Hücre Bölünmesi ve İnterfaz

Hücreler belirli bir büyüklüğe ulaştıklarında bölünmeye ihtiyaç duyarlar. Bu ihtiyaç, hücrenin hacim-yüzey oranının artması ve çekirdek-sitoplazma dengesinin bozulmasıyla ortaya çıkar.

Hücre döngüsü iki ana evrede gerçekleşir: İnterfaz ve Mitotik evre. İnterfaz kendi içinde G1, S ve G2 olarak üç aşamada incelenir. G1 evresinde ATP sentezi hızlanır, organel sayısı artar ve protein üretimi gerçekleşir. S evresinde DNA replikasyonu (eşlenmesi) meydana gelir. G2 evresinde ise replikasyon kontrolü yapılır ve bölünme hazırlıkları tamamlanır.

Bilgi Notu: Bazı hücreler hiç bölünmezler! Olgun sinir hücreleri, retina hücreleri, olgun alyuvarlar, olgun çizgili kas hücreleri ve yumurta hücreleri bunlara örnektir.

Mitotik evre ise profaz, metafaz, anafaz ve telofaz aşamalarından oluşur. Bu aşamalarda çekirdek bölünmesi gerçekleşir ve ardından sitokinez ile sitoplazma bölünmesi tamamlanır.

Kromozom Yapısı ve Mitoz Bölünme

Kromozom, DNA ve proteinden oluşan genetik yapılardır. Eşlenmiş bir kromozomda kardeş kromatitler sentromerde birbirine bağlıdır. İğ ipliklerinin bağlandığı bölgeye kinetokor denir.

Mitoz bölünme vücut hücrelerinde görülür ve kromozom sayısında değişikliğe neden olmaz. Tek hücrelilerde üremeyi sağlarken, çok hücrelilerde büyüme, gelişme ve rejenerasyonu mümkün kılar.

Mitoz bölünmenin evreleri şöyledir:

• Profaz: Çekirdek zarı parçalanır, kromatin iplikler kısalıp kalınlaşarak kromozom haline gelir ve sentrozomlar zıt kutuplara hareket eder.
• Metafaz: Kromozomların en net görüldüğü evredir. Kromozomlar ekvator bölgesinde tek sıra halinde dizilir.
• Anafaz: Kardeş kromatitler birbirinden ayrılarak zıt kutuplara çekilir. Bu evrede hücredeki kromozom sayısı geçici olarak 2 katına çıkar.

Bu bölünme sonucunda genetik açıdan birbiriyle aynı olan iki yeni hücre oluşur.

Mitozun Tamamlanması ve Kontrol Noktaları

Telofaz evresinde profazın tersi işlemler gerçekleşir. Çekirdek zarı yeniden oluşur, kromozomlar kromatin ipliklerine dönüşür ve iğ iplikleri kaybolur. Ardından sitoplazma bölünmesi gerçekleşir.

Sitoplazma bölünmesi bitki ve hayvan hücrelerinde farklı şekillerde oluşur. Hayvan hücresinde boğumlanma ile gerçekleşirken, bitki hücresinde golgi organellerinden oluşan ara lamel ile gerçekleşir.

Hücre döngüsü, çeşitli kontrol noktalarında denetlenir:

• G1 noktası: Hücre yeterli büyüklüğe ulaşmışsa, besin ve büyüme faktörü varsa ve DNA'da hasar yoksa döngüye devam edilir.
• G2 noktası: Hücre büyüklüğü ve DNA hasarı kontrol edilir.
• M noktası: Kromozomların iğ ipliklerine bağlanması kontrol edilir.

Önemli! M noktasındaki denetim, yeni oluşacak hücrelerdeki kromozom sayısının eşit olmasını sağlar. Bu denetim olmasaydı, hücreler farklı kromozom sayılarına sahip olabilirdi.

Mayoz Bölünme

Mayoz bölünme, eşeyli üreyen canlılarda gametlerin (üreme hücrelerinin) oluşumunu sağlayan özel bir bölünme şeklidir. Sadece 2n kromozomlu hücrelerde görülür ve sonuçta 4 tane n kromozomlu hücre oluşur.

Mayozun en önemli özellikleri kromozom sayısının yarıya inmesi ve kalıtsal çeşitliliği sağlamasıdır. Bu bölünme, adaptasyonu kolaylaştırarak canlıların evrimine katkı sağlar.

Mayoz bölünme iki aşamada gerçekleşir: Mayoz I ve Mayoz II. Mayoz I'de homolog kromozomlar ayrılırken, Mayoz II'de kromatitler ayrılır. Mayoz II, kural olarak mitozun aynısıdır ancak başlangıcında DNA replikasyonu görülmez.

Mayoz I'in en uzun süreli evresi olan Profaz I'de önemli olaylar gerçekleşir:

• Çekirdek ve çekirdekçik eriyerek kaybolur
• Kromatin iplikler kromozom haline gelir
• Tetrat oluşumu, sinapsis ve krosing over olayları görülür

Mayoz Bilgisi: Mayoz I'de homolog kromozomlar ayrıldığı için kromozom sayısı yarıya inerken, Mayoz II'de kromatitler ayrıldığı için gen sayısı yarıya indirilir.

Mayoz Bölünmenin Devamı

Mayozda kromozom sayıları arasında önemli ilişkiler vardır:

• 2 kromozom = 4 kromatit = 1 tetrat
• Kromatit Sayısı = Kromozom Sayısı × 2
• Tetrat Sayısı = Kromozom Sayısı (Diploit) ÷ 2

Metafaz I'de homolog kromozom çiftleri merkezde çift sıra halinde dizilir. Bu, kromozomların en net görüldüğü evredir ve diziliş rastgele olur.

Anafaz I evresinde homolog kromozomlar birbirinden ayrılarak kromozom sayısının yarıya inmesi sağlanır. Bu ayrılma, genetik yapıların farklı olmasına neden olur.

Telefaz I'de çekirdek zarı oluşur ve iğ iplikleri kaybolur. Kromozomlar artık kutuplardadır.

Mayoz II'deki olaylar mitoz bölünmeye benzer, ancak önemli bir fark vardır: Mayoz II'nin başlangıcında DNA replikasyonu yoktur. Bu nedenle, Mayoz II sonunda oluşan hücrelerdeki DNA miktarı Mayoz I'e göre yarıya inmiş olur.

Mitoz ve Mayoz Karşılaştırması

Mitoz ve mayoz bölünmenin ortak özellikleri şunlardır:

• DNA eşlenmesi
• İğ ipliği oluşumu
• Kardeş kromatit ayrılması $mitoz + mayoz II'de$
• Çekirdek zarı ve çekirdekçik erimesi
• Mitotik evreler (profaz, metafaz, anafaz, telofaz, sitokinez)

Mayoz II evreleri, Mayoz I sonucunda oluşan hücrelerde gerçekleşir. Bu süreçte:

• Profaz II
• Metafaz II
• Anafaz II
• Telofaz II aşamaları görülür

Mayoz sonucunda oluşan hücreler ile ana hücre arasında sitoplazma miktarı, hücre büyüklüğü ve organel çeşidi farklı olabilir.

Dikkat! Mayoz I'de homolog kromozomlar ayrıldığı için kromozom sayısı yarıya iner. Mayoz II'nin başında replikasyon olmadığı için DNA miktarı yarıya iner.

Her mayoz bölünmede tetrat, kiyazma ve sinapsis görülürken, crossing over her zaman görülmek zorunda değildir.

Mitoz ve Eşeysiz Üreme

Mitoz bölünme vücudun tüm doku ve organlarında görülür ve somatik (vücut) hücrelerinde meydana gelir. Tek hücrelilerde üremeyi sağlarken, çok hücrelilerde büyüme, gelişme ve rejenerasyona katkıda bulunur.

Mitoz bölünme ile oluşan hücreler, ana hücreyle aynı genetik yapıya sahiptir ve kromozom sayısı değişmez. Bitki ve hayvan hücrelerinde sitokinez farklı şekillerde gerçekleşir: Hayvan hücrelerinde boğumlanma, bitkilerde ise ara lamel ile bölünür.

Eşeysiz üreme döllenme görülmeyen, tek atadan ve hızlı gerçekleşen bir üreme çeşididir. Çeşitleri:

1. Bölünerek Üreme: Bakteri ve amip gibi canlılarda görülür. Ana canlı ikiye bölünerek yeni bireyler oluşturur.

2. Tomurcuklanarak Üreme: Ana canlıdan bir çıkıntının büyüyerek ana canlının küçük halini oluşturmasıdır. Bira mayası, sünger ve hidrada görülür.

Eşeysiz Üreme Avantajı: Eşeysiz üreme, tek bir ata canlıdan çok sayıda yeni birey oluşturabildiği için hızlı bir üreme şeklidir, ancak genetik çeşitlilik oluşturmaz.

Eşeysiz Üreme Çeşitleri Devam

3. Sporla Üreme: Çevre şartlarına dayanıklı, n kromozomlu sporlar ile gerçekleşen üremedir. Örneğin plazmodyum, eğrelti otu ve bazı mantarlarda görülür.

4. Vejetatif Üreme: Gelişmiş bitkilerde görülen, mitoz bölünme ve yenilenme esasına dayanan eşeysiz üreme şeklidir. Başlıca çeşitleri:

• Çelikle Üreme: Ağaç dallarından alınan çubuklar suda köklendirilerek yeni bitki elde edilir.
• Aşılama: İki bitki parçası birleştirilir. Eklenen parçaya "aşı", bitkinin alt kısmına "anaç" denir.
• Yumru ile Üreme: Patates gibi bitkilerin toprak altı depo gövdeleri toprağa dikilir.
• Sürünücü Gövde ile Üreme: Çilek bitkisi gibi toprak üzerinde yatay uzanan ince gövdelerle üreme sağlanır.
• Soğan ile Üreme: Lale gibi bitkilerde rizomlar yeni bitkiler oluşturur.
• Daldırma Yöntemi: Bitkinin bir dalı bükülüp toprağa gömülerek köklendirilir. Fındık, asma, böğürtlende görülür.

Doku Kültürü Tekniği: Mikroptan arındırılmış ortamda bitkinin bir parçasından yeni bitkiler üretilmesidir. Bu teknik ile istenen özelliklere sahip bitkilerin binlerce kopyası oluşturulabilir - bir çeşit klonlama tekniğidir!

Rejenerasyon ve Doku Kültürü

5. Rejenerasyon: Bazı canlıların kopan vücut kısımlarının kendilerini tamamlayarak yeni bireylere dönüşmesi olayıdır. Bu süreçte üç temel olay gerçekleşir:

• Mitoz bölünme
• Büyüme
• Farklılaşma

Canlılarda yenilenme yeteneği gelişmişlik düzeyi ile ters orantılıdır. Örneğin, planaryalar kendilerini tamamen yenileyebilirken, kertenkeleler sadece kuyruklarını yenileyebilir.

Doku kültürü yönteminde virüs içerme olasılığı düşük olan kök ve gövde uçlarının küçük parçaları besin ortamına konulur. Birkaç gün içinde doku hücreleri bölünerek "kallus" adı verilen düzensiz doku kümesi oluşturur. Kallus hücreleri ayrılıp büyüme hormonu içeren ortama konulduğunda, farklılaşan hücreler kök ve gövdeye sahip bitki oluşturur.

Doku Kültürü Kullanım Amaçları: Bu teknik, kaybolmakta olan türlerin korunması, üretimi zor olan türlerin çoğaltılması ve ticari önemi olan bitkilerden kısa sürede çok sayıda elde edilmesi için kullanılır.

Eşeyli Üreme

Eşeyli üreme, iki farklı canlının üreme hücrelerinin birleşmesiyle yeni bir canlı oluşmasıdır. Gelişmiş canlılarda görülen bu üreme şeklinde sperm ve yumurta hücreleri birleşir.

Eşeyli üremenin en önemli özelliği genetik çeşitlilik sağlamasıdır. Bu çeşitlilik, canlıların değişen çevre şartlarına daha dayanıklı olmasına yardımcı olur.

Eşeyli üremede:

• Dişi bireylerde mayoz bölünme ile yumurta (n)
• Erkek bireylerde mayoz bölünme ile sperm (n) oluşur
• Döllenme ile zigot (2n) meydana gelir
• Zigottan mitoz bölünme ile embriyo (2n) oluşur

Bazı özel üreme şekilleri:

• Hermafroditlik (Erselik): Bir canlıda hem dişi hem erkek üreme organlarının bulunması. Örnek: Toprak solucanı, tenya, tam çiçek, bezelyeler.
• Konjugasyon: Aynı türden iki hücrenin yan yana gelerek aralarında sitoplazmik köprü kurarak gen aktarımı yapması. Örnek: Paramesyum ve bazı bakterilerde görülür.
• Partenogenez: Döllenme olmadan yumurta hücresinden yeni bireyin meydana gelmesi. Örnek: Bal arıları, bazı kelebekler, karıncalar.

İlginç Bilgi: Bakterilerde genetik çeşitliliğe neden olan olaylar transformasyon ve transdüksiyondur.