Hücre ve Alt Birimleri

Hücre, canlının en küçük yapı ve görev birimidir. Bütün canlılar hücrelerden oluşur ve her hücre yaşamsal faaliyetleri gerçekleştirebilir.

Hücreler yapılarına göre prokaryot ve ökaryot olmak üzere ikiye ayrılır. Prokaryot hücrelerde DNA sitoplazmada serbest halde (nükleoid bölgesinde) bulunurken, çekirdek ve zarlı organeller yoktur. Bakteriler ve arkeler prokaryot hücrelere örnektir.

Ökaryot hücreler daha komplekstir ve çekirdek, zarsız yapılar (ribozom, sentrozom) ve zarlı organeller (endoplazmik retikulum, Golgi, lizozom, koful, peroksizom, mitokondri, plastitler) içerir. Protistler, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar ökaryot hücrelere sahiptir.

Not: Ökaryot hücrelerde DNA çekirdek içinde bulunurken, mitokondri ve kloroplast gibi organellerin de kendilerine ait halkasal DNA'ları vardır. Bu özellik, bu organellerin bağımsız olarak evrimleştiğini gösterir.

Hücre Zarı

Hücre zarı, hücreyi çevreleyen ve içeriğini dış ortamdan ayıran seçici-geçirgen bir yapıdır. Yaklaşık %60-65 protein, %30-35 lipit ve %3-5 karbohidrattan oluşur.

Hücre zarı sadece hücreyi korumakla kalmaz, aynı zamanda madde alışverişini kontrol ederek hücre içi ortamın dengesini sağlar. Akıcı yapısı sayesinde proteinler ve fosfolipitler zar üzerinde hareket edebilir. Bu akışkanlık, kolesterol miktarı arttıkça azalır.

Hücre zarlarının dış kısmında bulunan glikokaliks yapısı, glikoprotein ve glikolipitlerden oluşur. Bu yapı hücreye kimlik kazandırır ve hücrelerin birbirlerini tanımasını sağlar. Farklı hücre tiplerinin farklı glikoprotein ve glikolipit dağılımları vardır.

Önemli: Birçok arkede, bazı protistlerde (alg), bitkilerde, mantarlarda ve prokaryotlarda $bakteri-arke$ hücre zarının dışında hücre duvarı bulunur. Bu yapı hücreyi mekanik ve ozmotik hasarlara karşı korur. Bitki ve alglerde selülozdan, mantarlarda kitinden, bakterilerde peptidoglikandan, arkelerde ise psödopeptidoglikandan oluşur.

Sitoplazma

Sitoplazma, hücre zarı ile çekirdek arasını dolduran jel görünümlü sıvı kısımdır. Organik ve inorganik maddelerden oluşur ve %70-90'ı sudur. Çoğu hayatsal reaksiyonun gerçekleştiği yerdir.

Sitoplazmadaki hücre iskeleti proteinleri, hücrenin üç boyutlu yapısını korur, hücre içinde madde taşınmasını sağlar ve hücresel yapıları sabitler. Hücre iskeleti üç temel yapıdan oluşur:

1. Mikrofilamentler: Aktin ve miyozin proteinlerinden oluşan ince yapılardır. Yalancı ayak oluşumu, boğumlanma ve kas dokusunun uzayıp kısalmasında rol oynar.

2. Arafilamentler: Çeşitli proteinlerden (örneğin keratin) oluşur ve sürekli bulunur. Mikrofilamentten kalın, mikrotübülden incedir.

3. Mikrotübüller: Tübilin proteininden oluşan içi boş, çubuk şeklinde kalın yapılardır. Sentrozomun yapısını oluşturur, iğ ipliklerini oluşturarak kromozomların kutuplara çekilmesini sağlar ve organellerin yer değiştirmesinde görev alır.

Dikkat: Prokaryotlarda mikrofilament, arafilament ve mikrotübülden oluşan hücre iskeleti bulunmaz. Bu nedenle prokaryotların sil ve kamçıları mikrotübüllerden oluşmaz!

Ribozom

Ribozomlar, protein sentezini gerçekleştiren ve tüm canlı hücrelerde bulunan yapılardır. Büyük ve küçük alt birimlerden oluşan ribozomlar, ribonükleoprotein $$ yapıdadır.

Ribozomlar hücrede farklı yerlerde bulunabilir:

• Sitoplazmada serbest halde
• Çekirdek dış zarı üzerinde
• Endoplazmik retikulum üzerinde
• Mitokondri ve kloroplastın içerisinde

Sitoplazmada serbest halde bulunan ribozomlar hücre içinde kullanılacak proteinleri sentezlerken, çekirdek dış zarı ve endoplazmik retikulum üzerindeki ribozomlar hücre dışına gönderilecek proteinleri üretir.

Aynı çeşit proteinden çok miktarda üretileceği zaman, ribozomlar yan yana dizilerek polizomlar oluşturur. Polizomlarda üretilen proteinlerin aminoasit sayıları, sıraları ve çeşitleri aynıdır.

İlginç Bilgi: Ribozomlar çekirdekcik adı verilen zarsız alanda üretilir, ancak çekirdek içerisindeki ribozomlar pasif haldedir. Çekirdek içerisinde protein sentezi yapılmaz! Ribozomlar sitoplazmaya geçtikten sonra aktifleşerek protein sentezlemeye başlarlar.

Sentrozom

Sentrozom, iki sentriolün bir araya gelmesiyle oluşan çarpı ya da artı görünümlü hücresel yapıdır. Her bir sentriol dokuz tane üçlü mikrotübülün düzenli dizilimi ile oluşur.

Sentrozomlar, hücre bölünmesi esnasında kromozomların kutuplara çekilmesini sağlayan iğ ipliklerinin oluşumunda görev alır. Ayrıca, sentrozom bulunduran ökaryotların sil ve kamçı oluşumlarında da rol oynar.

Prokaryotlarda (bakteri ve arke) mikrotübül bulunmaz, dolayısıyla sentrozom da yoktur. Bazı protistlerde, mantarlarda ve bitkilerde mikrotübüller bulunsa da, bunlar sentrozom oluşturacak düzende değildir. Bu canlılarda iğ ipliklerinin oluşumunu organize eden yapıya mikrotübül organize edici merkez (MTOC) denir.

İnsan ve hayvan hücrelerinde sentrozom bulunur, ancak olgun sinir hücresi, çizgili kas hücresi, retina, yumurta ve memelilerin olgun alyuvar hücrelerinde sentrozom yoktur.

İlginç Bilgi: Bir insanın hücresindeki sentrozomun kaynağı babasıdır! Döllenmede spermden aktarılan sentrozomdur, çünkü anneden gelen yumurtada sentrozom bulunmaz.

Organeller

Ökaryot hücrelerde, farklı metabolik faaliyetlerin aynı anda birbirlerinden olumsuz etkilenmeden gerçekleşmesini sağlayan zar sistemleri bulunur. Bu zarlı yapılar organel olarak adlandırılır.

Organeller zar yapılarına göre tek katlı (endoplazmik retikulum, Golgi, lizozom, koful, peroksizom) ve çift katlı (çekirdek, mitokondri, plastikler) olarak sınıflandırılır.

Çekirdek

Çekirdek, hücrede yönetimi ve kontrolü sağlayan organeldir. Prokaryotlarda çekirdek bulunmaz, DNA sitoplazmada serbest haldedir.

Ökaryot hücrelerde genellikle bir tane çekirdek vardır ve hücrenin merkezinde konumlanmıştır. Bazı ökaryot hücrelerde birden fazla çekirdek bulunabilir: Paramesyumda iki, çizgili kas ve mantar hücrelerinde ise çok sayıda çekirdek vardır.

Önemli: Memeliler sınıfındaki canlıların olgun alyuvar hücrelerinde çekirdek ve ribozom dahil hiçbir organel bulunmaz. Bu durum, alyuvarların daha fazla oksijen taşıyabilmesini sağlar.

Çekirdeğin Yapısı

Çekirdek üç kısımdan oluşur:

1. Çekirdek Zarfı: Çift katlı bir zardır. Dış zar granüllü endoplazmik retikulumun devamıdır. Çekirdek sıvısı ile sitoplazma arasında çift yönlü madde geçişlerini sağlayan nüklear porları vardır. Bu porlar sayesinde RNA molekülleri sitoplazmaya, proteinler, enzimler ve ATP çekirdeğe geçer.

2. Çekirdek Sıvısı (Nükleoplazma): Kromatinlerin (DNA ipliği) içinde bulunduğu sıvı ortamdır. Kromatinler hücre bölünmesinden önce çekirdek sıvısı içerisinde yumak şeklinde bulunur. Hücre bölünmesi sırasında kısalıp kalınlaşarak kromozomları oluşturur.

3. Çekirdekçik: Çekirdek içerisindeki yoğun, zarsız kısımdır. Ribozomun yapım merkezidir. DNA, RNA ve proteinlerden oluşur.

Bilgi Notu: Bir kromozom, iki kromatidin sentromer ile birbirine bağlanmasıyla oluşur. Bir tür içerisindeki sağlıklı bireylerde kromozom sayısı genellikle sabittir, ancak kromozom sayısının aynı olması iki canlının aynı türden olduğunu göstermez. Örneğin insan ve Moli balığında 2n=46 kromozom vardır.

Endoplazmik Retikulum

Endoplazmik retikulum (ER), hücre zarıyla çekirdek arasındaki labirent görünümlü kanalcıklardır. Çekirdek dış zarı endoplazmik retikulumun devamıdır ve bu iki yapı arasında madde alışverişi olur.

ER iki çeşittir:

1. Granüllü ER: Zarları üzerinde ribozom bulundurur. Hücre dışına gönderilecek proteinler ve organellerin yapısına katılacak proteinler granüllü ER üzerindeki ribozomlar tarafından sentezlenir. Glikoprotein sentezi yapar ve hücrenin zar sistemlerinin yapımını sağlar.

2. Granülsüz ER: Zarları üzerinde ribozom bulundurmaz. Hücre zarının yapısına katılan fosfolipitleri ve trigliseritler sentezler. Steroit yapılı hormonları sentezler ve ilaç ve alkolün zehir etkisinin yok edilmesini sağlar. Çizgili kas hücrelerinde kasılma için gerekli kalsiyumu depolar.

Endoplazmik retikulum, çekirdek dış zarı, Golgi, koful ve lizozom organellerinin oluşumunda etkilidir. Bu yapılar iç zar sistemi olarak adlandırılır.

İlginç Bilgi: Endoplazmik retikulum hücreye mekanik destek sağlar ve çekirdeğin belirli bir bölgede sabit kalmasında etkilidir. Hücre bölünmesi sırasında parçalanır ve hücre içerisinde madde taşınmasını sağlar.

Golgi Aygıtı

Golgi aygıtı, endoplazmik retikulumda sentezlenerek hücre dışına gönderilecek salgıların (protein, lipit vb) işlenmesi, depolanması ve dağıtılmasını sağlar.

Üst üste dizilmiş yassı keseciklerden oluşan Golgi, keseciklerinin üzerinde ribozom bulundurmaz. Lizozom ve koful organellerini oluşturabilir ve işlenmiş proteinleri ve lipitleri hücre içinde taşıyan vezikülleri oluşturur.

Golgi aygıtı, glikoprotein ve glikolipit gibi bileşik yapılara son şeklini verir ve bileşik enzim sentezinde görev yapar. Bitkilerde selüloz liflerin düzenlenerek ara lamel oluşturulmasında görev alır, ancak kendisi selüloz sentezlemez.

Lizozom

Lizozom, hücre içi sindirim görevli bir organeldir. Endositoz ile alınan besinleri ve yaşlanmış organelleri sindirerek parçalar (otofaji).

Gelişmiş bitki ve mantarlarda lizozom bulunmaz. Lizozom bir sentez organeli değildir, içerisinde bulundurduğu sindirim enzimlerini kendisi üretemez.

Önemli: Lizozom zarı parçalandığında sindirim enzimleri sitoplazmaya dağılır ve hücreyi hidroliz eder. Bu olaya otoliz denir. Yaşlanmış, zarar görmüş ya da ölü hücrelerde otoliz görülür. Yaşlı bireylerde, lizozomlarda parçalanması gereken bazı maddeler birikebilir ve bu durum deride kahverengi lekelerin oluşmasına neden olur (yaşlılık pigmenti).

Peroksizom

Peroksizom, ökaryot yapılı tüm hücrelerde (protist, bitki, mantar, hayvan) bulunur. Aminoasitlerin ve bazı yağ asitlerinin oksidasyonunda görev alır.

Peroksizomlar oksijen kullanarak yağ asitlerini mitokondrinin kullanabileceği daha küçük moleküllere dönüştürür. Bu oksidasyon sonucunda zehirli bir madde olan hidrojen peroksit (H₂O₂) açığa çıkar.

Peroksizomun içindeki katalaz enzimi, H₂O₂'yi su ve oksijene parçalayarak zehirli etkisini ortadan kaldırır. Peroksizom hem H₂O₂ oluşturur hem de parçalar, bu nedenle ortamdaki oksijeni hem azaltır hem artırır.

Bitki hücrelerindeki peroksizomlar (glioksizom), yağ asitlerini karbohidratlara dönüştürebilir. Hayvan hücrelerinde bu dönüşüm gerçekleşmez.

Koful

Kofullar, endoplazmik retikulum, golgi, çekirdek dış zarı ve hücre zarından oluşabilir. Hayvan hücrelerinde küçük olan kofullar, olgun bitki hücrelerinde genellikle büyüktür ve merkezi koful olarak adlandırılır.

Koful çeşitleri:

1. Besin kofulu: Endositoz ile hücre zarından oluşur ve içerisinde sindirilecek büyük yapılı besinler bulunur.
2. Sindirim kofulu: Besin kofulu ile lizozomun birleşmesiyle oluşur ve içerisinde sindirim gerçekleşir.
3. Salgı kofulu: Golgi'de üretilen salgıları ve atık maddeleri ekzositoz ile hücre dışına göndermek için taşır.

Bilgi Notu: Genç bitki hücrelerinde küçük kofullar bulunurken, hücreler olgunlaştıkça bu küçük kofullar birleşerek sitoplazmanın büyük bir bölümünü kaplayan tek büyük bir kofula dönüşür.