Canlıların Temel Bileşenleri

Biyolojinin temelini oluşturan bu konuda, canlıların ortak özelliklerini ve yapılarını inceleyeceğiz. Canlılar hücresel yapı, beslenme, solunum, boşaltım gibi temel özelliklere sahiptir.

Doğada hazır bulunan su ve mineraller gibi bileşikler inorganik bileşiklerdir. Su, enzimlerin çalışmasında etkilidir ve mineraller enzimlerin yapısına kofaktör olarak katılırlar. Su molekülleri arasındaki çekim kuvvetine kohezyon, farklı yüzeylere tutunmasına ise adhezyon denir.

Canlılar tarafından sentezlenen bileşiklere organik bileşikler denir. Hücre zarından geçebilen en küçük organik bileşiklere monomer, bu monomerlerin birleşmesiyle oluşan büyük moleküllere ise polimer denir.

Enerji Kullanımı: Canlılar enerjiyi sırasıyla karbonhidrat > yağ > protein şeklinde kullanırlar. Bileşiklerin canlının yapısına katılma oranları ise protein > yağ > karbonhidrat şeklindedir.

Organik Bileşikler

Karbonhidratlar, enerji eldesinde birinci sırada kullanılır. Monosakkaritler (tek şekerli), disakkaritler (çift şekerli) ve polisakkaritler (çok şekerli) olmak üzere üçe ayrılırlar. DNA'da deoksiriboz şeker, RNA'da riboz şeker bulunur. En tatlı şeker fruktoz, en tatsız şeker galaktozdur.

Yağlar, enerji eldesinde ikinci sırada kullanılır. Isı yalıtımı sağlayan yağlar; trigliserit, steroit ve fosfolipit olmak üzere üç çeşittir. Trigliseritler, bir gliserol ve üç yağ asidinden oluşur. Yağlar, A, D, E, K vitaminlerinin emilimini kolaylaştırır.

Proteinler, enerji eldesinde üçüncü sırada kullanılır. Yapı taşları aminoasit olan proteinler, vücutta birçok görevi üstlenir. Proteinler hemoglobin yapısında, kas kasılmasında görev alırlar ve kan ozmotik basıncını düzenlerler. Yüksek sıcaklıkta işlevini kaybetmesine denatürasyon, eski haline dönmesine ise renatürasyon denir.

Vitaminler monomer yapıda olup, hücre zarından direkt geçerler. Enerji vermezler ancak enzimlerin yapısına koenzim olarak katılırlar. A, D, E, K vitaminleri yağda çözünür ve fazlası karaciğerde depolanır. B ve C vitaminleri suda çözünür ve fazlası idrarla atılır (B12 hariç).

Enzimler ve Nükleik Asitler

Enzimler protein yapılı biyolojik katalizörlerdir. Enzimin etki ettiği maddeye substrat, tepkime sonucu oluşan maddeye ürün denir. Enzim ile substrat arasında anahtar-kilit uyumu vardır. Enzimler tepkimeye girip değişmeden çıkarlar ve tekrar kullanılabilirler.

Enzimler iki çeşittir:

• Basit enzim: Sadece proteinden oluşur
• Bileşik enzim: Protein ve yardımcı kısımdan (enzim veya mineral) oluşur

Her enzimin optimal sıcaklık ve pH değeri vardır. Enzimlerin çalışmasını hızlandıran faktörlere aktivatör, yavaşlatan faktörlere inhibitör denir.

ATP (Adenozin Tri Fosfat) tüm canlıların biyolojik faaliyetler için ihtiyaç duyduğu enerji kaynağıdır. Her hücre kendi ATP'sini üretir ve tüketir. ATP, yapısında 5C riboz şeker, adenin bazı ve fosfat içerir. ATP sentezine fosforilasyon, hidrolizine defosforilasyon denir.

Nükleik asitler $DNA-RNA$ kalıtımdan sorumludur. Yapı birimleri nükleotitlerdir. Bir nükleotit; fosfat, 5C şeker ve azotlu organik baz içerir. DNA'nın özel bazı timin, RNA'nın özel bazı urasildir.

Dikkat: Enzimler yapılarına göre 35 dereceden sonra bozulabilir, düşük sıcaklıkta ise yapıları bozulmaz.

Hücre Yapısı

Hücre, canlının temel, yapısal ve işlevsel birimidir. Hücrede gerçekleşen metabolik olaylar kalıtım materyali kontrolünde gerçekleşir. Hücreler prokaryot (çekirdek ve zarlı organelleri olmayan) ve ökaryot (çekirdek ve zarlı organelleri olan) olmak üzere ikiye ayrılır.

Tüm hücrelerde ortak olarak bulunan yapılar:

• DNA-RNA
• Hücre zarı
• Sitoplazma
• Protein sentezi
• Glikoliz olayı

Hücre zarı hücreyi korur ve madde alışverişini düzenler. Protein, lipit ve karbonhidrat moleküllerinden oluşur. Hücre zarının dış yüzeyindeki glikolipit ve glikoproteinler hücrenin kimliğini belirler ve seçici geçirgenliği denetler.

Hücre zarından madde geçişi:

• Pasif taşıma: ATP harcanmaz (Basit difüzyon, Kolaylaştırılmış difüzyon, Ozmos)
• Aktif taşıma: ATP harcanır
• Endositoz: Büyük moleküllerin hücre içine alınması (Pinositoz, Fagositoz)
• Ekzositoz: Büyük moleküllerin dışarı atılması

Hücreler ortamın derişimine göre üç farklı durumda olabilir:

• Hipertonik: Ortam derişimi hücre derişiminden yüksek
• İzotonik: Ortam derişimi hücre derişimine eşit
• Hipotonik: Ortam derişimi hücre derişiminden düşük

Organeller ve İşlevleri

Hücrede bulunan organeller, yapılarına göre üç gruba ayrılır:

Zarsız organeller:

• Ribozom: Protein sentezinden sorumlu, ökaryot ve prokaryot hücrelerde bulunur.
• Sentrozom: Çoğu hayvan hücresinde, alg ve mantarlarda bulunur, hücre bölünmesinde iğ ipliklerini oluşturur.

Tek zarlı organeller:

• Endoplazmik Retikulum (E.R.): Hücrede madde iletiminde ve depolanmasında görevlidir. Granüllü E.R. (ribozom bulunduran) ve granülsüz E.R. (ribozom bulunmayan) olarak ikiye ayrılır.
• Golgi Cisimciği: Salgılama ve paketleme görevi vardır, glikoprotein, glikolipit sentezler.
• Lizozom: Sadece hayvan hücrelerinde bulunur, hücre içi sindirimden sorumludur.
• Koful: Besin, su, renk maddeleri ve atık maddeleri depolar.
• Peroksizom: H₂O₂ zehirli maddeyi katalaz enzimi ile zehirsiz hale getirir.

Çift zarlı organeller:

• Mitokondri: Oksidatif fosforilasyonla ATP üretir, çift katlı zara sahiptir.
• Plastitler: Alglerde ve bitki hücrelerinde bulunur. Üç çeşittir: Kloroplast (fotosentez yapan), Kromoplast (renkli) ve Lökoplast (renksiz, depo plastit).

İlginç Bilgi: Mitokondrilerimizi annemizden alırız. Sperm hücresindeki mitokondri, döllenme sırasında sperm kuyruğu koptuğundan yumurtaya girmez.

Çekirdek ve Plastitler

Kloroplast, fotosentezin gerçekleştiği organeldir. Öglena, algler ve bitkilerde bulunur. Yeşil renk veren klorofil pigmenti taşır. Sıvısına stroma denir. Stromada tilakoid zarlar bulunur ve bunlar üst üste dizilerek granumları oluşturur.

Kloroplast faaliyeti arttığında:

• CO₂ azalır
• pH artar
• H₂O azalır
• Ozmotik basınç artar
• Turgor basıncı düşer

Kromoplast, bitkilerde yeşil renk dışında renk veren plastit çeşididir. Sarı rengi ksantofil, kırmızı rengi likopen, turuncu rengi karoten pigmentleri verir. Kloroplastlar kromoplastlara dönüşebilir.

Lökoplast, renksiz depo plastit çeşididir. Kök, toprak altı gövde ve tohumda bulunur. Uzun süre ışık aldığında kloroplasta dönüşebilir (patatesin yeşillenmesi).

Çekirdek, çift katlı zarla çevrili, içinde DNA-RNA, çekirdekçik, enzim bulunduran yapıdır. Hücre metabolizmasını yönetir. Dört kısımdan oluşur:

1. Çekirdek zarı: Çift katlıdır, porlar içerir
2. Çekirdek sıvısı: İçerisinde ATP, su, DNA-RNA, nükleotitler, mineraller bulunur
3. Çekirdekçik: DNA-RNA ve proteinden oluşur
4. Kromatin iplik: Nükleik asit ve proteinden oluşan kalıtım materyalidir

Çekirdek, prokaryotlarda ve olgun alyuvar hücresinde bulunmaz.

Mitoz Bölünme ve Eşeysiz Üreme

Mitoz bölünme, vücut hücrelerinde gerçekleşen ve kromozom sayısının değişmediği hücre bölünme şeklidir. Tek hücrelilerde üremeyi, çok hücrelilerde büyüme, gelişme ve onarımı sağlar.

Hücre döngüsü, bir hücrenin bir mitozdan diğer mitoza kadar geçirdiği süreyi ifade eder ve iki evreden oluşur:

1. İnterfaz: G₁, S, G₂ evrelerinden oluşur. Bu evrede ATP sentezi hızlanır, organel sayısı artar, protein sentezi artar, DNA kendini eşler (replikasyon).
2. Mitotik evre: Karyokinez (çekirdek bölünmesi) ve sitokinez (sitoplazma bölünmesi) aşamalarından oluşur.

Karyokinez dört evreden oluşur:

• Profaz: Çekirdek zarı erir, organeller kaybolur, kromatin iplikler kısalıp kalınlaşarak kromozomları oluşturur.
• Metafaz: Kromozomlar hücrenin ekvator düzlemine dizilir, iğ iplikleri kinetokorlara tutunur.
• Anafaz: Kardeş kromatitler birbirinden ayrılarak zıt kutuplara çekilir.
• Telofaz: Organeller ve çekirdek zarı tekrar oluşmaya başlar, iğ iplikleri kaybolur.

Sitokinez, hayvan hücrelerinde boğumlanma ile, bitki hücrelerinde ara lamel oluşturarak gerçekleşir.

Önemli: Mitoz bölünme sonucunda oluşan yavrularda, sitoplazma miktarı ve organel sayısında farklılık gözlenebilir, ancak genetik materyal aynıdır.

Eşeysiz Üreme Çeşitleri

Eşeysiz üreme, mitoz bölünme temelli bir üreme şeklidir. Döllenme olmadan kısa sürede yeni bireyler oluşur ancak ortama uyum yeteneği düşüktür.

Eşeysiz üreme çeşitleri:

Bölünme ile üreme: Bakteriler, amip, öglena ve paramesyum gibi tek hücreli canlılarda görülür. Hücre ikiye bölünerek çoğalır.

Tomurcuklanarak üreme: Bira mayası ve hidrada görülür. Ana canlının vücudunda küçük bir çıkıntı oluşur, büyür ve ana canlıdan ayrılarak bağımsız yaşar.

Sporla üreme: Spor, uygun olmayan çevre koşullarına dayanıklı özelleşmiş hücredir. Sıtma parazitinde (Plazmodyum) ve eğrelti otunda görülür. Eşeyli üreme eşeysiz üremeyi takip ediyorsa buna metagenez denir.

Vejetatif üreme: Gelişmiş bitkilerin eşeysiz üreme şeklidir. Kavak, çilek, söğüt, muz, asma, gül ve patates gibi bitkilerde görülür.

Rejenerasyon ile üreme: Planarya ve deniz yıldızı gibi canlılarda vücutlarının kopan parçalarından yeni birey oluşturmasıdır.

Partenogenez: Arı, karınca, su piresi ve bazı sürüngenlerde yumurta hücresinin döllenme olmadan gelişerek yeni bireyi oluşturmasıdır. Oluşan birey haploit (n) kromozomludur.

Hatırlatma: Kanser hücrelerinde interfaz evresi görülmez, kontrolsüz ve çabuk çoğalırlar çünkü "dur" sinyallerine cevap vermezler.

Mayoz Bölünme ve Eşeyli Üreme

Mayoz bölünme, eşeyli üremenin temelini oluşturur. Mayoz bölünme sonucunda haploit (n) kromozomlu üreme hücreleri (gamet) oluşur ve döllenme ile yeni birey meydana gelir.

Mayoz bölünmede, diploid (2n) kromozomlu ana hücreden dört adet haploit (n) kromozomlu yavru hücre oluşur. Mayoz bölünme, Mayoz I ve Mayoz II olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.

Mayoz I:

• Profaz I: Kromozomlar birbirine yaklaşır ve krossing over (parça değişimi) gerçekleşir.
• Metafaz I: Homolog kromozomlar ekvator düzleminde karşılıklı dizilir.
• Anafaz I: Homolog kromozomlar birbirinden ayrılarak zıt kutuplara çekilir.
• Telofaz I: İki haploit hücre oluşur.

Mayoz II:

• Profaz II, Metafaz II, Anafaz II ve Telofaz II evrelerinden oluşur.
• DNA replikasyonu olmadan gerçekleşir.
• Sonuçta dört haploit hücre oluşur.

Eşeyli üreme, erkek ve dişi üreme hücrelerinin birleşmesi (döllenme) ile başlar. Mayoz bölünme sayesinde genetik çeşitlilik sağlanır, bu da türlerin değişen çevre koşullarına uyum sağlamasında avantaj oluşturur.

Genetik Çeşitlilik: Mayoz bölünmede, krossing over ve homolog kromozomların bağımsız dağılımı sonucunda genetik çeşitlilik ortaya çıkar. Bu da eşeyli üremenin en önemli avantajıdır.