik glikolizdir (anaerobik solunum). Bu olay hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir. Elde edilen enerji miktarı ise 58.000 kaloridir. Glikoliz oksijenin varlığında gerçekleşiyorsa aerobik glikoliz (aerobik solunum) adını alır. Bu olayda glikoz, karbondioksit ve suya parçalanarak oksijensiz glikolize göre çok fazla enerji elde edilir (686.000 kalori). NAD hücrede enerji taşınmasında çok önemli bir moleküldür. Oksidasyonredüksiyon olaylarında rol oynar. Elektron alarak indirgenir, elektron vererek oksitlenir.

Mayalar ve diğer mikroorganizmalar pirüvatı dekarboksilasyonla (karbondioksid çıkışı) asetaldehite ve asetaldehiti de etanole indirgerler. Bu olaya alkolik fermantasyon adı verilir, bu olayın son ürünleri karbondioksit ve etanoldür (etil alkol). Oksijensiz solunumda enerji elde etme olayı burada sonlanırken, aerobik solunumda reaksiyonların bundan sonraki evreleri mitokondri içerisinde gerçekleşir. Bundan sonraki evreler Krebs döngüsü ya da üç karboksil molekülü olmasından dolayı trikarboksilik asit döngüsü (TCA) ya da döngüde ilk ortaya çıkan madde nedeniyle sitrik asit devri olarak adlandırılır.

Çekirdek (Nukleus)

Farklılaşmış kırmızı kan hücreleri dışında tüm ökaryotik hücrelerde bulunan ve kalıtsal maddeyi içeren, çoğalma olayının merkezidir. Genelde hücreler tek çekirdeklidirler.

Çekirdeğin içi çekirdek plazması (nükleoplazma veya karyoplazma) ile doludur. Çekirdek sıvısı içerisinde daha koyu bir alan gözlenir. Bu alan bir ya da birkaç tane olabilen    çekirdekçik=nukleolusdur. Çekirdekçiklerin oluşumunda nukleolus organizatör denen bölgelere sahip nükleolar kromozomların etkisi vardır.

Kromozomlar: Çekirdeğin asıl özelliğini veren yapılar kromatin ipliklerinden oluşmuş kromozomlardır. Hücrenin bölünmesi sırasında interfaz safhasında kromatin iplikleri daha yoğun gözükürler bu bölgelere heterokromatin yumakları, daha az yoğun kromozom bölgelerine ise ökromatin adı verilir. Kromozomlar da gen dediğimiz ve saç rengimiz gibi görünüşümüzdeki karakterlerimizi belirleyen kısımları içerirler. Kromozomlar, kromatinlerden yapılmışlardır. Kromatinler hücrenin bölünmesi sırasında yoğunlaşıp, kromozomlar şeklinde mikroskop ile görülebilirler. Kromozomlardaki önemli yapılardan birisi de sentromer yani kinetekorlardır. Kromozomlar histon proteinler ile bireşerek kromatid adı verilen iki DNA ipliğinden oluşurlar. Bir kromozom bir çift kardeş kromatidden oluşur. Kromozomlar, kromatinlerin yoğunlaşmış biçimleri olup, her iki kromatinin birleştiği noktaya sentromer adı verilmektedir. Kromatinler DNA ve histon proteinlerden yapılı nükleozom denen tekrarlayan birimlerden yapılmışlardır (S:40, Şekil 2.12). Pek çok özelliğimiz genler tarafından belirlenmekte ve bu genlerde kromozomlarda yer almaktadırlar. Kromozomlar en iyi hücre bölünmesinin metafaz safhasında görülebilir.

Ökaryotik hücreler telomer adı verilen kromozomların her iki ucunda yer alan özel bölgeler içerirler. Kromozomların kendilerini eşlemesinde telomerlerin rolleri vardır. Kromozomların üzerlerinde bir ya da birden çok boğum olabilir. Her canlının kromozom sayısı, şekli ve büyüklüğü türüne özgü ve sabittir. Anneden ve babadan gelen kromozomlar zigotta çiftler oluşturup homolog kromozomları meydana getirirler. Dişi ve erkekten gelen n sayıdaki kromozomlar zigotta 2n sayıda olurlar. İnsan hücrelerinde 23 çift yani 46 (2n) kromozom bulunur.