Hücre Fizyolojisi

HÜCRE FİZYOLOJİSİ



Hücreler yaşayan organizmaların yapısal ve fonksiyonel birimleridir. Hücreler küçük fakat kompleks yapılardır. Yaşamın bu temel birimi hakkında ayrıntılı bilgiler ilk kez 17. Yüzyılda ışık mikroskobunun geliştirilmesi ile edinildi. Bir müze müdürü olan İngiliz Robert Hooke 1663 yılında mantar ve diğer bitki örneklerini bir jiletle keserek mikroskop altında 30 kat büyüterek inceledi. Bu incelemeler sonucunda bitkilerin "hücre" adını verdiği küçük bölmelerle dolu olduğunu buldu. Anton van Leeuwenhoek isimli bir Alman dükkancı ise doku örneklerini 300 kat büyüterek, bakteri, kan hücresi, sperm hücresi gibi tek hücreli organizmaları inceledi. Bu organizmalara hayvancık anlamına gelen "animalcules" adını verdi.



Hücrelerin Genel Özellikleri:

Hücreler hem morfolojik (şekilsel) hem de metabolik olarak çok büyük farklılıklar gösterirler. E.coli isimli bakteri 1m m (m m=mikrometre= 1 metrenin milyonda biri) uzunluğundayken, aksonları 1 metre uzunluğunda olan sinir hücreleri vardır. Ama yine de hücrelerin çok büyük bir çoğunluğu 1-30 m m arasındadır. Hücreler küçük olmak zorundadırlar, çünkü metabolizmalarında diffüzyon çok önemlidir. Diffüzyon, termal hareketle moleküllerin rasgele hareket etmesidir. Diffüzyon moleküllerin, yüksek konsantrasyon bölgesinden düşük konsantrasyon bölgesine doğru, her yerde eşit dağılıncaya kadar olan, rastgele hareketleridir. Diffüzyon termodinamiğin 2. Kanuna bir örnektir. Bu kanuna göre entropi (düzensizlik ya da rasgelelik) sürekli olarak artar. Evrendeki düzensizliğin derecesi sadece ve sadece artabilir. Hücrelerin çoğu aktivitelerinin büyük bir bölümünü diffüzyon ile düzenlerler. Diffüzyon, molekülün özelliğine (büyüklük gibi) ve çevreye (vizkozite, membran gibi) bağlıdır. Bir partikül (madde parçası) tarafından katedilen mesafe zamanın karekökü ile doğru orantılıdır. Yani bir partikül 1 saniyede 1 m m gidiyorsa, 4 saniyede 2 m m ve 100 saniyede 10 m m ve 3 saatte (10.000 saniye) 100 m m gidecek demektir.

Hücrelerin Fonksiyonel Özellikleri:

Hücreler ortamdan ham materyali alırlar.

Enerji üretirler: Bu enerji iç ortam dengesini sağlamak, ve sentez reaksiyonlarını yürütmek için gereklidir. Termodinamiğin 2. Kanununa karşı koymak ancak enerji ile mümkündür.

Kendi moleküllerini sentez ederler.

Organize bir şekilde büyürler.

Çevreden gelen uyarılara cevap verirler.

Çoğalırlar (bazı istisnalar haricinde).

Hücrelerin Yapısal Özellikleri:

Kalıtsal bilgiler DNA içinde saklanır.

Genetik kod temelde aynıdır.

Bilgi DNA dan proteinlere RNA aracılığı ile geçer.

Proteinler ribozomlar tarafından yapılır.

Proteinler hücrenin fonksiyon ve yapısını düzenlerler.

Bütün hücreler seçici geçirgen bir zar olan plazma membranı ile çevrilmiştir.



HÜCRELERİ BİRBİRİNDEN AYIRAN ÖZELLİKLER

Hücreler arasında pek çok benzerlik olmasına rağmen, çok belirgin farklılıklar da vardır. Bu farklılıklar hücreleri çeşitli ana guruplara ayırmamıza yardımcı olur. İki yaygın ana gurup şunlardır.

Prokaryotlar

Eukaryotlar

(Karyot=nükleus, Pro=önce, Eu=gerçek anlamına gelmektedir.)

Prokaryotlarla Eukaryotlar arsındaki farklılıklar ise Tablo 1. de gösterilmiştir.





ÖZELLİKLER
PROKARYOT
ÖKARYOT

ÇEKİRDEK ZARI
YOK
VAR

ÇEKİRDEKCİK
YOK
VAR

HİSTONE PROTEİNLERİ
YOK
VAR

DNA İÇERİĞİ
KÜÇÜK
BÜYÜK

İNTRONLAR
YOK
VAR

BÜYÜKLÜK
KÜÇÜK
BÜYÜK




Prokaryotlarla Eukaryotlar arasındaki en temel farklar prokaryotların bir nükleusa (çekirdek) ve membrana bağlı organellerinin (birkaç istisna haricinde) olmamasıdır. Her ikisinin de DNA sı, hücre zarı, ribozomları vardır.



HÜCRE ORGANELLERİNİN YAPI VE FONKSİYONLARI

Hücreler ışık mikroskopu ile incelendiği zaman, sitoplazma ve çekirdek adı verilen iki bölümden oluştuğu görülür. Ancak daha büyük büyütme sağlayan elektron mikroskopuyla yapılan incelemeler, hücrenin bir takım alt birimlerden, hücre organellerinden oluştuğunu ortaya koymuştur. Hücre şunlardan oluşmuştur.

Hücre zarı

Sitozol

Organeller

Çekirdek



Hücre Zarı: Zar ya da membranlar yaşam için çok önemlidir, çünkü bir hücre 2 sebebten dolayı kendisini dışarıdaki ortamdan ayırmak zorundadır.

DNA, RNA ve benzeri yaşamsal moleküllerini dağılmaktan korumalıdır.

Hücre molekül yada organellerine zarar verebilecek yabancı molekülleri uzak tutmalıdır.

Ancak hücre bu iki kurala uyarken bir taraftan da çevreyle haberleşmeli, dış ortamı sürekli olarak izlemeli ve ortam değişikliklerine ayak uydurmak zorundadır. Ayrıca hücre besin maddelerini dışarıdan almalı ve metabolizması sonucunda ürettiği toksik (zehirli) maddeleri dış ortama vermelidir.

Biyolojik membranlar Şekil 1 de görüldüğü gibi bilipit katmandan oluşur. Şekildeki her

bir fosfolipiti temsil eder. Daire ya da baş negatif yüklü fosfat gurubudur, ve iki kuyruk da çok hidrofobik (hidrofobik=suyu iten) olan hidrokarbon zincirlerini temsil eder. Fosfolipit zincirlerinin Şekil 1. De görüldüğü düzenlenmesi sonucu hidrofobik kısımlar membranın içinde kalır. Membran yaklaşık 5 nanometre (1 nanometre = 1 metrenin milyarda biri) kalınlığındadır. Membran semipermeabledır (yarı geçirgen), yani bazı maddelerin membrandan serbestçe geçmesine (diffüze olmasına) izin verir. Membran büyük moleküllere geçirgen değilken, yüklü iyonları çok az geçirir, ve yağda eriyen küçük moleküllere oldukça geçirgendir.

Tüm biyolojik membranlar gibi hücre zarı (membranı) da lipit, protein ve az miktarda karbonhidrattan oluşmuştur.

Hücre zarı, hücre içinde ve dışında bazı uzantılarla devam eder. Hücre dışına doğru olan uzantılar hücrenin yüzeyinden interstisiyel mesafeye doğru uzanırlar, bu uzantılara mikrovillus denir. Hücre içine doğru devam eden zar sistemi ise dış ortamın hücre içiyle daha yakın ilişki kurmasını sağlar. Bu sisteme endoplazmik retikulum denir.

Endoplazmik Retikulum: Endoplazmik retikulum lipid, protein (ribozomlar aracılığı ile) ve kompleks karbonhidratların yapım yeridir. Endoplazmik retikulum hücredeki toplam membranların yarısından fazlasını oluşturur. Endoplazmik retikulum iki membrandan oluşur, iki membran arasında kalan boşluğa endoplazmik retikulum lümeni denir. İki tip endoplazmik retikulum vardır.

Granüllü Endoplazmik Retikulum: Üzerinde ribozomlar vardır. Sisterna denilen yassılaşmış keseler şeklindedir.

Düz Endoplazmik Retikulum: Ribozomları yoktur, tüplerden oluşan bir ağ şeklindedir. Lizozom: Lizozomlar 0,2 ila 2 m m çapında organellerdir. Hücreiçi sindirimi sağlamak üzere yaklaşık 40 civarında enzim içerirler. Lizozom membranı lizozomun hücreyi tümüyle sindirmesini önler. Bu enzimler için optimal pH 5 civarıdır. Lizozomlarda ATP hidrolizi ile çalışan H+ pompası vardır. Bu sayede lizozomun pH I düşük tutularak enzimlerin etkin hale geçmesi önlenir.

Peroksizom: Peroksizom membranında spesifik proteinler ve oksidasyon enzimleri vardır. Karaciğerdeki peroksizomların ana görevi detoksifikasyondur (bir maddeyi zararsız hale getirme).

Ribozom: Ribozomlar proteinlerin sentez edildikleri yerdir. Protein sentezi için gerekli bilgi DNA dadır, bu bilgi RNA ya transfer edilir, ve ribozomlarda RNA daki bu bilgiyle protein yapılır. Bir hücre için protein sentezi çok önemlidir, bu yüzden de hücrede binlerce ribozom bulunur. Ribozomlar ya sitoplazmada serbestçe yüzerler ya da endoplazmik retikuluma bağlı olarak bulunur. Ribozomların membranı yoktur. Protein sentezlemedikleri zaman 2 alt gurup halinde bulunurlar. Alt guruplar ribozomal RNA (rRNA) ve ribozomal proteinlerden oluşur.
Mitokondri: Mitokondriler eukaryotik hücrelerde ana enerji üretim merkezleridir. Biri iç diğeri dış olmak üzere iki membranı vardır. İç membranda çok sayıda katlanmalar vardır, bu membranın yüzey alanını genişleterek, membran bağımlı raksiyonların daha fazla sayıda olamasını sağlar. Mitokondrilerin kendi DNA ve ribozomları vardır.Çekirdek (Nükleus): Nükleus DNA nın bulunduğu ve DNA daki bilginin RNA ya aktarıldığı yerdir. Çift katlı bir membranla sarılmıştır, bu membranda çok sayıda büyük porlar bulunur. Çekirdeğin içini dolduran esas madde DeoksiriboNükleik Asit ve protein molekülleridir. Bu DNA molekülleri nükleus içinde rastgele dağılmış olamayıp kromozom denilen yapılar içinde protein molekülleri ile birlikte organize olmuşlardır. İnsanda 46 adet (23 çift) kromozom bulunur. DNA molekülleri hücrede mevcut bütün proteinlerin nasıl yapılacağının genetik bilgisini içerirler. Bilgi nükleusdadır fakat proteinler sitoplazmada yapılır, bu sebeple bilginin sitoplazmaya aktarılması gereklidir. Bu amaçla DNA kalıp gibi kullanılarak, bu kalıptan RNA yapılır, oluşan RNA sitoplazmaya geçerek, protein yapım yeri olan ribozomlara protein sentezi için gerekli bilgiyi aktarır. Çekirdek hücrenin kontrol merkezidir, buradaki genetik mekanizmalar yoluyla sadece hücre içindeki kimyasal olaylar değil, aynı zamanda hücrenin özelliklerinin yeni hücre nesillerine aktarılması da sağlanır.

Hücre İskeleti: Aslında hücre iskeleti terimi yanlış bir deyimdir. Hücre iskeleti transparan olduğu için hem ışık hem de elektron mikroskobu preperatlarında görülmez. Hücre çizimlerinde de gösterilmemesine rağmen önemli bir hücre komponenttidir. Hücre iskeleti hücrenin şeklini, hücre organellerinin yerinde durmasını sağlar, ve hücre hareketinden sorumludur.

Hücre iskeleti şunlardan oluşmuştur.

Sentriyoller

Mikrotübüller

Aktin filamentleri

Sentriyoller çekirdeğe yakın olarak yer alan bir çift silindirik yapıdır. Her biri üçerli guruplar halinde dokuz tübülden oluşmuştur. Sentriyoller hücre bölünmesi sırasında kromozomların hücre kutuplarına çekilmesini sağlarlar. Mikrutübüller tübülin denilen alt birimlerden oluşmuştur. Görevi hücreyi yerinde tutmaktır, aynı zamanda silya ve flagellanın da ana bileşenidir. Aktin filamentleri ise hücrenin şeklini değiştirmesinde görev alırlar