HÜCRE VE HÜCRENİN YAPISI
Bütün canlıların yaşayan en küçük biriminin hücre olduğunu biliyoruz. Onu ilk defa 1665 yılında ingiliz bilim adamı Robert Hook, mantar dokusunda gözleyerek, boşluk anlamına gelen “hücre” sözcüğünü kullanmıştır. Görülen, esasında hücrenin yalnız ölü çeperiydi. Bohemyalı fizyolog Purkinje, hücrenin iç kapsamına protoplazma adını vermiştir. Hücre bilimine ilişkin ilk yayınlar, bitkilerde Schleiden (1838) ve hayvanlarda Schawann (1838) île başlar. Bu iki araştırıcı “Hücre Kuramı” nın kurucuları olarak kabul edilirler.
Hücreler ya tek başına (birhücreliler ya da protistler olarak bilinen bakteriler, protozoa, birhücreli mantarlar ve algler; keza yüksek bitki ve hayvanların sperma ve yumurtaları) ya da çok hücrelilerde olduğu gibi belirli bir görevi yapmak için farklılaşmış hücre grupları (= dokular) halinde bulunur. Tek bir hücre halinde yaşamım sürdüren canlılara l. düzendeki canlılar, belirli görevleri yüklenmek için farklılaşmış hücrelere sahip canlılara da II. düzendeki canlılar denir, ikinci düzendeki canlıların hücreleri organizma dışında ancak doku kültüründe yaşamını sürdürebilir ve çoğalabilir.
ilk doku kültürünü Amerikalı Rass Harrison (1907) semender hücreleriyle yapmayı başarmıştır. Çok hücrelilerin hücreleri birbirine hücre arası madde ile bağlanmıştır (kemik ve kıkırdakta olduğu gibi) ya da bu madde aracılığıyla ilişkidedir (kan ve lenfte olduğu gibi).
Bazı organizmalar hücre arası maddeye ve hücre sınırına sahip değildirler. Bununla beraber bir canlı birimi olarak tanımlanırlar, örneğin amiplerden Pelomyxa palustris, güneşsilerden (Heliozoa) Actinosphaerium eichorni, birçok ışınlı (Radiolaria), delikli (Foraminifera), Opalinidae, bazı silliler (Ciliata), Myxosporidae ve bitkilerden Siphonales, keza mantarların hifleri bu durumdadır. Bu organizmalar “Ç o k Çekirdekliler” yada “H ü c r e s i z l e r” olarak adlandırılır.
Hücrenin Evrimsel Gelişimi:
Bundan yaklaşık 2-3 milyar yıl önce, bir gen-bir enzim şeklinde kendini eşleyebilen ilk molekül meydana gelmiş ve bir zaman sonra bu molekül lipit ve protenoid moleküllerinden oluşmuş bir koaservat keseciğinin içine girerek ilkin hücreyi yapmıştır. Başlangıçta oksijensiz ortamda yaşayan bu hücre, çevredeki birikmiş besin maddelerini kullanıyordu (heterotrof canlılar). Bir süre sonra besin maddesi azaldı ve bu arada anorganik yoldan sentezlenmiş porfirini bünyesine alarak (klorofil oluşumu) kademe kademe Su + CO+ güneş ışığından organik maddeleri sentezleyebilen canlılar (ototrof canlılar) ortaya çıktı. Bu sentezlemenin yan ürünü olan serbest oksijeni, metabolizmalarının etkili bir maddesi olarak kullanan hücrelerden bir kısmı, diğer hücrelerin içine girerek onlarla ortak yaşamaya başladı. Bu arada hücre içine giren simbiyont hücre, birçok hücresel yapısını yitirerek mitokondriye dönüştü. Yalnız, kendi başına (otonom) bölünme yeteneğini ve özel DNA’sını bugüne kadar saklayabildi. Keza bu arada ilkin denizde burgu gibi dönerek hareket eden bazı bakteriler (Spirochaeta benzeri) bu hücrelerin üzerine yapışarak onlara hareket olanağı vermiş ve bu arada onların yakaladığı besin maddelerine de ortak olmuştur. Bir zaman sonra aralarındaki ilişki ortak yaşama (simbiyozise) dönüşerek, yapışan hücreler kamçı ve silleri oluşturmuştur. Nitekim bu bakterilerin (bugün yaşayanlarının) yapısı, kamçıların ve sillerin yapısına benzemektedir. Lizozom, ribozom ve çekirdek zarının da simbiyotik ilişkilerle dışarıdan girdiğine ilişkin kanıtlar. Sonuç olarak modern hücre, birçok ilkin hücrenin ya da hücre benzeri varlığın simbiyotik ilişkiler içinde bir araya gelmiş karmaşık bir kombinasyonudur. Hücre inceleme yöntemleri
Canlılarda gözlem
Hayvanı ya da onun bir kısmım, doğal ortamda bulunduğu şekilde mikroskop altında incelemektir. Kimyasal maddeler kullanılmadığından, hücre yapısında ve şeklinde herhangi bir değişme olmamaktadır. Doku kültüründe de hücreleri in vitro olarak incelemek mümkündür, in Vitro Latince tüpte ya da cansız ortamda demektir.
Vital boyama
İncelenecek kısım, zehiri az olan bir boyanın çok fazla sulandırılmış çözeltisi içine konur. Vital boyamada kullanılan boyalar, asidik ve bazik olmak üzere ikiye ayrılır. Çeşitli organeller çeşitli boyaları emerek görünür duruma geçerler. En çok kullanılanlar nötr kırmızı, metilen mavisi, yanus yeşili vs. (1/10.000 veya 1/30.000 defa seyreltilmiş)’dir. Hücre, bu yöntemle canlı olarak daha ayrıntılı incelenebilmektedir. Bu yolla 5-10 mikron, en fazla 30-60 mikron kalınlığında kesilmiş doku preparatları cansız olarak incelenebilir.
Elektron mikroskobu ile inceleme
En iyi ışık mikroskobunda obje 2.000 defa büyültülebilir. Bu durumda 0.2 mikrondan büyük olan cisimler mikroskop altında görülebilir. Çünkü görünür ışığın dalga boyu en kısa olanı, mor ışındır (0.4 mikron kadar). En uzun dalga boyu da 0.8 mikronla kırmızı ışındır. Kullanılmakta olan ışının dalga boyunun ancak yansı kadar büyük olan cisimleri görmek mümkündür. Bu da mor ışının en fazla yarısı kadar olabilir.
Elektron mikroskobunda ışık dalgaları yerine hızlı elektronlardan yararlanılmış, mercek yerine de manyetik alanlar kullanılmıştır. Bu suretle 200.000′den daha fazla büyültme elde etmek mümkün olmuştur (yani 0.001 mikron = 10 A°’lük ayrıntıyı saptayabilecek güçte). Ancak insan gözü elektronları göremediğinden, elektronların floresan bir ekrana yansıtılması ya da fotoğrafının çekilmesi gerekir. Bu yolla hücrenin ayrıntılı yapışı ve virüsler incelenebilmektedir. Elektron mikroskobunda ultramikrotomlarla hazırlanmış 0.2 mikron kalınlığındaki preparatlar incelenebilir. Bu preparatlara kontras (gölge) vermek için altın gibi ağır atomlar kullanılır. Elektron mikroskobunda yüksek vakum ve sıcaklıktan dolayı, bugüne kadar canlı herhangi birşey incelenememiştir.
Diğer Yöntemler
Hücre, su kıvamında olduğundan, genellikle kontraslar görülmez. Bunun için hücre bir tespit edici (fiksatif) içerisinde süratle öldürülür ve çeşitli boyalar kullanılarak organeller arasındaki kontraslar çok belirgin olarak ortaya çıkarılır. Bu yöntemle incelemede birçok kolaylıklar varsa da hücre öldüğünden yapısının değiştiği açıktır. Son zamanlarda bulunan “Faz Kontrast” mikroskobu ile bu sorun bir derece çözülmüştür. Çünkü hücrenin farklı kısımlarının, ışığı farklı kırmaları, bir renk ayırımına dönüştürülür; yani kontrastı sağlanır. Enterfrens mikroskobu da hücrenin farklı yoğunlukta olan kısımlarım (bir prizma gibi ışığı farklı kırdığından) renkli görüntü olarak verir. Bu yolla inceleme aynı zamanda hücrenin farklı kısımlarının kimyasal analizlerinin yapılmasına da olanak sağlamaktadır.
Hücrenin şekli ve büyüklüğü
Serbest kalan bir hücre kendini korumak amacıyla genellikle, yüzey geriliminin etkisi altında, küre şeklini alır. Çünkü hacmi en büyük; fakat yüzeyi en küçük olan geometrik şekil küredir. Hücreler, türden türe, dokudan dokuya ve yaptıkları işe göre şekil bakımından büyük değişiklikler gösterirler.
En küçük boylu hücreler gametler, bakteriler ve parazit bir hücrelilerdir. Bu hücreler 0.2-0.5 mikron (1 mikron = 0.001 mm.) çapındadır. Bazı silliler ve delikliler gözle görülebilir {Gregarin’\w 1.5 cm. kadar olabilir). En büyük hücre, kuş yumurtasıdır. Bugün yaşayanlardan devekuşunun yumurtası ile 100 sene önce Madagaskar’da yaşayan Aepyornis kuşunun 8 litrelik yumurtası bilinen en büyük hücrelerdir. Bilinen en uzun hücreler ise aksonlarıyla beraber 1 m. kadar uzunluktaki bazı sinir hücreleridir.
Çeşitleri
Hücreler yapılarına göre,prokaryot ve ökaryot hücre olmak üzere ikiye ayrılırlar. Prokaryotik hücre, tek hücreli canlılarda görülen ve organize bir çekirdeği olmayan (çekirdek zarı olmayan)hücre tipidir. Prokaryotik hücrelerde kalıtım materyali sitoplazma içerisine dağılmış durumdadır.Ökaryotik hücrelerde organize olmuş (çekirdek zarıyla çevrilmiş) halde kendi kalıtım materyallerini taşıyan çekirdekleri vardır. Kalıtım materyali (DNA) olmayan hücre yaşamını belli bir süre devam ettirse bile, bölünüp yeni bir hücre oluşturamaz. Ökaryotik bir hücre;dıştan içe doğru; _hücre zarı, _sitoplazma ve _çekirdekten oluşur.
HÜCRE ZARI
Bütün hücrelerin dış taraftan bir zar ile çevrili olduğu, elektron mikroskobu kullanılmadan önce de bilinmekteydi.Ancak bu zar çok ince olduğundan ışık mikroskobunda görülemiyor ve yapısı hakkında fazla bilgi edinilemiyordu. Elektron mikroskobunun keşfinden sonra, hücre zarı hakkındaki bilgiler artmış ve kimyasal yapısı açıklığa kavuşmuştur.u olayla birlikte hücre zarının kalınlığının 75-200 angström arsında olduğu bulunmuştur. (1 Angström=1/10.000 milimetre)
Hücre Zarının Yapısı
Hücre çeşidine göre morfolojik yapılarında bir kısım farklılıklar gözlenen hücre zarları yarı geçirgen özelliğe sahip olup,bir bariyer Oluşturarak hücrenin dış ve iç yüzeylerini sınırlarlar.Böylece belirli besin maddelerinin,suda çözünmüş halde bulunan elementlerin hücreye alınmasına,hücrede üretilen salgı granüllerinin ve hücresel metabolizma sonucu üretilen artık maddelerin hücre dışına atılmasını sağlarlar.Ayrıca hücrelerdeki reaksiyonlar için gerekli iyonların hücreden ayrılmalarını önlerler.Bu yolla hücre sitoplazmasında belirli bir iyon kompozisyonun,pH değerinin ve hücre içi osmotik basıncın korunmasına yardımcı olurlar.Hücre zarında bulunan taşıyıcı proteinler,bazı küçük moleküllerin geçişine izin vermelerine rağmen,diğer bir kısım molekülün geçişine izin vermezler.Genel özelliklerinden özetle bahsedilen hücre zarının yapısının anlaşılmasını sağlayan deneysel çalışmaları kısaca inceleyelim.Hücre zarının yapısı ile ilgili ilk çalışmalar 1890’larda yapılmış olup,hücrelerin hipotonik çözeltilere bırakıldığı zaman şiştiği,hipertonik çözeltilerde ise büzüldüğü deneysel olarak gösterilmiştir.Bu deneylerin yapıldığı dönemlerde hücrelerin bir zarla çevrili olabileceği ve hücre zarının seçici geçirgen bir özelliğe sahip olabileceği tahmin edilmekteydi.Overton lipidlerde çözünebilen maddelerin hücre zarından daha hızlı geçtiklerini yaptığı deneylerle gösterdi ve 1900’lü yıllarda Langmuir lipitlerin özelliklerini araştırarak hücre zarlarında bulunan fosfolipidlerin amphipatrik özelliğe sahip olduklarını saptadı. 1925’te
Gorter ve Grandel lipidleri insan eritrositlerinden izole ederek ılık su yüzeyinde yüzdürdü ve fosfolipidlerin su yüzeyinde unipolar bir tabakalar oluşturabildiğini, hidrofilik baş kısımlarının suyun yüzey kısmında, hidrofobik kuyruk kısımlarının ise havaya doğru yöneldiğini gösterdiler.Bu araştırmacılar, izole edilen zarın eritrositlerin çevresini iki defa sarabilecek uzunluğa sahip olduğunu,bu nedenle hücre zarlarının iki tabakalı lipid içerdiklerini öne sürdüler. Sonraki dönemlerde yapılan X-ışını kırınımı deneyleri yardımıyla hücre zarında bulunan maddelerin yoğunluğu saptandı. Buna göre,hücre zarının orta kısmının saf hidrokarbonlardan (2 nm kalınlığında lipid tabakası),dış kısımlarının ise demiryolu raylarının görüntüsüne benzer protein tabakalarından meydana geldiği sonucuna varıldı. Hücre zarının ortalama kalınlığı en fazla 12 nm civarındadır. Eğer hücre zarları OsO4 ile boyanırsa elektron mikroskobu incelemelerinde hücre zarlarının trenyolu raylarının görünümüne benzer bir görünüm aldığı görülür. Hücre zarlarının parçalara ayrıştırma tekniği yardımıyla incelenmesi sonucu,hücre zarlarının yapılarında bulunan proteinlerin ve lipidlerin özellikleri ortaya çıkartılmıştır. Buna göre,protein ve lipidlerden meydana gelen hücre zarlarında bulunan protein-lipid oranı çeşitlerine göre büyük oranda değişim gösterir.örneğin mitokondri zarında protein oranının %76 sinir hücrelerinde ise bu oranın %18 olduğu saptanmıştır.Hücre zarlarında bulunan lipid miktarlarında da farklılıklar olduğu,tüm hücrelerin ortak özellikleri olarak zarlarında fazla miktarda fosfolipid bulunduğu gösterilmiştir.Bitkilerin hücre zarlarında hayvansal hücrelerden farklı olarak %30-50’lik bir oranda steroidlerin bulunduğu,kloroplastlardaki tilekoid zarlarında ise lipidlerin %70’e yakın bir kısmının galaktolipid olduğu gözlenmiştir.Kardiyolipin ismi verilen bir fosfolipid ise sadece mitokondrimembranlarında yoğun olarak bulunur.Yapılan çalışmalar hücre zarlarının fonksiyonuna bağlı olarak yapısında bulunan yağların ve proteinlerin oranlarında büyük farklılıklar olduğunu ortaya koymaktadır.Hücre zarlarında bulunan tüm fosfolipidler amfipatrik özelliğe sahip olup,yağ asidi zincirleri (glikolipid ve fosfolipid) iki tabakalı fosfolipidik tabakaların oluşmasını sağlarlar.Fosfolipidlerin polar baş kısımları suya doğru,fatty açil zincirlerinden meydana gelen kalın hidrofobik kısımları ise yapının iç kısmına doğru yönelerek yaprakçıklar meydana getirirler.Polar baş kısımlara sahip fosfolipidler nötral pH değerlerinde herhangi bir elektrik yüküne sahip olmayıp,fosfolipid tabakasına dönüşebilirler.Hücre zarları bir internal,bir de eksternal yüzeye sahip olup,bu yüzeyler sitoplazmik ve ektoplazmik yüzey olarak da bilinirler.Hücre zarlarının yapısı sabit olmayıp dinamik bir yapı gösterirler.Saf fosfolipid tabakalarında fosfolipidler göç edemezler veya bir yaprakçıktan diğerine flip-flop yapamazlar.Aynı tabaka içerisinde yer değiştirirler.Hücre zarlarında bulunan lipidlerin büyük çoğunluğu hücre zarında lateral hareket ederler. Tüm hücre zarı lipidlerinin 0.5 mikronluk mesafeler içerisinde serbestçe hareket ederek yüzebildikleri,ancak lipidlerin çoğunluğunun uzak mesafelere gidemedikleri bilinmektedir.Ayrıca lipidler dikey olarak hücre zarı boyunca hareket yeteneğine sahiptirler.Hücre zarlarının akışkanlığı zarlarının lipid kompozisyonuna,kolesterol içeriğine ve ortamın ısısına bağlı olarak değişim gösterir.Kolesterol memelilerin hücre zarlarında yaygın olmasına rağmen, prokaryotların hücre zarlarında rastlanmaz.Bakteriler ve hayvansal hücreler yapılarında bulunan doymuş/doymamış yağ oranlarını değiştirmek suretiyle ısıyı ayarlarlar.Kolesterol hücresel zarların geçirgenliğini düzenleyen ana faktör olup,hidrofobik bir yapıya sahiptirler.Fosfolipid tabakaları arasında dağılmış halde bulunan kolesterol fosfolipidlerin polar baş kısımları ile bağlantılı halde bulunurlar ve kolesterolün zar geçirgenliğine etkisi lipid kompozisyonuna bağlı olarak değişim gösterir.
Hücre Zarı Proteinleri
Hücre zarlarında proteinler zar yüzeyinde veya zara gömülmüş halde bulunurlar.Hücre zarının sadece bir yüzeyinde yoğun olarak bulunan ve zarın bir yüzeyinden diğerine doğru uzanan proteinlere ise periferal proteinler ismi verilir.Hücre zarlarında bulunan bir diğer protein çeşidi intrinsik proteinler olup yapılarında bulunan hidrofobik yan zincirler nedeniyle hidrofobik özellik gösterirler.Bu proteinler fosfolipidlerin kovalent bağlarla birbirlerine bağlanmalarını sağlarlar.Periferal proteinler çoğunlukla çoğunlukla fosfolipidlerin polar baş kısımları ile etkileşim halindedirler.Dış yüzeyde bulunan periferal proteinler glikokaliks yapısında olup bu proteinlerin çoğunluğu su ortamında çözünebilir.Tüm membran proteinlerinin lipid tabakalarına asimetrik bir şekilde bağlanırlar ve flip-flop ile proteinlerinin hücrenin bir yüzeyinden diğerine geçemedikleri gözlenirler. Karbonhidrat türevi oligosakkaridlerin yan zincirlerinin (glikolipid) tümü ise hücre zarının ekzoplazmik yüzeyinde bulunurlar.Yapılan çalışmalar tüm hücre proteinlerinin %30-90’ının serbestçe hücre zarı içerisinde hareket edebildiklerini ortaya koymaktadır.Lateral pozisyonda protein difüzyonunun hücre zarında olmayıp çoğunlukla ER,mitokondri gibi organellerin zarlarında görüldüğü bilinmektedir.Hücrenin sitozol kısmında sitoiskelette meydana gelen değişimler proteinlerin hücre zarlarındaki organizasyonlarını etkiler.Ancak hücre zarlarında bulunan tüm integral proteinler hareketli olmayıp,diğer hücre zarı proteinleri ile bağlantı halinde bulunabilirler.Hücre zarlarının iç kısımlarına yakın bölgelerde bulunan aktin filamentleri ise zarlarla bir çok noktada bağlantı halindedirler.Ayrıca sitoplazmik ortamda bulunan mikrotübüller ve ara filamentler yapıya katılırlar.Glikokaliksler,proteinler ve oligosakkaridlerden meydana gelirler vehücrenin dış yüzeyinde bulunurlar.Glikokaliksin bir parçası olan periferik proteinlerinintegral proteinlere bağlanabilmeleri nedeniyle glikokaliks negatif yüklüdür.Karbonhidratlar,hücre zarlarının diğer önemli yapı moleküllerinden olup proteinler ve lipidlerle glikoproteinler ve glikolipidleri yaparlar. Karbonhidratların özellikle hücrelerin yüzey kısımlarında reseptör olarak görev yapmaları nedeniyle hücrelerin dış yüzeylerinde yoğun olarak bulunmalarına rağmen,mitokondri ve kloroplast gibi hücre içi organellerde daha az miktarda bulunurlar.Karbonhidratların hücre zarının yapısına girmeleri lipid ve proteinlerin hidrofobik özellik kazanmalarına ve hücre zarlarının kararlı yapılar haline dönüşmelerine neden olur.Hücre zarlarının dış yüzeylerinde bulunan glikoproteinlerin serbest yüzeyleri anten gibi iş görerek,hücreye alınacak ve hücreden atılacak maddelerin tanınmasını sağlarlar.Ayrıca hücrelerin birbirlerini tanıyarak,dokular meydana getirmelerine yardımcı olurlar.1970’li yıllarda yapılan deneysel çalışmalar hücre proteinlerinin lipid tabakaları içerisinde serbest şekilde yüzerek hareket ettiklerini ortaya koymuştur.Bu nedenle iki boyutlu membran yapısında fosfolipidler ve proteinler birbirlerine karışmış (Akıcı-mozaik) halde bulunurlar.Zarın iç kısmında bulunan (integral)proteinlerin bir kısmı diğer proteinlerle bağlar yaparak kararsız yapılar meydana getirirler.Hücre zarının yapısında bulunan proteinlerin bir kısmının sadece hücrenin bir yüzeyine doğru çıkıntı yapmalarına rağmen,bir kısım proteinler hücrenin her iki yüzeyine de çıkıntı yapabilirler.Hücre zarında bulunan proteinlerin hidrofobik kısımları daima ortamda bulunan lipidlere yönelik konumda bulunurlar. Amphipatrik özelliğe sahip proteinlerin hidrofilik kısımları ise ortamın sulu kısmına veya hücrenin iç yüzeyine yönelik konumda bulunurlar. Hücre zarında bulunan proteinlerin tümü yapısal özellikte olmayıp bir kısmı hücresel faaliyetlere katılırlar.Örneğin taşıyıcı proteinler bu özellikte olup, hayvansal hücrelerde dış ortamdan madde alınımı hücre zarı vasıtasıyla (endositoziz), hücrede sentezlenen salgı granülleri ve artık ürünlerin dışarıya atılması ise ekzositozizle olur. Hücre zarları dış yüzeylerinde bulunan reseptörler yardımıyla hormonlar gibi spesifik hücreler tarafından salgılanan kimyasal maddeleri tanıyabilirler. Hücre yüzeyinde bulunan reseptörler spesifik hormonu tanıyarak, hormonların hücrelere alınabilmesi için hücre zarında bir kısım modifikasyonlar meydana getirirler.Hücre zarları yüzeylerinde meydana gelen modifikasyonlarla farklı görevleri yerine getirebilirler.
Hücre çeperi nedir
Bitki hücrelerine has olan hücre çeperi, plazmazarınınetrafında bulunanve onu koruyan cansız sert bir örtüdür. Bitki dokularının mekanik direncini sağlayan bu yapının temel maddesi “selüloz” oluşturur. Komşu hücrelerin çeperi birbirine pektin maddeleri ile bağlanmıştır.Hücreler arasında pektinden oluşmuş bu maddeye “orta lamel”denir.Hücre çeperinin oluşması sırasında çekirdek bölünmesinden hemen sonra iki çekirdek arasında oluşan selülozik yapıya “fragmoplast” denir.daha sonra fragmoplasta pektin gibi maddelerin eklenmesi ile çeper teşekkül eder. Çeperde madde geçişini sağlayan delikler vardır.Bu delikler tam geçirgendir.
Glikokaliks nedir
Hayvan hücrelerinde zarın dış kısmında glikozdan oluşmuş glikokaliks adı verilen bir tabaka bulunur.Bu tabakadaki glikozlar gerçekte protein ve lipidlere bağlı durumdadırlar.Dolayısıyla glikoprotein ve glikolipidleri meydana getirirler.glikokaliks tabakası hücrelerin tutunmasında çok etkilidir.Ayrıca glikokaliks hücreye özgül bir yapı meydana getirerek aynı yapıdaki hücrelerin birbirini tanımasını ve işbirliği yapmasını sağlar. Ortamdaki yabancı herhangi bir yapıdan hücreyi haberdar ederler.
Kapsüller
Bazı bakteriler kapsül adı verilen polisakkaritlerden yapılmış bir kılıfla çevrilidir.Kapsüllerin bakteriyi olumsuz çevre şartlarına karşı koruma,virüslerin bağlanmasını önleme ,bakterinin fagositoz yapmasını engelleme ve bakterilerin yüzeye tutunma kapasitelerini artırma gibi görevleri vardır.
HÜCRE ZARINDAN MADDE GEÇİŞİ
Hücre zarı,seçici geçirgen bir yapıya sahiptir.Molekülün büyüklüğüne,yağda veya suda çözünmesine,polaritesine, ortamdaki yoğunluğuna veya türüne göre zar üzerinden madde taşınmasını dört farklı şekilde gerçekleştirir. Hücre zarından madde geçişi ·Pasif Taşıma · Difüzyon · Kolaylaştırılmış Difüzyon · Osmoz · Plazmoliz · Deplazmoliz · Diyaliz ·Aktif taşıma ·Endositoz · Fagositoz · Pinositoz ·Ekzositoz
Pasif taşıma
Maddelerin enerji harcanmadan,yoğunluk farkından dolayı hücre zarındaki porlardan veya fosfolipid tabakadan doğrudan geçmesidir.Hücrelerde pasif taşıma üç şekilde görülür. Difüzyon Difüzyon,bir maddenin konsantrasyonunun yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere doğru hareketine denir.Örnek olarak bir kokunun bütün odaya yayılması veya bir damla mürekkebin bir bardak suya atılınca bütün bardağı boyaması gibi.Aynı kural hücre için de geçerlidir.Örneğin sitoplazmada glikoz sürekli olarak tüketilmekte ve artık maddelerin yoğunluğu artmaktadır.Dış ortamda glikoz arttığında,iç ve dış ortam arasındaki yoğunluk farkı glikozun enerji harcamaksızın çok olduğu yerden az olduğu yere doğru hareketine sebep olur.Bu hareket her iki taraftaki glikoz yoğunluğu dengeleninceye kadar devam eder.Bir tarafta artı veya eksi yöndekibir değişiklik difüzyonu yeniden başlatır. Por içinden difüzyonla taşınacak maddenin porlardan geçecek kadar küçük olması ve suda çözünebilir olması gerekir.Büyük moleküller pordan geçemezler.Örneğin glikoz difüzyonla taşınırken,nişasta taşınamaz.Por sayısının fazla olması difüzyon hızını artırır.Yağda çözülen maddelerin difüzyonla taşınması için büyüklük sınırı veya por kullanma gereği yoktur.Hücre zarı lipid (yağ) yapısında olduğundan,bu maddeler zarın herhangi bir yerinden geçebilirler. Kolaylaştırılmış Difüzyon Su ve yağda erimeyen maddelerin (klor iyonları) ve glikoz,galaktoz,fruktoz gibi şekerlerin zardan geçişi,kolaylaştırılmış difüzyon denilen bir yolla olur. Taşınacak madde zarda bulunan taşıyıcı proteinle birleşir.Madde,birleştiği taşıyıcı proteinle “substrat-enzim” gibi yüzey uygunluğu gösterir (taşıyıcı protein taşınacak maddelerin yapısına göre şeklini değiştirir).Madde geçişi gerçekleştikten sonra taşıyıcı protein tekrar önceki orijinal şeklini alır.Geçişme yüksek konsantrasyonlu ortamdan düşük konsantrasyonlu ortama doğru olur.Por sayısındaki artış kolaylaştırılmış difüzyonu hızlandırır. Kolaylaşırılmış difüzyon,taşıyıcı sistemden ötürü aktif taşımaya benzerse de ikisi arasındaki en büyük fark;difüzyonda enerji kullanılmaması ve yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona doğru olmasıdır. Osmoz Osmozu tanımlamadan önce yoğunluk kavramını iyi bilmek gerekir. Bir maddenin yoğunluğu, birim hacimde bulunan çözücü içindeki madde miktarıdır. Çözünenin çok olması durumunda ortam çok yoğun, az olması durumunda ise az yoğun olur. Ortamın yoğunluğu çözücünün miktarı ile ters orantılıdır. Yani çok yoğun ortamdaki çözücünün oranı,az yoğun ortamdaki çözücü oranından daha düşüktür. Örneğin, yarı geçirgen bir zarla ayrılmış iki ortamdaki nişasta çözeltilerini ele alalım. A kolunda, nişasta çok yoğun ise, birim hacimdeki su miktarı daha azdır. B kolunda, birim hacimdeki nişasta daha az, su ise daha fazladır. Doğal olarak bu konsantrasyon farkının dengelenmesi gerekir. Nişasta porlardan geçemeyecek kadar büyük olduğundan, su molekülleri nişastanın çok, suyun az olduğu ortama doğru geçer. A kolundaki toplam hacim koluna göre daha fazladır. Buna göre suyun, yarı geçirgen bir zar üzerinde çok olduğu ortamdan, az olduğu ortama doğru geçişine osmoz denir. Bu olayı canlılarda görmek de mümkündür.canlılarda,kapalı ortam,hücre zarıyla sınırlandırılmış olan sitoplazmadır.Sitoplazma içerisinde organik asitler, şekerler,organik ve inorganik tuzlar gibi maddeler bulunur(bu maddelerin potansiyel değerine osmotik değer denmektedir).Sitoplazma ve dış ortamın yoğunluğuna göre her iki ortam arasında su geçişi olur. Osmoz sonucu iki değişik olay gözlenir:
•Plazmoliz:Hücre kendisinden yoğun (hipertonik) bir ortama konduğunda, yoğun ortama su vererek zarın her iki tarafındaki yoğunluğu dengelemek ister.Dolayısıyla su kaybederek büzülür.hücrenin daha yoğun bir ortama konulduğunda büzülmesine plazmoliz denir.bitki hücreleri hücre çeperleri bulunduğu için hayvan hücrelerine göre daha yavaş su kaybederler.deniz suyu içildiğinde dokular su kaybederek ölür.bunun nedeni deniz suyunun tuz oranının dokulardakine oranla çok daha fazla olmasıdır.
•Deplazmoliz:Hücre kendisinden daha az yoğun (hipotonik) bir ortama konulursa ortamdan hücreye su girişi olur.dolayısıyla su alarak şişer.hücrenin ortamdan su alarak şişmesine deplazmoliz denir.
Osmotik kuvvetlerlazmoliz ve deplazmoliz esnasında osmotik basınç ve turgor basıncı ortaya çıkar:
•Osmotik Basınç:hücre içindeki maddelerin yoğunluğundan dolayı sıvıların hücreye girerken zara dıştan yaptıkları basınç şeklinde tanımlanır.Osmotik basıncı oluşturan maddeler çeşitli şekerler, organik asitler, organik ve inorganik tuzlardır.Dolayısıyla hücre içinde bu maddelerin yoğunluğuyla hücrenin osmotik basıncı doğru orantılıdır.
Örneğin bitkinin köklerindeki emici tüylerde osmotik basınç yüksek olduğundan su topraktan kök hücrelerine geçer. Osmotik basınç atmosfer birimi ile ifade edilir.Osmotik basınç, plazmoliz halindeki hücrelerde yüksek deplazmoliz halindeki hücrelerde düşüktür.Hücrenin kendisi ile aynı yoğunlukta (izotonik) ortama konulduğunda osmotik basınç, iç basınçla denge halinde olur.
·Turgor basıncı:Deplazmoliz esnasında sitoplazma sıvısının zara yaptığı basınçtır (iç basınç) . Hayvan hücreleri bu yüksek basınca dayanamaz, parçalanır. Mesela alyuvarlar kendilerinde daha az yoğun bir ortama konulursa, ortamdan alyuvar hücrelerine su girişi olur:daha sonra zarları parçalanır, hücre ölür (hemoliz).
Bitki hücrelerinde selüloz çeper olduğundan turgor basıncından hayvan hücrelerine göre daha az etkilenirler.Ayrıca turgor basıncının bitkilere sağladığı bazı avantajlar da vardır.Bu avantajları;
·Otsu bitkilerde destekliği,
·Stomaların açılıp kapanması,
·Küstümotu gibi bitkilerde hareketi sağlaması şeklinde sıralayabiliriz.
Emme Basıncı, Turgor Basıncı ve Osmotik Basınç Arasındaki İlişki Emme basıncı hücrenin osmotik basıncının oluşturduğu bir çekici kuvvettir.Diğer bir deyişle emme basıncı osmotik basıncın iç basınca üstün olduğu sürece hücreye su girişini sağlayan bir kuvvettir.Osmotik değer, osmotik basıncı meydana getiren eriyiğin çekim gücüne denir.Böyle bir değer her hücrenin kofulunda gizli olarak bulunur.
Genel olarak emme basıncı (EB) bir hücre için, hücrenin osmotik değeri (OD) ile iç (turgor) basıncın (TB)arasıdaki farka eşittir.
EB=OD-TB Diyaliz Diyaliz, çözünmüş maddelerin seçici geçirgen zardan difüzyonudur. Örneğin içi glikoz molekülleri ile dolu bir bağırsak saf su içerisine konursa glikoz molekülleri, zardan su içerisine iki tarafta da yoğunluk eşit oluncaya kadar geçer.
*
Bu prensip, suni böbrek aletinde (diyaliz kullanılır.Hastanın her seferinde 500ml kadar kanı bir diyaliz tüpünden geçirilir.Diyaliz tüpünün dışında, kanda bulunan ve difüzyon olabilen aynı yoğunlukta maddeleri taşıyan bir sıvı bulunur. Bu sıvı sadece uzaklaştırılacak maddeyi taşımamaktadır. Böylece kana gerekli olan maddeler dıştaki sıvıya geçmez.Uzaklaştırılması istenen madde (üre gibi) dış sıvıda bulunmadığı için,bu madde kandan dış sıvıya difüzyonla geçer ve kan bu maddeden temizlenmiş olur. Moleküllerin Pasif Olarak Taşınmasını Etkileyen Faktörler: Canlı hücrelerde hücre zarının her iki yönünde devamlı bir molekül hareketi gözlenir.Bu moleküller hücre zarından doğrudan veya porlar yardımıyla geçerler.Geçiş türü veya hızı aşağıdaki faktörlere göre değişmektedir.
•Moleküllerin Büyüklüğü:Oksijen, su, iyot, karbondioksit gibi küçük moleküller hücre zarından rahatlıkla geçebilir.Mesela 6 karbonlu glikoz;oksijen, su ve karbondioksitten daha zor geçer.
•Moleküllerin elektrik yükü:Hücre zarının iyonik yapısından dolayı, nötr moleküller iyonlardan daha kolay geçer.
•Yağda çözünen maddeler:Hücre zarının yapısında yağ olduğu için yağda çözünen maddeler hücre zarından rahatlıkla geçebilir.
•Yağı eriten maddeler:Yağı eriten maddeler de hücre zarından rahatlıkla geçebilir.
•Zardaki por sayısı:hücre zarında por sayısı ne kadar fazla olursa madde girişi o kadar hızlı olur.
•Konsantrasyon farkı:Yüksek konsantrasyonlu ortamdaki moleküllerin birbirine çarpma hızı, düşük konsantrasyonlu ortamlara göre daha hızlıdır.Bu ortamdaki potansiyel enerji, yüksek konsantrasyonlu ortamdan düşük konsantrasyonlu ortama madde geçişini hızlandırır.
•Sıcaklık:Moleküller sıcak ortamda daha hızlı hareket ederler. Dolayısıyla yüksek sıcaklıkta difüzyon hızlıdır.
•Hücre zarının deformasyonu:Hücre zarı alkol, eter, çeşitli zehirler ve kloroform gibi maddelere karşı aşırı duyarlıdır.Bu maddeler hücre zarına girerken veya çıkarken hücre zarını tahrip ederler.
AKTİF TAŞIMA
Bir maddenin konsantrasyonun düşük olduğu yerden yüksek olduğu yere doğru, enerji (ATP) harcanarak taşınmasına aktif taşıma denir.Bir başka ifade ile;aktif taşıma maddelerin yokuş yukarı hareketidir. Aktif taşıma, canlı zarlar üzerinde enzim ve taşıyıcı proteinlerle gerçekleştirilir. Aktif taşımada mutlaka enerji harcanır.Enerji yetersizliğinde aktif taşıma durur, pasif taşıma devam eder.Bu durumda bazı maddelerin hücre içi ve hücre dışı yoğunluk farkları ortadan kalkar ve bunun sonucu hücrede hayatsal faaliyetler durur,yani hücre ölür.Örneğin; büyüme ve protein sentezi için mutlaka gerekli olan potasyum hücre içinde hücre dışına göre 40 misli daha fazla bulunmak zorundadır.Eğer bu miktar azalacak olursa, hücre yeterli şekilde fonksiyonlarını gerçekleştiremez. Aktif taşımaya en güzel örnek,çeşitli hücrelerde görülen”Sodyum-Potasyum
Pompası”dır. Normal şartlarda sodyum hücre dışında,potasyum da hücre içinde yoğundur.Sodyum-potasyum pompası ile yoğunluk farkından dolayı hücre dışına çıkan potasyum hücre içine, hücre içine sızan sodyum da hücre dışına ATP enerjisi kullanılarak pompalanır.
ENDOSİTOZ
Pasif taşımave aktif taşıma ile taşınan moleküller doğrudan hücre zarından veya porlardan geçerken, büyük moleküllerden olan yağ,, nişasta, glikojen, protein vs geçemezler.Bu moleküller zarın değişikliğe uğraması ile enerji harcanarak hücre içine alınırlar.Bu olaya “endositoz” denir. Endositozla hücre içme alınan besinler, sitoplazmada besin kofulu şeklinde bulunurlar. Hücrelerde endositozla besin alınımı fagositoz ve pinositozla sağlanır. Fagositoz Endositozla katı yapıların hücre içine besin kofulu şeklinde alınmasıdır. Katı madde yalancı ayak yardımıyla oluşturulan cep içerisine alınır. Daha sonra içeri çekilen besin kofulu lizozomla birleşerek sindirilir. Akyuvarların mikropları yemesi, amiplerin beslenmesi buna örnektir. Pinositoz Sıvı maddelerin besin kofulu şeklinde hücreye alınmasına denir. Pinositoz olayında, sıvı maddelerin hücre zarına değmeleri sonucunda, sitoplazma içine doğru cep ya da kanal şeklinde yapılar oluşur.bu yapılardan pinositoz keseleri meydana gelir.Bu şekilde hücre içine alınan sıvı maddeler lizozomla birleşerek sindirilir. Fagositoz ve pinositoz genellikle hayvan hücrelerinde görülür.
EKZOSİTOZ
Daha önce de açıklandığı gibi hücrelere endositozla alınan maddeler lizozom enzimleri ile küçük moleküllere parçalanır (hücre içi sindirim). Kesecik içerisinde sindirim sonucu oluşan artık maddeler ve dışarı salgılanması gereken bazı metabolik ürünler hücreden dışarıya atılır.Bu olaya “ekzositoz” denir. Ekzositozda kesecik hücre zarına tutunur ve tutunan kısımları içeriğini dışarı boşaltır. Endositozda olduğu gibi ekzositozda da enerji harcanır.
Kaynak: www.tekblogcu.com izni ile alınmıştır
Teknoloji
Öğrencilere Özel Hücre nedir, Hücrenin yapısı nasıldır, Hücrenin Evrimsel Gelişimi nasıldır, hücrenin Elektron mikroskobu...
