Hücrenin Organizasyonu

Hücre Teorisi ve Hücresel Uyum

Hücre teorisi, bütün canlıların bir ya da birden fazla hücreden oluştuğunu ve yeni hücrelerin var olan hücrelerin bölünmesiyle meydana geldiğini ifade eder. 1850'li yıllardan itibaren yapılan bilimsel çalışmalar, hücrenin canlının temel yapısal ve işlevsel birimi olduğunu doğrulamıştır.

Canlılığın sürekliliği, hücre içindeki alt bileşenlerin uyumlu çalışmasına dayanır. İnsan beyninin vücudu yönetmesine benzer şekilde çekirdek hücreyi yönetir; mitokondri elektrik santrali gibi enerji üretirken hücre zarı gümrük noktası gibi madde girişini denetler.

Prokaryot Hücreler

Prokaryot hücre, zarla çevrili bir çekirdeği ve zarlı organelleri bulunmayan ilkel hücre tipidir. Bakteri ve arke domainlerindeki canlıların tamamı tek hücreli prokaryot organizmalardır.

Prokaryotlarda genetik materyal tek ve halkasal yapıda bir DNA molekülüdür. Bu DNA, sitoplazmanın nükleoid adı verilen bölgesinde yoğunlaşmış hâlde serbest bulunur.

Prokaryotlarda protein sentezinden sorumlu ribozomlar yer alır. Bazı türlerde hücre zarının dışında peptidoglikan yapılı hücre duvarı, kapsül, yüzeylere tutunmayı sağlayan pilus, hareketi sağlayan kamçı ve antibiyotik direncini taşıyan halkasal plazmit DNA'ları bulunur.

Ökaryot Hücreler

Ökaryot hücre, genetik materyali çift katlı zarla çevrili bir çekirdek içinde bulunan ve zarlı organellere sahip gelişmiş hücre yapısıdır. Protistler, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar ökaryot hücre yapısına sahiptir.

Ökaryotik hücrelerin DNA'sı çok sayıda doğrusal iplikten oluşur. Hücre boyutları prokaryot hücrelere kıyasla belirgin şekilde daha büyüktür.

Hücre Tiplerinin Ortak Yönleri

Bütün hücre tipleri dış ortamdan seçici geçirgen bir hücre zarı ile ayrılır. Zardan içeriye doğru kalan kısımda kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği yarı akışkan sitoplazma yer alır.

Kalıtım bilgisini taşıyan DNA molekülleri ve genetik talimatlara göre protein sentezleyen zarsız ribozom birimleri hem prokaryot hem de ökaryot hücrelerde ortak olarak bulunur.

Akıcı-Mozaik Zar Modeli

Hücre zarı, hücrenin dış sınırını belirleyen, sitoplazmayı koruyan ve madde alışverişini kontrol eden seçici geçirgen bir yapıdır. Hücre zarının yapısı günümüzde akıcı-mozaik zar modeli ile açıklanmaktadır.

Bu modele göre zar, çift katmanlı fosfolipit tabakasından ve bu tabakaya gömülü ya da yüzeyinde bulunan proteinlerden oluşur. Fosfolipitler ve proteinler yanal hareket edebildiğinden zar akışkan bir özellik gösterir.

Hayvan hücresi zarlarında fosfolipit tabakaları arasına yerleşmiş kolesterol molekülleri bulunur. Kolesterol miktarı arttığında hücre zarının akışkanlığı azalır ve zar dengelenir.

Zardaki Moleküler Tanıma Sistemi

Zar proteinlerine bağlı karbohidratlar glikoprotein, lipitlere bağlı olanlar ise glikolipit adını alır. Bu bileşikler hücreye özgünlük kazandırır ve hücrelerin birbirini tanımasını sağlar.

Zar proteinleri ayrıca komşu hücrelerle bağlantı kurma, hücresel haberleşme ve seçici madde geçiş kanallarını oluşturma görevlerini üstlenir.

Sitoplazma

Sitoplazma, hücre zarı ile çekirdek arasını dolduran jel kıvamındaki yarı akışkan sıvıdır. Yapısında su, mineraller, iyonlar, monomerler ve makromoleküller bulunur.

Sitoplazmadaki protein iplikçiklerinden oluşan iskelet ağı, hücrenin üç boyutlu şeklini korur, organellerin konumunu sabitler ve hücre içi madde iletimine zemin hazırlar.

Ribozom

Ribozom, protein ve ribozomal RNA moleküllerinden oluşan, büyük ve küçük iki alt birime sahip zarsız bir hücresel yapıdır. Görevi genetik şifreye uygun olarak amino asitlerden protein sentezlemektir.

Zarla çevrili olmadığı için organel sayılmayan ribozom; sitoplazmada serbest hâlde, granüllü endoplazmik retikulum yüzeyinde, çekirdek dış zarında, mitokondri ve kloroplast içinde bulunur.

Sentrozom

Sentrozom, hayvan hücrelerinde hücre bölünmesi sırasında görev alan zarsız bir yapıdır. Birbirine dik iki adet sentriyolden oluşur ve mikrotübül proteinlerinin üretim merkezidir.

Hücre bölünmesi esnasında kromozomların zıt kutuplara ayrılmasını organize eder. Ayrıca hücre hareketini sağlayan sil ve kamçı yapılarının oluşumunda rol oynar.

Çekirdek

Çekirdek, ökaryot hücrelerin yönetim ve kalıtım merkezidir. Çift katlı çekirdek zarfı, nükleoplazma adı verilen çekirdek sıvısı, kromatin iplikler ve çekirdekçikten oluşur.

Çekirdek zarı üzerindeki nüklear porlar, RNA ve büyük protein moleküllerinin kontrollü geçişini sağlar. Çekirdekçik, ribozomların alt birimlerinin üretildiği merkezdir.

Endoplazmik Retikulum ve Golgi Aygıtı

Endoplazmik retikulum, sitoplazma boyunca uzanan zarsı bir kanal sistemidir. Yüzeyinde ribozom taşıyan türüne granüllü endoplazmik retikulum denir ve salgı proteinleri ile organel zarlarını sentezleyip veziküllerle taşır.

Üzerinde ribozom bulunmayan düz endoplazmik retikulum ise lipit ve steroit hormon sentezi, kalsiyum depolanması ve karaciğerde zararlı maddelerin detoksifikasyonunu gerçekleştirir.

Golgi aygıtı, üst üste dizilmiş yassı keselerden oluşur. Endoplazmik retikulumdan gelen protein ve lipitleri işler, paketler ve hedef bölgelere gönderilmek üzere özelleştirilmiş salgı keseciklerine ayırır.

Lizozom ve Peroksizom

Lizozom, içinde sindirim enzimleri barındıran tek katlı zarlı bir kesedir. Hücreye giren yabancı maddeleri ve yaşlanmış organelleri sindirir; planlı hücre ölümü olan apoptoz sürecini yürütür.

Peroksizom, tek katlı zarla çevrili olup yağ asitleri ile amino asitlerin oksidasyonunu sağlar. Reaksiyonlar sonucu oluşan zehirli hidrojen peroksiti içerdiği katalaz enzimiyle su ve oksijene dönüştürür.

Kofullar

Koful, endoplazmik retikulum ve Golgi aygıtından köken alan tek katlı depolama ve taşıma keseleridir. Bitki hücrelerinde büyük ve merkezî konumdayken hayvan hücrelerinde küçük ve çok sayıdadır.

Besin kofulları lizozomla birleşerek sindirim kofulunu oluşturur. Tatlı sularda yaşayan tek hücreli protistlerde ise fazla suyu dışarı atan kontraktil koful bulunur.

Mitokondri

Mitokondri, ökaryotik hücrelerin oksijenli solunumla ATP ürettiği çift katlı zarlı organeldir. Dış zarı düz, iç zarı ise yüzey alanını artırmak amacıyla krista adı verilen kıvrımlara sahiptir.

İç zardaki sıvıyla dolu alana matriks denir. Matriks içerisinde kendine ait halkasal DNA, RNA, ribozom ve solunum enzimleri bulunur; bu sayede mitokondri çekirdek kontrolünde çoğalabilir.

Plastitler

Plastitler, bitki hücrelerinde ve bazı alglerde bulunan çift katlı zarlı organellerdir. Üç farklı tipi bulunur.

Kloroplast, fotosentez olayının gerçekleştiği yeşil renkli plastittir. Sıvı kısmına stroma, ışığı soğuran klorofil içeren yassı disk sistemine tilakoit ve bu disklerin yığınlarına granum denir.

Kromoplast, bitkilere sarı, turuncu ve kırmızı renkleri veren pigmentleri içerir. Lökoplast ise renksiz olup kök ve tohum gibi kısımlarda nişasta, yağ ve protein depolar; ışıkla temas ettiğinde kloroplasta dönüşebilir.

Hücre Zarından Geçiş İlkeleri

Hücre zarından madde geçişlerinde moleküllerin kimyasal özellikleri belirleyicidir. Küçük moleküller büyüklere göre, nötr moleküller iyonlara göre, yağda çözünenler (A, D, E, K vitaminleri) ise suda çözünenlere göre zardan daha kolay geçer.

Pasif Taşıma ve Çeşitleri

Pasif taşıma, küçük boyutlu moleküllerin çok yoğun oldukları ortamdan az yoğun ortama derişim farkına bağlı olarak kendiliğinden geçişidir. Bu olayda hücresel enerji harcanmaz ve geçiş çift yönlü olup canlı ve cansız ortamlarda meydana gelebilir.

Basit difüzyon, gazların (oksijen, karbondioksit) ve yağ yapılı maddelerin fosfolipit tabakasından doğrudan geçmesidir. Odada kokunun dağılması veya sıcak suya atılan çayın yayılması difüzyon mekanizmasıdır.

Kolaylaştırılmış difüzyon, glikoz, amino asit ve inorganik iyonların zar üzerindeki özel kanal veya taşıyıcı proteinler yardımıyla derişim farkı yönünde ATP harcanmadan taşınmasıdır.

Ozmoz ve Çözelti Çeşitleri

Ozmoz, su moleküllerinin seçici geçirgen bir zardan suyun çok olduğu ortamdan az olduğu ortama doğru difüzyonudur. Hücrelerin içinde bulunduğu ortamlar derişim farklarına göre sınıflandırılır.

İzotonik çözelti, hücre sitoplazması ile aynı çözünmüş madde yoğunluğuna sahip ortamdır; bu ortamda hücreye giren ve çıkan su miktarı eşit olduğundan hacim değişmez.

Hipertonik çözelti, hücreye göre çözünmüş madde yoğunluğu daha fazla olan ortamdır. Hipertonik ortama bırakılan bir hücre dışarıya su vererek büzüşür; bu olaya plazmoliz denir.

Hipotonik çözelti, çözünmüş madde yoğunluğu hücreden daha az olan saf veya az yoğun ortamdır. Plazmolize uğramış hücrenin su alarak eski hacmine dönmesine deplazmoliz denir.

Hücre İçi Basınçlar ve Ozmoz Deneyleri

Hipotonik ortamda su alarak şişen hücre zarının hücre duvarına uyguladığı itme gücüne turgor basıncı denir. Turgor basıncı otsu bitkilerin dik durmasını sağlar; hücre duvarı olmayan alyuvar gibi hayvan hücreleri ise fazla su aldığında patlar ve bu duruma hemoliz adı verilir.

Çözünmüş maddelerin oluşturduğu su çekme kuvvetine ozmotik basınç denir; hücre su kaybettikçe ozmotik basıncı yükselir.

Ozmoz olayını gözlemlemek için yapılan deneylerde, saf suya konan patates dokusu su alarak şişer, sertleşir ve kütlesi artar. Yüksek tuzlu suya konan patates ise dış ortama su vererek plazmolize uğrar, yumuşar ve kütle kaybeder.

Aktif Taşıma Mekanizması

Aktif taşıma, zardan geçebilecek büyüklükteki moleküllerin veya iyonların az yoğun oldukları ortamdan çok yoğun oldukları ortama doğru derişim farkına karşı taşınmasıdır. Bu süreçte hücresel enerji harcanır ve zar proteinleri pompa olarak görev yapar.

Aktif taşıma yalnızca canlı hücreler tarafından gerçekleştirilir; sodyum-potasyum pompası gibi sistemlerle hücre içi ve dışı iyon dengesi korunur.

İnsan vücudunda sinirsel iletim, böbrek tübüllerinde süzülen maddelerin geri emilimi ve bağırsak lümeninden besin monomerlerinin emilimi aktif taşıma ile yürütülür.

Endositoz

Endositoz, hücre zarındaki porlardan geçemeyecek büyüklükteki makromoleküllerin zar cepleri ve boğumlanma aracılığıyla koful oluşturularak hücre içine alınmasıdır. Bu taşıma sırasında ATP enerjisi harcanır ve enzimler görev alır.

Endositoz sürecinde hücre zarı içeriye doğru çöküntü yaparak koptuğu için hücrenin toplam zar yüzey alanı küçülür. Bakterilerin akyuvarlarca yutulması bu olaya örnektir.

Ekzositoz

Ekzositoz, hücre içinde üretilen büyük moleküllerin veya atıkların salgı vezikülleri yardımıyla hücre dışına boşaltılması sürecidir. Olay esnasında ATP harcanır ve enzimler rol oynar.

Ekzositoz sırasında hücre içindeki vezikül zarı, hücrenin plazma zarıyla kaynaşıp bütünleştiği için hücrenin toplam zar yüzey alanı büyür.

Pankreas hücrelerinden sindirim enzimlerinin ve insülin hormonunun kan veya kanallara salgılanması ekzositoz mekanizması ile gerçekleştirilir.