PROF. DR. SERKAN YILMAZ±bbi... · Sinyal iletimi: Zarlardaki bazıproteinler hormonlar gibi birinci haberci moleküllerin(sinyal molekülleri) bağlanmasınısağlar. Proteinde meydana

PROF. DR. SERKAN YILMAZ

Hücre canlının en küçük temelbirimidir.

Hücre tanımı ilk defa1965’lerde Robert Hooketarafından yapılmış vegünümüze kadar mikroskobungelişmesine paralel olarakhakkında çok geniş bilgilerelde edilmiştir.

Hücreler değişik şekil,büyüklük, renk, viskozite vesayıda olabilirler. Bu durumhücrenin fonksiyonu vebulunduğu yer ile ilişkilidir.

Örneğin hareket etmezorunluluğu olmayan yumurtahücresi oval iken, sperm hücresihareketli olduğu için kamçılıdır.

Yine duruma göre şekildeğiştiren hücrelere örnekolarak mesane hücreleriverilebilir. Bu hücreler keseidrarla dolu olduğunda yassı,boşaldığında ise yuvarlaktır.

Hücre büyüklüğü farklılık gösterir.Örneğin bir beyin hücresi 2-5µm,eritrositler 7-7,5µm, insan ovumhücresi 200µm kadar iken bir sinirhücresi uzantıları ile birlikte 100cm kadar olabilmektedir.

Hücreler genelde renksizdir.Ancak bazı hücreler taşımışoldukları pigmentler nedeniylerenklidir. Örneğin saç hücreleri,domates hücreleri ve havuçhücreleri.

Prokaryot Hücre

Hücreler değişik viskositeye sahip olup budurum içerdikleri su, organik ve inorganikmaddelerden ileri gelir.

Hücre sayısı da canlılar arasında değişiklikgösterir. Bir insan ortalama 100 trilyonhücrenin bir araya gelmesiyle oluşur.

Bir canlının yaşaması için gerekli tümfaaliyetleri çok muntazam bir şekilde üstlenenhücre yapı itibariyle zar ve protoplazmadanoluşur. Protoplazma ise sitoplazma venükleus olarak 2 bölümde incelenir.

Hooke’un mikroskobu ve sonrasında hücreyikeşfi ve yıllar içerisinde mikroskopların hızlıgelişimiyle birlikte hücrenin bir zarla çevriliolduğu ve bu zarın yaklaşık 75-80 angöstromkalınlığında ve sıvı mozaik tipte olduğubelirlenmiştir. Lipid ve protein moleküllerimozaik bir yapıda zarda dağılımgöstermektedirler.

Lipidler genellikle fosfolipid halinde olup(lipid+fosfor grubu) hidrofilik ve hidrofobikuçlara sahiptir.

Hidrofilik olan kısımları zarın dış kısmına,hidrofobik olan kısımları ise zarın iç kısmınabakmaktadır.

Zar yapısında bulunan proteinler globüler veα-helix yapıda olup integral (membran içi) veperiferik (yüzeysel) olarak bulunurlar.

İntegral proteinlerin de hidrofilik vehidrofobik kısımları bulunmaktadır.

Zarın yapısındaki periferik proteinler membranın üst vealt yüzeyinde yer alırlar. Lipit ve protein moleküllerininbu şekildeki sıralınışı zara seçici geçirgen(semipermeabl) bir özellik verir.

Bunlara ilaveten kolestrol molekülleri fosfolipidlerinarasına girerek onların sıkıca bir arada kalmasını,dolayısıyla zarın dayanıklılığını sağlar.

Yine polisakkaritler protein ve lipitlere bağlanarakglikoprotein ve glikolipidleri, bunlarda glikokaliksioluşturur. Glikokaliks hücre zarına antijen özelliğiniverir.

İki hücre hiçbir zaman birbirine tam anlamıyla bitişikolmayıp aralarında 80-200 angöstromluk interselüleralan denilen bir boşluk bulunur. Bu alan içerisindeçeşitli iyonlar vs bulunan hücreler arası sıvı ile doludur.

Glikoprotein

Glikolipit

Ekstraselüler sıvı

Kolesterol

Sitoplazma

Karbohidrat

Hücre iskeleti

filamentleri

Periferal

proteinİntegral

Protein

Sıvı mozayik zar modeli

Hayvan hücre zarının enine kesiti (Şematik)

Hücre iskeleti

filamentleri

Kolesterol

Periferal

protein

İntegral

proteinSitoplazma

Glikolipit

KarbohidratHücre dışı matriks

filamentleri

Glikoprotein

Ekstraselüler sıvı

Taşıma: a. Zar boyunca yer alan bazı proteinler

hidrofilik kanal teşkil ederek seçici olarak bazı

maddelerin taşınmasında rol oynar. b. Bazı taşıma

proteinleri ATP yi hidrolize ederek zar boyunca

maddeleri pompalar.

Enzim aktivitesi: Zarda bulunan bir protein enzim

olarak görev yapabilir. Bazı durumlarda bir zar

üzerindeki birçok enzim metabolik yolda bir takım

gibi davranabilir.

Sinyal iletimi: Zarlardaki bazı proteinler hormonlar

gibi birinci haberci moleküllerin (sinyal molekülleri)

bağlanmasını sağlar. Proteinde meydana gelecek bir

değişiklik mesajın hücre içine iletilmesini sağlar.

Zarlardaki proteinlerin görevleri

Hücreler arasında bağlanma: Zar proteinleri

çeşitli tip bağlantılarla komşu hücreleri birbirine

bağlar.

Hücrenin-hücreyi tanıması: Karbohidrat zinciri

taşıyan bazı glikoproteinler diğer hücreler

tarafından hücrenin tanınmasını sağlarlar.

Hücre dışı matrikse tutunma: Hücre iskeletinin

mikroflament ve diğer elemanlarının hücre dışı

matrikse bağlanmasında proteinler rol oynar.

Hücre Zarında

Taşıyıcı proteinler

Hücre zarında

Kanal proteinleri

Hücre zarında

Simport

Bu proteinler zarın bir tarafından

diğer tarafına uzanmaz. Bunlar

molekülleri bağlar ve zarın

bimoleküler tabakasının bir

tarafından diğer tarafına götürür,

karşı kısımda bırakırlar.

Bazen kanal proteinleri pasif bir

por görevi yapar. Moleküller

diffüzyonla konsantrasyonu

fazla olan taraftan düşük olan

tarafa doğru rastgele bir şekilde

açıklıktan geçerler. Bu olay

enerji gerektirmez.

Simport da bir tür diffüzyondur.

Burada bir molekül diffüzyonla

hücre içine girerken diğer bir

molekülü de birlikte sürükler.

Glukozun hücreye sodyumla

girişi gibi.

Hücre zarında

ATP kullanan

Proteinler

Hücre

zarında

Belirleyici

Proteinler

Hücre zarında

Almaç

Proteinler

Bazı proteinler Na/K pompasında

olduğu gibi hücre zarında diffüzyona

ters yönde düşükten yüksek

konsantrasyona doğru molekülleri

taşırken ATP den enerji kullanırlar.

Burada fosfat bağındaki enerji Na

(Kırmızı) atomlarının K’la (Sarı)

değiştirilmesinde kullanılır.

Bu proteinler zarı bir taraftan diğer

tarafa kadar geçer. Hücreyi tanımada

rol oynar. Bağışıklık sistemi kendine ve

yabancılara ait hücreleri tanımada bu

proteinleri kullanır. Organ naklinde

önemli rol oynar.

Bu proteinler hücrelerarası

haberleşmede kullanılır. Bu

bağlanmayla hücre içinde bir

hareketin veya olayın başlatılması için

bir sinyal verilmiş olur.

Hücre zarında serbest yüzey farklılaşmalarıbirkaç çeşit olup bunlar sırasıyla;

A) Mikrovilluslar: Barsak epitel hücreleri,safra kesesi mukoza epiteli gibi hücrelerdegelişerek madde absorbsiyonunun yeterinceolmasını sağlayan çıkıntılardır. Milimetrekarede 3000-4000 mikrovillus bulunur.

Mikrovillüsler

Plazma zarı

Mikrovillüslerin

boyuna ve enine

kesitleri

B) Titrek Tüyler (Cilia): Üst solunum yoluhücrelerinde ve tuba uterina gibi organlardabulunarak tozların solunum yollarındanuzaklaştırılmasını, ovumun uterusa itilmesini vb.sağlayan 5-10 mikron boyunda hareketliuzantılardır.

C) Sabit Tüyler (Stereocilia): Epididiymis kanalının içyüz epiteli ve iç kulakta işitme reseptörhücrelerinde bulunan hareketsiz uzantılardır.Absorpsiyon yaptıkları düşünülmektedir.

D) Kamçı (Flagel): Erkek üreme hücrelerindegörülen yapıdır.

Özellikle epitel hücrelerinde bulunur.Hücrelerin temas ve haberleşmesini sağlarlar.Terminal tıkaç, dezmozom, geçit bölgesi(nexus) bu gruba örnektir.

Epidermiste dezmozom

Tutunma

proteinleri

Hücreler arası

aralık

Sitoplazmik plağa

bağlanmış keratin

iplikler

Hücrelerin zarları

Kaderin

Hücre zarı ile çevrili ve kolloid yapıda olan bubölge sitoplazma ve nükleus olmak üzere 2bölümde incelenir.

Sitoplazma ve Organeller

Kolloid yapıda olan sitoplazma ortalama % 70su, suda erimiş tuzlar, karbonhidrat, yağ veprotein gibi makromolekülleri taşır.

Hücre yapısında bulunan organeller;

Endoplazmik retikulm, golgi cisimciği,ribozom, mitokondri, lizozom, peroksizom,sentriol, koful, plastitler vb şeklindesıralanabilir.

Endoplazmik Retikulm: Memeli eritrositleri vebakteriler hariç diğer hücrelerde bulunan vehücre zarından çekirdeğe kadar devamlılıkarz eden bir zar sistemidir. Yapısında bulunanenzim ve ribozomlar nedeniyle çok çeşitlikimyasal olayların cereyan ettiği bir zarsistemidir. 2 tipi vardır.

1. Granüllü Endoplazmik Retikulm (GER):Üzerinde granüler halde ribozomlar bulunur.Protein sentez kapasitesi yüksek olankaraciğer hücreleri, pankreasın enzimsalgılayan hücreleri vs de zengin bir ağşeklinde bulunur.

2. Düz Endoplazmik Retikulm (DER): Üzerinderibozom taşımayan kanalcık ve keseciklersistemidir. Özellikle steroid salgılaması yapanhücrelerde bol miktarda bulunur. Ayrıca,çizgili kas kasılmasında, karaciğerde toksikolaylar, kolestrol, safra yapımı ve glikojendeğişiminde, barsak epitel hücrelerinin lipidmetabolizmasında yer alır.

Düz endoplazmik retikulum

Granüllü ER

Çekirdek kılıfı

Çekirdek

Ribozomlar

GER

Ribozomlar: Sitoplazmada serbest veyaendoplazmik retikulma bağlı olarak bulunan 120-200 angöstrom çapındaki yapılardır. ER debulunanlar hücre dışına salınacak proteinlerinyapımından, sitoplazmada bulunanlar ise yapısalproteinlerin yapımından sorumludur.

Ribozom ağırlığının % 60 kadarı rRNA, geri kalanıise çeşitli proteinlerdir. İki alt birimden oluşur.Ökaryotlarda büyük alt birim 60S, küçük alt birimise 40S’dir (Svedberg birimi).

Ribozomlar protein sentezinin gerçekleştirildiği enönemli organellerden birisidir. Hücrede tek tek(monozom) veya gruplar (polizom) halindebulunurlar.

Büyük

alt birim

Küçük

alt birim

Ribozom alt birim

şekilleri. İki alt

birimin şekilleri

birbirine

benzemez ve

düzgün değildir.

Büyük alt birim Küçük alt birim Ribozom

• Ökaryot hücrelerinin sitoplâzmasındaki ribozomların çökme

katsayısı (S) 80 S dir. Büyük 60 S, küçük alt birim 40 S dir.

• Prokaryot hücrelerde bu değerler daha düşüktür.

• Bakterilerin ribozomları 70 S olup büyük alt birim 50 S,

küçük alt birim 30 S olarak ölçülmüştür.

Flagellum

Ribozomlar

Sitoplazma

DNA

Hücre zarı Hücre

duvarı

Bakteride ribozomlar

(Şematik)

Poliribozomlar ve

oluşturduğu şekiller

Serbest ve granüllü endoplazmik retikulum üzerinde ribozomlar

Golgi Kompleksi: EM’de incelendiğinde uçlarıyuvarlak yassı, birbirine paralel keselerşeklinde görülür.

Özellikle salgı yapan hücrelerde bol bulunur.

GER de oluşturulan proteinler DER aracılığıylagolgi aygıtına gelir ve burada bu proteinlerekarbonhidrat ve sülfat gibi maddelerineklenmesiyle glikoproteinler,mukopolisakkaritler ve kollajen gibi maddelersentezlenir.

Lümen

Golgi keseleri

Kesecikler (Veziküller)

Golgi kompleksi

Lizozom teşekkülünde Golgi kompleksinin rolü

Sekonder

lizozom

Primer lizozom

Golgi kompleksi

Lizozomlar: Eritrositler hariç diğer hücrelerdebulunan lizozomlar taşıdıkları hidrolitikenzimler sayesinde hücre içinde sindirimsistemi olarak görev yapar.

Hücre dışından fagositoz yoluyla alınanyabancı maddeler birim zarla çevrilerekfagozomları oluştururlar. Primer lizozomlarbu fagozomlarla birleşerek heterolizozomlarıoluştururlar ve yabancı maddeyi sindirirler.

Ayrıca hücre içinde yaşlanan, bozulan hücreelemanlarının sindirimi de lizozomlararacılığıyla gerçekleştirilir

Lizozomlar

Heterofaji-Otofaji Hücre

zarıGER

Geçit elemanı

Golgi cihazı

OtofajiLizozomlar

Besin

kofulu

Besin

Fagositoz

Sindirim

Heterofaji

Atık

yapı

Primerlizozom

Lipit

Çekirdek

Lizozomlar

Peroksizomlar: Metabolik aktivitesi fazla olankaraciğer, böbrek ve kalp kası gibi hücrelerdefazla bulunur. Katalaz, ürik asit oksidaz ve d-aminoasit oksidaz gibi peroksidaz enzimlerinitaşırlar.

Bu enzimler yardımıyla oksidasyon-redüksiyon olaylarına katılırlar.

Pürin bileşiklerinin yıkılmaları, karaciğerdeetanölün oksidasyonu gibi önemli olaylardarol alırlar.

Peroksizom Lizozom

Peroksizom

Mitokondriler: Memeli eritrositi, bakteri vemavi-yeşil algler dışında tüm hücrelerdebulunurlar.

Şekilleri çubuk veya küremsi olmakla birlikte,fonksiyonları ile ilgili olarak şekildeğiştirebilir, büyüyüp küçülebilirler.

Örneğin pankreas hücrelerinde salgınınbirikme fazında iplik, salgı boşaltma fazındatanecik şeklindedirler. Yine basedowhastalığında (tiroid bezinin çok çalışması)iplik, miksödem hastalığında (tiroid bezininaz çalışması) yuvarlak tanecikler halindebulunurlar.

Mitokondri matrixi çift zarla sarılıdır.Dış zar düz, iç zar ise krista adı verilençıkıntılar taşır. Mitokondri yapısında%60 protein, %40 a yakın lipid ve A, C, Evitaminleri, enzimler ve çok az da olsaRNA ve DNA bulunur.

DNA ve ribozomlar iç zara tutunur.

Hücrenin enerji depoları olduklarındansolunum ve fosforilizasyonla ilgili çokçeşitli enzimlere sahiptir.

Krebs enzimleri matrikste, oksidatiffosforilasyon enzimleri ise iç zarda yeralır.

Mitokondriler spermin kuyruk kısmı, kalp kasıhücreleri gibi yerlerde çok sayıda bulunur.

Hücre çekirdeğinden farklı olarak bir DNAtaşır. Bu sayede çekirdek DNA’sındanbağımsız olarak çoğalabilir.

DNA polimeraz, rRNA, mRNA ve tRNA taşıdığıiçin protein sentezi de yapabilirler.

Kalıtım şekli oldukça ilginçtir. MitokondriyelDNA maternal kalıtım tipi örneği gösterir.Yani annenin mitokondriyel DNA’sı tümyavrulara aktarılırken, babanınkileraktarılmaz.

Dolayısıyla anneninmitokondrilerinde gelişenmutasyonlar tüm yavrularaaktarılır.

Parkinson, bazı sağırlıklar vePearson sendromu(Pankreatik yetmezlik,karaciğer fonksiyonbozukluğu) örnek olarakverilebilir.

Sentriol: Nöron, olgun ovum hücresi, çizgili kashücreleri hariç tüm hayvan hücrelerinde bulunur.Bitkilerde ise sadece alg ve mantar hücrelerinde görülür.

Hücre sitoplazmasında birbirine dik olarak bulunan vematriksle çevrili olan sentriol çiftleri sentrozom adınıalır.

Sentrioller enine kesitte dairesel olarak dizilmiş 9fibrilden oluşur. Her fibril de 3 subfibrilden(mikrotubulus) oluşur.

Sentrioller hücre bölünmesi sırasında çoğalıp birer çifthalinde hücrenin her iki kutbuna giderek aster denileniğ ipliklerinin oluşumunu sağlarlar.

İğ iplikleri hücre bölünmesi sırasında kromozomlarınkutuplara göçünden sorumludur.

Sentriyolün boyuna ve enine kesidi (EM

ile ve şematik)

Mikrotüpçük

Sentriyol

çifti

Sentrozom

Bir çift sentriyol,

mikrotüpçükdüzenlenmesi

Bölünmekte olan hücrede sentriyol çiftleri

İğ ip

lik

leri

Sen

triy

oll

er

Se

ntr

iyo

l

Kro

mo

zo

mla

r

Mikrotübüller: Yaklaşık 250 angöstrom çapındave birim zarla çevrili olmayan demetler halindeince borucuklardır. Hücre içi madde iletimindeve hücre şeklini muhafaza etmede rol oynarlar.Ayrıca hücre bölünmesinde de görevlidirler.

Koful: Bir zar yapısıyla çevrili olan bu yapılardaha ziyade bitki hücrelerinde görülür. Vakuolzarına tonoplast, vakuol sıvısına tonoplazmadenir. Genç bitki hücrelerinde sayıca az veküçük, yaşlı hücrelerde ise sayıca çok vebüyüktürler. Besin vakuolleri sindirim,kontraktil vakuoller ise su dengesini sağlamadarol oynar.

Sentriyol ve aster iplikleri (mikrotüpçükler)

Vakuoller

Plastitler: Bitki hücrelerinin hemen hementamamında bulunan renkli taneciklerdir. Renksizolanları lökoplastlar olarak isimlendirilir.Lökoplastlar bitkinin depo organlarında şekerinnişastaya çevrilip depolanmasını sağlar. Renkliplastitlerden kloroplastlar fotosentez olayınıyürütürler. Yapısında klorofil-a, klorofil-b, karoten,lipid, protein, enzim ve DNA-RNA bulunur.

Klorofil-a sayesinde güneş enerjisi absorbe edilirve CO2 nin redüklenmesinde kullanılır.

Meyve ve çiçeklerin rengini oluşturan plastitler isekromoplast olarak isimlendirilir. Karoten, ksantofilbunlara örnektir.

Nükleus: Genellikle hücrenin orta kısmınayakın bir yerde konumlanmıştır. Her hücrede1 tane bulunmakla birlikte, bazı hücrelerdesayıları daha fazladır. Örneğin karaciğerhücreleri, böbrek üstü bezi kabuk (korteks)hücreleri, testiste Leydig hücreleri verilebilir.

İnterfaz aşamasındaki bir hücre nükleusunda4 bölge ayırt edilir. Bunlar; çekirdek zarı,çekirdek sıvısı, kromatin ağı veçekirdekçikdir.

Tespit edilmiş hücrede çekirdek şeması

Değişik

şekilli

çekirdekler

Çekirdek Zarı (Karyoteka): Çekirdek zarı birim zaryapısındadır, yani çift tabakalıdır. İç ve dış zararasında 400-700 angöstrom kadar bir aralıkbulunur ki bu aralığa perinüklear aralık denir.

İç zar düz, dış zar ise ribozomları taşıdığındangranüllü görülür. Zarda belli aralıklarla 85-600angöstrom çapında porlar bulunur. Porlarsitoplazma ile nükleus arasında giriş-çıkışısağlarlar. Örneğin RNA molekülleri, polipeptidler,tuzlar, enzimler, koenzimler, ATP ve şekerlerporlardan rahatça geçerler.

Çekirdek kılıfında porlar

Çekirdek por yapısı

Çekirdek Sıvısı (Karyoplasma): Sitoplazmadan dahayoğun olup çekirdekçik ve kromatin ağını kuşatanhomojen görünümlü bir yapıdır. İçerisinde RNA,protein, lipid ve organik tuzlar bulunur.

Kromatin Ağı: Hematoksilen, metilen mavisi gibibazik boyalarla boyanan uzun ağ şeklindekiipliklere kromatin iplikleri veya kromonema denir.Kromatin ipliğinin koyu boyanan kısımlarıheterokromatin, açık boyanan kısımları iseökromatin adını alır.

Heterokromatin transkripsiyonel olarak inaktif,ökromatin ise aktiftir.

Kromatin DNA, histon, histon olmayanproteinler ve RNA’dan yapılmıştır. Bunlardanhistonlar bazik, histon olmayan proteinler iseasidiktir.

Çekirdekçik (Nükleolus): Yoğunluğu nükleusdan dahafazla olmasına rağmen belirgin bir zarı yoktur. Sayılarıbir yada daha fazladır ve bazik boyalarla kolay boyanır.Hücre için çok gerekli olan rRNA’nın oluşturulduğubölgedir.

Hücre bölünmesi sırasında kaybolurken, bölünmedensonra kromozomların NOR bölgesinden yenidenteşekkül eder.

Nükleolus

NOR

Bölünmekte Olan Hücre Nükleusu: Hücredebölünme gerçekleşeceği zaman kromatin ağıkısalıp kalınlaşır. Bu kısalıp kalınlaşmalar en ileriboyutta kromozom halinde gözlenirler.

Kromozomlar üzerinde bu kısalmalar sırasında incekalmış ve boyama yapıldığında daha az boyanan ikibölge kalmıştır. Bunlar primer ve sekonderboğumlardır. Primer boğum; sentromer olarakisimlendirilir. Sekonder boğum ise NOR olarakisimlendirilir. Bu kısım aynı zamanda satellit olarakda isimlendirilmektedir.

İnsanda 13, 14, 15, 21 ve 22 nolu kromozomlardasatellit denilen yapı bulunmaktadır.

Hayvan hücresinde bölünme

Hücre ve çekirdek şekilleri

Kopyalanmamış bir kromozom

Kopyalanmış bir kromozom

Bir DNA molekülü

Bir kromatit

Bir kromatit Sentromer

Bir kromozomun yapısı

İnsan Lenfosit kromozomları (Metafaz)

İnsan Lenfosit kromozomlarında kardeş kromatiddeğişimleri (Metafaz)