Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Yapısal ve Ortak Özellikleri I-II PDF

GÖRSEL EKLEYİNİZ Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Yapısal ve Ortak Özellikleri I-II Dr. Öğr. Üyesi Yemliha Yıldız Tıbb...

GÖRSEL EKLEYİNİZ Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Yapısal ve Ortak Özellikleri I-II Dr. Öğr. Üyesi Yemliha Yıldız Tıbbi Biyoloji A.D. Kurul: Tıbbi Bilimlere Giriş I 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 1 Ders Öğrenme Çıktıları 1) Canlılık özelliklerini sayar. 2) Hücrenin evrensel ve genel özelliklerini listeler. 3) Hücre yapısını ve işlevleri ile hücrenin kimyasal bileşenlerini açıklar. 4) Prokaryotik ve ökaryotik hücrelerin çeşitli özellikleri tartışır. 5) Hücre biyolojisinin güncel konularının önemini belirtir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 2 Tıbbi Biyoloji TIP: (medicus: doktor) insanla ilgili olan vücut sistemlerini tanımlamak, hastalıkları önlemek, hafifletmek ya da iyileştirmek amacıyla başvurulan teknik ve bilimsel çalışmaların tümü… BİYOLOJİ: (bios+logos: yaşam bilimi) canlıların yapı ve işlevlerini, canlı ve cansız çevreyle ilişkilerini, dağılımlarını ve çeşitliliklerini inceleyen, temel olarak da canlılık olgusunu tüm yönleriyle açıklamaya çalışan bir bilimsel alan… 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 3 TIBBİ BİYOLOJİ: bir yandan insanla ilgili canlılık özelliklerini (yapı/fonksiyon), çevresel etkileşimlerini ve çeşitlilik durumlarını inceleyerek açıklamaya çalışan, diğer yandan söz konusu olgulardan yararlanarak insan sağlığını koruma, hastalıkları tanımlama ve iyileştirmeye yönelik teknik ve bilimsel verileri sunmayı hedefleyen bir bilim dalı/bilimsel alan….. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 4 Canlılık kavramı: neyi ifade eder?, özellikleri, etkileşimleri nelerdir?... Canlılığı oluşturan yapılar: inorganik veya organik maddeler… Canlıların temel yapısının farklılıkları: prokaryotik ve ökaryotik hücreler… Hücre nelerden oluşur?: hücrenin yapısı ve hücre organelleri... Hücre fonksiyonlarını nasıl gerçekleştirir?: hücresel organizasyon… Hücre nasıl arkadaş edinir?, komşuluk ilişkisine nasıl girer?: hücreler arası etkileşim ve iletişim… 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 5 Hücrenin vermek/almak istedikleri ve yolları: hücre ve dokular arası madde taşınım mekanizmaları… Hücre gücünü, kuvvetini ve dayanıklılığını nasıl sağlar?: hücre metabolizması ve enerji dengesi… Hücresel bilginin içeriği, aktarımı ve paylaşımı: genetik elemanlar ve organizasyon (DNA, RNA, Protein...)… Moleküler alt yapımızın birliktelikleri: kalıtıma etki eden faktörler… Genlerimiz ve yol açtıkları: genetik temelli metabolik bozukluklar… Genetik temeli ve potansiyeli nasıl tespit edebiliriz?: moleküler analiz teknolojisi ve uygulama alanları… 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 6  CANLI; yaşama, gelişme ve üremesi için ileri derecede organize olmuş kendi kendini yöneten, çevresindeki madde ve enerjiden yararlanabilecek yetenekte olan, fiziksel ve kimyasal karmaşık bir sistemdir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 7  Canlılık Kavramı Canlıları cansız varlıklardan ayıran birtakım özellikler vardır: ÜREME: Büyüme sürecini tamamlayan her olgun birey, kalıtsal materyalini sonraki kuşaklara aktararak yeni bireyler meydana getirir. GELİŞME: Canlı, kendi türüne özgü boyutlara ulaşıncaya kadar büyümesini sürdürür. Büyüme çeşitli evrelerde farklılıklar gösterir. UYARILABİLME (İRRİTABİLİTE): Canlı, çevreden gelen her uyarıya (stimulus) cevap verir. HAREKET: Canlı, yer değiştirir. Bitkilerde olduğu gibi bu hareket, bulunduğu yerde de olabilir. BESLENME: Canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için besin almak zorundadırlar. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 8  UYUM (HOMEOSTAZİS): Canlı çevrede meydana gelen değişikliklere uyum sağlayabilmektedir. DNA VE BİYOLOJİK ORGANİZASYON: DNA sadece canlılara özgün bir moleküldür. Cansız moleküllerden canlıyı oluşturacak şifrelere sahiptir. Biyolojik organizasyon temel birimi hücredir METABOLİZMA: Canlı çevresinden gelen maddeleri alır, enerji kaynağı olarak kullanır, yeni yapısal elementler oluşturur ve oluşan artık maddeleri dışarı atar. Metabolizma iki grupta incelenir; a. Anabolizma: Hücrelerin büyük moleküllü bileşenlerinin (protein, lipit, nükleik asit, polisakkarit) küçük öncül moleküllerden enzimatik olarak sentezlenmesidir. b. Katabolizma: Organizmaların gereksinim duydukları enerjiyi sağlamak amacıyla protein, yağ, karbohidrat gibi makromolekülleri yıkma olaylarına denir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 9 Canlının Orijini, İlk Canlı? Yeryüzünün Orijini? 1. Evren daima var olagelmiştir, durağan ve değişmezdir. Zaman ve mekan bakımından sonsuzdur. 2. Big Bang ve genişleyen değişen evren 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 10 Big Bang 15 milyar yıl önce evrenin enerji içeren sub-atomik parçacıklardan, büyük bir patlamayla oluştuğu varsayılmaktadır (Nelson ve Cox 2005). Başlangıçta bulunan ve 1cm3’ü belki milyonlarca ton olan kozmik öz patlama sonucunda her yöne çok çok yüksek bir hızla yayılarak bildiğimiz evreni oluşturmuştur Bizim güneş sistemimizin içinde bulunduğu Samanyolu Galaksisi 13 milyar yıl önce milyonlarca yıldızdan oluşmuştur. Dünyamızın 4.5 milyar yıl önce oluştuğu varsayılmaktadır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 11  İlk Canlı? Canlılığın ilk kez ortaya çıkışı hakkında başlıca dört teori vardır: 1.Özel Yaratılış Teorisi: Bu teoriye göre canlılar belirli aralıklarla, doğaüstü bir güç tarafından bir defada yaratılmıştır. Her canlı türünün ayrı ayrı yaratıldığını kabul eder. Bu görüş, deneysel ispata uygun olmadığından bilimsel yoruma açık değildir. 2.Kozmik Teori: Başka bir yıldız veya gezegende yaşayan canlıların dayanıklı sporlarının, dünyamıza kazara gelmiş olduğunu kabul eder. Uzayın son derece soğuk, kuru olduğu ve öldürücü kozmik ışınları bulundurduğu düşünülürse bu tür bir oluşum olanaksız görünmektedir. Ayrıca, sporların geldiği gezegen veya yıldızda canlılığın nasıl ortaya çıktığını da açıklamamaktadır. 3.Kendiliğinden Yaratılış Teorisi: Yaşama yeni gelen her canlının, inorganik maddelerden kendiliğinden oluştuğunu kabul eder (Abiyogenez görüşü). Abiyogenez anlayışı 17. Yüzyılda Redi ve daha sonra Louis Pasteur’un deneylerle geçerliliğini yitirmiştir. Canlının, ancak kendinden önce yaşamış olan başka bir canlıdan meydana gelebileceğini göstermişler. Bu görüşe biyogenez görüşü adı verilmiştir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 12  Redi Deneyi (1668) Üç kap hazırladı ve üçüne de çürümüş et koydu. İlk kabın ağzını tamamen açık bıraktı, ikincisini içerisine hava giriş çıkışı olabilecek ince bir ağ ile örttü, üçüncüsünü ise dışarıdan mühürledi ve hava iletimini tamamen kesti. Redi, ilk kapta sineklerin oluştuğunu ve bu sineklerin et üzerine yumurta bıraktığını gözledi. İkinci kabın içerisinde sinek gözlenmedi; ancak sinekler ağın üzerine üşüştüler ve buraya yumurtladılar, içeriye giremeyecek kadar büyüktüler. Mühürlü kapta ise sinek oluşumu gözlenmedi. Böylece Redi, bozulmuş et parçasının sinek oluşumuyla hiçbir ilgisi olmadığını, sineklerin oluşabilmesi için dişilerin et üzerine yumurtlaması gerektiğini göstermiş oldu. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 13 Pasteur Deneyi (1862) Et suyu içeren özel tasarlanmış iki kap (içeriye hava girişini sağlaması; ancak toz ve kirin girmesine engel olmasıdır) İkisi de ısıtılıp steril ediliyor. Bekletiliyor her ikisinde canlı oluşumu yok Daha sonra, kaplardan birinin boynunu kırdı, hava ve toz ile doğrudan temas edebilmesini sağladı. Diğer kabı ise aynen bıraktı. İlk kapta bakteri oluşumu gözlendi; ancak ikinci kapta hiçbir canlı oluşmadı 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 14 İlk Canlı? 4.Doğal Yaratılış (Heterotrof) Teorisi: Bu görüş kimyasal evrim ilkesine dayanır. İlk canlının 3,5 milyar yıl kadar önceki ilkel atmosfer gazlarından (metan, amonyak, hidrojen ve su buharı) oluştuğunu var sayar. Buna göre, ilkel atmosfer gazları yüksek sıcaklık, rutubet ve basınç altında ve yüksek gerilimli akımlar, kozmik ışın, UV ışınlarının etkisi ile bir araya gelip sığ denizlerin dip çamurunda toplanarak ilk organik maddeleri oluşturmuşlardır. Miller ve Urey deneyi kimyasal evrimin oluşumunu denemek üzere, dünyanın ilk zamanlarında var olduğu öngörülen koşulların benzetim yöntemiyle oluşturulduğu bir deneydi 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 15 Miller ve Urey Deneyi (1953) Deney, su (H2O), metan (CH4), amonyak (NH3), hidrojen (H2) ve karbon monoksit (CO) ile yapılmıştır. Bu kimyasallar, steril cam tüp ve kaplar dizgesi içinde, dış ortamdan yalıtılmış olarak bulunuyordu. Bir cam kap yarısına kadar sıvı haldeki su ile doluydu, diğer bir cam kapta ise bir çift elektrot vardı. Su ısıtılarak buharlaşma sağlanmıştı, elektrodlar arasında ise kıvılcımlar çakması sağlanarak dünyanın atmosferindeki yıldırımların ve su buharının benzetimini sağlanmıştı. Daha sonra atmosfer tekrar soğutularak suyun yoğuşması ve damlalar halinde ilk kaba geri dönmesi ve sürekli bir döngü içinde olması sağlanmıştı. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 16 Miller ve Urey Deneyi (1953) Bir haftalık sürekli bir işlemin ardından Miller ve Urey sistemin içindeki karbonun en az %10-15 kadar bir kısmının organik bileşik oluşturduğunu gözlemlemişlerdi. Karbonun yüzde iki kadar bir kısmının da, canlıların hücrelerini oluşturan proteinlerin oluşumunda kullanılan amino asitleri, bol olarak da glisinin oluşturduğunu görmüşlerdi. Şekerler, lipidler ve nükleik asitlerin bazı yapıtaşları da oluşmuştu. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 17  İlk Plazma Zarları İlk organik moleküller oluştuktan sonra, oluşan molekül kitlelerinin etrafına su moleküllerini alarak çevreden enerji alabilen ilkel canlı hücrelerini oluşturduğu ileri sürülmektedir. Koaservat adı verilen bu organik oluşumlardan parçalanmadan kalabilenler çoğalmış, parçalananlar ise diğerleri tarafından enerji olarak kullanılmışlardır. Canlıların, cansızdan kimyasal evrim ile oluştuğunu savunan Heterotrof teorisine göre; Dünyadaki bütün canlı türlerinin ortak atası olan canlı ve cansız arası özellikler gösteren yapıdır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 18 Dünya'da yaşamın ilk kez koaservatlarla başladığı ve sonra nükleik asitlerle birleşerek ilk prokaryotik mikroorganizmalara evrimleştiği düşünülmektedir. Hayatın 3.5 milyar (3.8 milyar yıl da deniyor) önce başladığı düşünülmektedir. Avustralya’da bulunan stromatolitler, siyanobakteri fosilleri (Bu varsayım fosilleşmiş siyanobakterilerin radyoizotop karbon analizleri ile edinilmiştir) Ancak 2017 yılında Nature’da yayınlanan makalede bilinen en eski canlı fosiline Kanada Quebec’te rastladıklarını bildirmişlerdir (Quebec'teki fosillerin 3.77 ile 4.28 milyar yıl önceki yaşam formlarının bulunduğu ortamlar olabileceği yorumlanmıştır). Bu fosillerle ilgili çalışmalar devam etmektedir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 19 2.3 milyar yıl önce Oksijen atmosferde toplanmaya başladı ve böylece çevre ökaryotların yaşamasına elverişli hale gelmeye başladı. İlk ökaryotlar (okyanuslarda) (2.2 milyar yıl önce) Oksijenin atmosferde toplanmaya başlaması anaerobik organizmalar için felaket: “Oksijen felaketi” (Oxygen catastrophy) olarak anılır. Ökaryotlardaki mitokondrinin prokaryotik bir hücreden evrimleşerek solunumu başlattığı düşünülüyor, zira mitokondri kendi DNA’sı olan başlı başına bir canlı sayılabilir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 20 650 milyon yıl öncesinden günümüze evrim çizelgesi 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 21 532 milyon yıl önce Ozon (O3) oluşmaya başladı ve güneş ışınlarının zararlı etkisinden koruma şemsiyesi oluşturdu Ozon UV ışınların dünyaya gelmesini önleyecek kalınlığa gelince yaşam başlayabildi. Düşünülenin aksine önce hayvanlar, sonra bitkiler oluşmuş. Kambriyende cinsler patlaması oldu. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 22 Mezozoik evre ilk balık, amfibiler, dinozorlar, 230-65 milyon yıl önce Dinozorlar 65 milyon yıl önce yok oldular Nedeni ? 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 23 Memeliler İnsan ve diğer primatlar Mammalia sınıfından Primates takımının üyeleridir. Memeliler endotermik (sabit vücut ısılarını korumak için metabolik enerjilerini kullanan), vücutları kıllarla kaplı ve yavrularını süt bezleriyle besleyen türleri içerirler. Memeliler yaklaşık 240 milyon yıl önce mezozoik çağda sürüngenlerden kök almışlardır (Dinazor benzeri reptillerin egemen olduğu çağdır) 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 24  Memeliler Mezozoikte; Yumurtlayan memelilerin, keseli memelilerin ve böcek yiyip ağaçta yaşayan plesantalı memelilerin ataları yaşamıştır. İlk ilkel plesantalı memeliler yaklaşık olarak 150 milyon yıl önce ortaya çıkmıştır. 65 milyon yıl önce başlayan ve günümüze kadar devam eden senozik evrede memeliler hızla çoğalarak değişik yaşam ortamlarına uyum sağlayan türlere sahip olmuşlardır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 25 Memeliler İnsan cinsinin şempanzeden evrimleşerek ayrılması 5 milyon yıl önce, Homo sapiens (Düşünen insan)’in varlığı ise 200 bin yıl önceye dayanmaktadır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 26 Evrim Hakkında Görüşler Lamarck’a (1809) göre devamlı veya sık sık kullanılan bir organ gelişir ve büyür, kullanılmayan organ ise zayıflayıp körelir ve sonunda kaybolur; bu şekilde kullanılıp kullanılmama sonucu ortaya çıkan değişiklikler üreme yoluyla diğer kuşaklara aktarılır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 27  Modern biyolojinin babası Charles Darwin (1809-1882) Darwin'i taşıyan HMS Beagle'ın 1831-1836 yılları arasında izlediği rota 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 28 Doğal seçilim (natural selection) ve 1859 yılında yayınlanan Türleri Kökeni (The Origin of Species) kuramları ile modern biyolojinin kurucusu ve daha DNA’nın bilinmediği tarihlerde, evrim (evolution)’den söz ederek genetik biliminin habercisi olmuştur 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 29  Evrim Hakkında Görüşler Darwin’in doğal seleksiyon yoluyla evrimsel değişim kavramına dayanan teorisi dört temel görüşe dayanır: 1. Doğada, türler arasında veya bir türün bireyleri arasında, farklı derecelerde değişiklikler (varyason) vardır. 2. Doğadaki tüm canlılar geometrik artış hızına sahiptir. Bununla birlikte bir popülasyondaki çoğu bireyler yiyecek, eş ve yaşam alanı için yapılan yarış, açlık, hastalıklar, doğal ölüm, iklimsel koşullar nedeni ile ortaya çıkan çevre direnci yüzünden yok olmakta ve o popülasyonun büyüklüğü sınırlı kalmaktadır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 30  Evrim Hakkında Görüşler Darwin’in doğal seleksiyon yoluyla evrimsel değişim kavramına dayanan teorisi dört temel görüşe dayanır: 3. Ortam koşullarına uyum sağlayamayan yani çevre direncine dayanamayan bireyler yok olurken, uyumlu bireyler kendi yaşamlarını ve nesillerini devam ettireceklerdir. Sonuç olarak çevre direncine karşı koyabilen bireylerin oluşturduğu popülasyonlar varlıklarını sürdürebilir. Buna doğal seleksiyon denir. 4. Doğal seleksiyondan başarı ile çıkan yeni varyasyonların oluşturduğu popülasyonlardan yeni türler çıkar. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 31 Evrim Hakkında Görüşler 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 32 Canlılığın Çeşitliliği Şimdiye kadar biyologlar 1.5 milyon canlıyı tanımlamış ve isimlendirmiştir. Bunların yaklaşık 280.000’i bitkiler, 50.000’i omurgalılar ve 750.000 den fazlasını böcekler oluşturmaktadır. Her gün yüzlerce tür bunlara eklenmektedir. Dünyada 8 milyon 700 bin canlı türü var olduğu tahmin edilmektedir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 33 Canlıların sınıflandırılması için Aristo’ dan (M.Ö 350) başlayarak birçok farklı yöntem kullanışmış en son İsveçli doğabilimci Carl Linnaeus (Linne) (1707- 1778) nin yöntemi kabul görmüştür. Bu sistemde birinci isim cins, ikincisi tür ismi olmaktadır; binomial sistem denilir 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 34 Biyologlar canlıları 3 domain ve altı alem içerisinde sınıflandırmışlardır. 3 domain : Bacteria, Archaea ve Eukaryota 6 Alem : Bacteria, Archaea, Protista, Fungi, Plantae, Animalia 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 35 Archaea ( Arkealar) 1970’lerde yapılan çalışmalarda arkealar farklı bir yaşam biçimine sahip canlılar olarak kabul edilmiştir. Doksanlı yıllarda yapılan araştırmalarla sistematik olarak bakterilerden ayrılmışlardır. Bu ayrım canlının hücresel, metabolik ve filogenetik özellikleri ile gen yapılarına bakarak yapılmıştır. Bu canlılar yaşadıkları ekstrem şartlar nedeniyle ilgi odağıdır. Kaynayan jeotermal kaynaklardan, yanardağ bacalarına, derin deniz termal çukurlarından, tuz göllerine, yüksek asit ve bazik özellikteki sulardan buzullara kadar çok değişik coğrafyalarda yaşamaya uyum sağlamışlardır. Bununla birlikte diğer canlılar gibi normal koşullarda da yaşayabildikleri bilinmektedir. Bununla birlikte tüm ekstrem yaşayanlar Arkea değildir (Thermus aquaticus) 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 36 Canlıların altı alemi 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 37 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 38 Yeni metotlar, örneğin organizmalar arasındaki DNA dizi karşılaştırmaları sınıflandırmada güncellemelere sebep olabilmektedir. Sınıflandırmada kabul edilen en düşük seviye Türdür. TÜR : Ortak bir atadan gelen, yapı ve görev bakımından benzer özelliklere sahip, doğada yalnız kendi aralarında serbestçe üreyebilen ve verimli ( kısır olmayan ) yavrular oluşturan bireyler topluluğudur 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 39 Yaşam ölçeği 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 40 Hücresel Organizasyon Yaşamın en basit ve temel birimi HÜCRE’dir Tüm canlılar hücre denen mikroskobik yapılardan oluşur. Hücrelerin içinde canlının hem temel hem de hücreye özgün işlevlerini yürütecek biyokimyasal olaylar devam eder. Canlının temel birimi olan hücre, canlıya ait tüm özellikleri gösterir. Hücresel aktivite için enerji ve genetik bilgi kullanılır. Tüm hücreler büyür, gelişir ve ürer. Çevreden gelen uyarılara cevap verir. Çevreden aldığı enerjiyi kendisinin kullanabileceği şekle çevirir. Kısacası hücrenin işlevleri tüm organizmanın işlevlerine benzer. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 41 Hücrenin boyutu insan gözünün görme sınırının altında olduğundan hücre hakkındaki tüm bilgilerimiz teknolojiye dayanmaktadır. Günümüzde hücreleri incelemek için gelişmiş çeşitli mikroskoplar kullanılır. Hücreleri daha iyi incelemek için doku halinde ise ince kesitlere ayırmak, hücre kültürleri yapmak hatta ileri santrifüj teknikleri ile organelleri ayırmak ve boyamak (özellikle şeffaf olanlarını), gerekebilir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 42 17.yüzyılın ortalarında İngiltere’de laboratuvar aletleri teknisyeni olan Robert Hook, mikroskobik incelemenin öncüsü olmuştur. Hook 1665 yılında ağaç kabuklarındaki mantar dokudan aldığı kesitleri mikroskopta incelemiş, kesitin boş kutucuklardan oluştuğunu görerek bu kutucuklara hücre (cellula ) adını vermiştir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 43 Hook’un gördüğü kutucuklar aslında, ölü mantar doku hücrelerinden geriye kalan boşlukları çeviren hücre çeperlerinden oluşmaktaydı. Daha sonra Hollanda’da Antony van Leeuwenhook 1673 yılında bakteri küçüklüğündeki cisimleri görebilecek mercekler geliştirdi. Leeuwenhook, bir damla havuz suyunun bir hücreli organizmalar içerdiğini keşfetmiştir Hook ve Leeuwenhook sadece gözlem yapmışlar, inceledikleri canlıların yapısı hakkında herhangi bir yorum yapmamışlardır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 44 Hücre Teorisi 1831’de Robert Brown hücre çekirdeğini keşfetti. 1838 ‘de Alman botanikçi Matthias Schleiden ve Belçika’lı zoolog Theodor Schwann, hücre teorisini ileri sürerek çağdaş hücre biyolojisi doğdu. “bütün organizmalar hücrelerden yapılmıştır” Matthias Schleiden Schwann Theodore Schwann 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 45  Hücre teorisinin 3 kritik öğesi vardır; 1. Hücreler, yaşamın temel birimleridirler. 2. Yaşayan tüm canlılar, hücrelerden oluşmuştur. 3. Tüm hücreler, daha önce mevcut olan hücrelerden meydana gelirler (Rudolf Virchow, 1858). 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 46 Modern Hücre Teorisi; Tüm hücreler, daha önce var olan hücrelerden gelir. Tüm hücreler, kimyasal bileşim açısından benzerdir. Canlılardaki kimyasal tepkimelerin çoğu, hücrelerdeki sulu çözelti içinde gerçekleşir. Hücre bölünmesi sırasında genetik bilginin tümü replike edilir ve aktarılır. Virüsler hücresel yapıdan yoksun olmakla birlikte, hücresel organizmalara bağımlıdırlar. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 47  Hücrelerin Genel Özellikleri-I Hücreler farklı şekillerde olabilir Tiroid epiteli kübik şekildedir. Purkinje hücreleri armutsu şekildedir Eritrositler disk biçimlidir. Lökositler küremsi şekildedir. İskelet kas hücreleri ipliksi şekildedir Düz kas hücreleri iğsi şekildedir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 48  Hücrelerin Genel Özellikleri-II Hücreler farklı büyüklüklerde olabilir. Molecular cell Biology, Lodish et.al 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 49 Canlının büyüklüğü ile hücre büyüklüğü arasında ise ilişki yoktur. Filin hücreleri farenin hücrelerinden büyük değil fakat sayısı fazladır. Hücre sayısı canlının ağırlığına bağlıdır. Ortalama 70 kg ağırlığındaki yetişkin bir insanda 60-100 trilyon hücre bulunduğu belirtilmektedir. Hücrelerin şekilleri bulundukları yere ve görevine göre değişir. İnsanda yaklaşık 200 çeşit hücre tanımlanmıştır. Hücrelerin şekli büyüme ve gelişme esnasında belirlenir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 50  Hücrelerin Genel Özellikleri-III Hücre Sayısı: Birçok canlı tek hücrelidir. Çok hücreli canlılar da ise hücre sayısı vücut büyüklüğüne bağlı olarak değişir. Hücrenin rengi ve kıvamı: Çoğunlukla renksiz. Bazı hücreler sitoplazmalarında bulunan pigmentler nedeni ile renkli görülebilir. Hücrenin kıvamı taşıdığı su ve kolloid madde yoğunluğuna göre değişebilir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 51  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-I Bütün hücreler aynı temel moleküler yapı taşlarını kullanırlar Çünkü tüm hücreler DNA, RNA ve protein molekülleri üzerinden tüm yaşamsal faaliyetlerini yürütürler 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 52 Döllenmiş yumurta hücresindeki kalıtsal bilgi tüm çok hücreli organizmaların yapısını belirler. Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 53  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-II Bütün hücreler kalıtsal bilgiyi aynı kimyasal kod (DNA) içinde saklar Çift iplik DNA DNA’nın yapısal bloğu Şeker fosfat Baz Şeker-fosfat Bazlar arasındaki omurga hidrojen bağları Nükleotid Çift iplik DNA DNA ipliği Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 54  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-III Hücreler ‘DNA replikasyonu’ ile kalıtsal materyallerini iki katına çıkararak yavru hücrelere eksiksiz bir şekilde aktarırlar. Kalıp DNA Yeni sentezlenen iplik Yeni sentezlenen iplik ATASAL DNA ÇİFT İPLİĞİ Kalıp DNA Molecular cell Biology, Lodish et.al 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 55  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-IV Bütün hücreler kalıtsal bilgiyi RNA ara molekülü ile taşırlar İdentik RNA transkriptleri Hepatit delta virus tarafından üretilen RNA molekülünün yapısı. Molecular cell Biology, Lodish et.al 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 56  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-V Hücreler DNA’da kodlanmış bilgiyi proteinlere çevirmek için iki ardışık olay kullanırlar; transkripsiyon ve translasyon Aktivasyon Başlangıç Transkripsiyon Nükleus İşleme Sitoplazma Translasyon Molecular cell Biology, Lodish et.al 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 57  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-VI Tüm Hücreler Proteinleri Katalizörler Olarak Kullanır. Polisakkarit zinciri Katalitik bölge Lizozim enzimi Lizozim proteini Molecular biology of the cell sixth edition (Bruce Alberts et.al) 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 58  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-VIII Hücreler şekil değiştirir ve hareket ederler -Hücre hareketi çok hücreli hayvanların embriyonik gelişimi sırasında dokuların şekil alması açısından oldukça önemlidir. -Yetişkin dönemde ise örneğin enfeksiyonlara karşı verilen hücresel cevaplarda ilgili hücrelerin enfeksiyon bölgesine göç etmesi immün cevabın oluşması için elzemdir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 59  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-IX Hücreler büyürler ve bölünürler Üreme: Tek hücreli bir ökaryot. Bir organizmadan hücre bölünmesi yolu ile 2 yeni organizma oluşur. Gelişme ve büyüme : Fertilizasyon hemen sonrası iki hücreli embriyo Doku yenilenmesi: Bölünen kemik iliği hücresi iki yeni kemik iliği hücresi oluşumuna sebep olur Hücre bölünmesinin fonksiyonları 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 60  Hücrelerin Evrensel Özellikleri-X Hücreler içten veya dıştan gelen ölüm sinyaller ile ölürler: Örneğin çok hücreli organizmalar virüslerle ileri derecede enfekte olduklarında veya hasara uğradıklarında ölürler. Hücreler ayrıca yaşamın sürdürülmesini sağlayan sinyalleri almadıklarında veya bir ölüm sinyali aldıklarında da ölebilirler. Bu çeşit hücre ölümüne apoptoz denir. Otofaji ise bir diğer ölüm biçimidir. 2016 Nobel Tıp Ödülü Otofaji Çalışmaları ile Japon Bilim Adamı Ohsumi’nin Oldu 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 61  Hücrenin kimyasal yapısı İnorganik Bileşikler: Su ve elementler - -Organik Bileşikler: Karbonhidratlar, lipidler, proteinler 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 62  İnorganik bileşikler: Su - Canlı hücrede en çok bulunan madde. Hücre ağırlığının % 70’i, sitoplazmanın %85-95’i su -Organizmada su hücre içi ve dışında bulunur %70 intraselüler (hücreiçi) % 30 ekstraselüler (hücredışı) Hücredışı su ise, hücrelerarası (intersitiyel) sıvı ve damar sıvısı (intravasküler ) olarak kendini gösterir 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 63  İnorganik bileşikler: Su Serbest su: Protoplazma suyunun önemli bir bölümü (%95) moleküllerin ve iyonların dağılma ve yayılma ortamını oluşturur. Bağlı su: (hidratasyon suyu ve moleküller arası su):Protein moleküllerini oluşturan polipeptid zincirlerinin - OH, C,SH yan hidrofil gruplarına hidrojen köprüsü ile kimyasal olarak bağlanmış veya absorbe edilmiş olan su. Oranı %5 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 64  Suyun hücre için önemi Su en iyi çözücüdür. Besin maddeleri hücreye suda erimiş halde ulaşır. Bütün kimyasal reaksiyonlar ve sitoplazmadaki olaylar sulu ortamda gerçekleşir. Metabolizma sonunda oluşan artık ürünler suda erimiş halde vücut dışına atılırlar.(örn. Üre,ürik asit idrar ve ter olarak atılır.) 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 65  Hücredeki inorganik bileşikler: Elementler Karbon, hidrojen, oksijen, azot, kükürt ve fosfor hücrede daima bulunan biyoelementlerdir. Bunlardan C,H,O,N hücre ağırlığının % 99’nu oluşturur. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 66 Hücre Hücrenin şekil ve büyüklüğü ne olursa olsun hepsinde 3 öğe mutlaka bulunur; genetik materyal, stoplazma ve en dışta plazma zarı. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 67 Plazma zarı, fosfolipid iki tabaka içerir; bu tabakalardaki lipidlerin hidrofilik “baş kısımları” zarın bir tarafında, hücrenin sıvı kısmı içerisine doğru, diğer tarafında ise hücre dışı ortama doğru bakar. Proteinler ve diğer moleküller lipidler içerisine gömülüdür. Zar, sert ve statik bir yapı değildir. Daha ziyade içerisinde proteinlerin ve lipidlerin sürekli olarak hareket halinde olduğu yağlı bir sıvıdır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 68  Hücre Zarı-I Bütün hücreler içinden besin ve atık maddelerin geçtiği, kendilerini dış ortamdan ayıran «plazma zarı-hücre zarı» ile çevrilidir Fosfolipit çift tabaka amfipatik özellik gösterir. Dış ortam 1972 Singer-Nicolson Hidrofilik baş Akıcı Mozaik Modeli Hidrofobik kuyruk İç ortam -Hidrofilik moleküller su ile hidrojen bağları oluşturabilen ve ya elektrostatik olarak etkileşebilen yüklü ve ya polar kısımlar içerdiği için suda çözülürler. -Hidrofobik bileşiklerin ise neredeyse tüm atomları yüksüz ve polar olmadığı için su ile bağlantı oluşturamazlar ve suda çözünmezler. Fosfolipidler amfipatik özelliklerinden dolayı sulu ortamlarda spontan olarak çift tabaka oluştururlar. Molecular cell Biology, Lodish et.al 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 69  Hücre Zarı-II Hücre zarının görevleri: Hücreye şekil vererek sınırlarını belirler, böylece hücre içini ve dışını birbirinden ayırır. Moleküllerin geçişinde seçici geçirgen özellik sağlayarak hücre bileşenlerini belirler. Yapısında bulunan pompa ve kanal proteinleri ile hücre içi molekül ve iyon konsantrasyonunu düzenler. Yapısında bulunan karbonhidratlar ve sinyal proteinleri ile dış ortam ve diğer hücrelerle etkileşir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 70  Sitoplazma-I Sitoplazma; Hücre zarı ile nükleus arasını dolduran kısımdır. Solunum, beslenme, sindirim, boşaltım, enerji üretimi gibi yaşamsal faaliyetler sitoplazmada gerçekleşir. Ökaryotlarda 3 bileşene sahiptir. Sitozol Organeller İnklüzyonlar 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 71  Sitoplazma-II Sitozol: Hücre zarı ile nükleus arasını dolduran ve organellerin etrafını kuşatan sıvı kısımdır. Sitozol metabolitlerin organeller arasında taşınması, hücre şeklinin oluşumu ve motilite’den sorumludur. 3 bileşenden oluşur: -Su: -Kolloidal kısım: İnorganik ve organik moleküllerden oluşur. -Sitoplazma (hücre) iskeleti: Mikrotübüller, arafilamanlar ve mikrofilamentler 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 72  Sitoplazma-III Organeller : Sitozolde yer alan ve hücrede belirli görevleri yerine getiren şekilli elemenlardır. Membranlı organeller Membransız organeller Mitokondri -Ribozom, mikrotübül, sentriyol Endoplazmik retikulum Golgi kompleksi Peroksizom Lizozom -İnklüzyon cisimcikleri: Sitoplazmada bulunan zarla kuşatılmamış granüllerdir. Örn. kas hücreleri ve hepatositlerde glikojen granülleri, adipositlerde yağ asitlerinin depo şekli ola triaçilgliserol granülleri. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 73  Çekirdek (Nükleus)-I -Hücrelerin birçoğunda en büyük organeldir (çap 5-20 mikrometre). -Memeli hücrelerinin büyük kısmında ovoid veya küresel şekildedir. -Genetik bigiyi taşır. -DNA, RNA sentezi, transkripsiyon ve işlenmesi işlemleri gerçekleşir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 74  Çekirdek (Nükleus)-II - Nükleus zarfı İç membran Perinuklear aralık Dış membran -Kromatin: DNA+ Protein -Nükleolus -Nükleoplazma 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 75 Canlılar hücre yapılarına göre 2 gruba ayrılır 1- Prokaryotik hücreler 2-Ökaryotik hücreler 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 76 Archea ve Bacteria içerisindeki tüm organizmalar topluca prokaryotlar olarak isimlendirilirler. Prokartotik hücre, zarla çevrelenmiş tipik iç odacıklara sahip değildir; özellikle, bir çekirdekleri yoktur. İlk hücreler organizasyon bakımından, muhtemelen günümüz prokaryotlarınkine benzerlik gösteriyordu. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 77 Diğer taraftan, ökaryotik hücre organizasyonu, protistleri, bitkileri, mantarları ve hayvanları içeren Eukarya domaini (Ökaryotlar) üyelerinde bulunur. Ökaryotik hücreler muhtemelen prokaryotlardan ortaya çıkmıştır. Prokaryotların aksine ökaryotik hücrelerin genetik maddesi (DNA), çekirdek adı verilen zarla kuşatılmış özel bir kompartıman içerisinde yer alır. Ökaryotik hücreler, aynı zamanda özgül kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği zarla kuşatılmış diğer kompartımanlara da sahiptir (organel). Örneğin, hücre için kullanılabilir kimyasal enerji üretiminde yer alan anahtar reaksiyonların bazıları mitokondrilerde gerçekleşir. Bu kompartımanları kuşatan iç zarlar plazma zarı ile aynı temel bileşime, yapıya ve özelliklere sahiptir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 78  Prokaryotik Hücreler Yaklaşık 3,7 milyar yıl önce ortaya çıktığı kabul edilen en ilkel canlılarda bulunan hücre tipidir. Yeryüzündeki her ortamda bakteriler mevcuttur. Toprakta, deniz suyunda, okyanusun derinliklerinde, yer kabuğunda, deride, hayvanların bağırsaklarında, asitli sıcak su kaynaklarında, radyoaktif atıklarda büyüyebilen tipleri vardır. Eğer başarı birey sayısı ile ölçülecek olursa, prokaryotlar dünyadaki en başarılı organizmalardır. Okyanuslardaki bakteri ve arkea 3x1028’den fazladır (bu sayı gözle görülebilen evrendeki yıldız sayısından muhtemelen 100 milyon kat daha fazladır). Bağırsaklarımızda yaşayan bakteriler, günümüze kadar yaşayan insanların tümünden daha fazladır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 79 Prokaryotik Hücreler Bir prokaryotik hücrenin hacmi, genellikle bir ökaryotik hücrenin hacminin beşte biri kadardır. Prokaryotik hücrelerin uzunlukları yada çapları, 1-10 µm arasında değişir. Bu organizmalar, diğer organizmalar için öldürücü olan çevresel ekstrem koşullara tolerans gösterebilir. Örn, 100oC’yi aşabilen çok sıcak su kaynaklarında (Thermus aquaticus) yada çok tuzlu sularda (Halobacterium). Bu organizmalar oldukça uyumludur. Şekerler ile aminoasitlerden , hidrokarbonlara ve metan gazına kadar pek çok organik molekülü besin kaynağı olarak kullanabilmektedirler. Prokaryotlar biyokimyasal olarak en çok çeşitlenmiş organizmalardır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 80 Prokaryotik Hücreler Belirli Özellikleri Paylaşırlar Plazma Zarı, hücreyi sarar ve hücreye giren çıkan madde trafiğini düzenler, hücrenin iç kısmını dış ortamdan ayırır. Nükleoid, hücre içerisinde DNA’nın yerleşmiş olduğu bölgedir. Plazma zarı tarafından kuşatılmış arta kalan diğer materyal, sitoplazma olarak ifade edilir. Sitoplazmanın iki elemanı vardır: Sitosöl ve ribozomları da içeren çözünmemiş durumdaki askıda olan partiküllerdir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 81  Prokaryotik Hücreler Belirli Özellikleri Paylaşırlar Sitosöl, büyük ölçüde sudan oluşmuştur. Çözünmüş iyonları, küçük molekülleri, proteinler gibi çözünebilir büyük molekülleri içerir. Ribozomlar, yaklaşık 25 nm çapa sahip olan RNA ve protein kompleksleridir. Sadece elektron mikroskobunda görülebilir. Ribozomlar, proteinleri oluşturmak üzere amino asitlerin belirli bir sıraya göre birbirine bağlanmasını yöneten nükleik asitlerdeki kodlanmış bilgiye uygun olarak protein sentezinin gerçekleştiği yerdir. Sitoplazma durağan bir bölge değildir, bu ortamdaki maddeler devamlı hareket halindedir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 82  Bazı bakterilerde yok Bir Prokaryotik Hücre: Pseudomonas aeruginose bakterisi tüm prokaryotik hücreler tarafından tipik yapıları göstermektedir. Bununla birlikte kamçı ve kapsül tüm prokaryotlarda bulunmaz. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 83  Bazı prokaryotlarda özelleşmiş özellikler bulunur Hücre Duvarları: Çoğu prokaryot, plazma zarının dışında konumlanmış olan bir hücre duvarına sahiptir. Hücre duvarının sertliği, hücreyi destekler ve onun biçimini belirler. Arkealarınkinin aksine çoğu bakterinin hücre duvarı, peptidoglikan içerir;peptidoglikan peptitlere kovalent bağlarla çaprazlamasına bağlanmış aminoşeker polimeridir ve böylece, tüm hücreyi saran tek bir dev molekül oluşur (Arkealarda pseudopeptidoglukan bulunabilir). 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 84 Bazı bakterilerde dış zar (polisakkarit bakımından zengin fosfolipid zar) adı verilen başka bir tabaka, peptidoglikan tabakasını dışarıdan kuşatır. Plazma zarından farklı olarak dış taraftaki bu zar kendisinden moleküllerin geçmesine karşı büyük bir engel değildir (gram negatiflerde). 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 85 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 86 Gram pozitif vs Gram negatif 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 87 Bazı bakterilerde hücre duvarını saran ve büyük ölçüde polisakkaritlerden oluşmuş, kapsül olarak isimlendirilen sümüksü bir tabaka vardır. Bazı durumlarda bu kapsüller bakterileri, enfekte etmiş oldukları hayvanın beyaz kan hücrelerinin saldırısından korur. Kapsüller, aynı zamanda hücreleri kurumaya karşı korumaya yardım eder ve bazen de bakterilerin diğer hücrelere tutunmasına yardım eder. Çoğu prokaryot kapsül meydana getirmez ve kapsüllü olanlar da kapsüllerini kaybetse bile yaşamlarını sürdürebilirler; onun için kapsül prokaryotik yaşam için olmazsa olmaz değildir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 88 İç Zarlar: Siyanobakterileri içeren bazı bakteri grupları, fotosentez yaparlar. Bu bakteriler, fotosentez için gerekli olan molekülleri içeren bir iç zar sistemine sahiptirler. Diğer prokaryotlar, plazma zarına tutunmuş iç zar kıvrımlarına sahiptirler. Bu kıvrımlar, hücre bölünmesinde yada enerji salan çeşitli reaksiyonlarda işlev görebilir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 89 Kamçı (Flagella): Bazı prokaryotlar, kamçı adı verilen üyelerini kullanarak yüzerler. Bakterilerdeki kamçı, falagellin adı verilen bir proteinden yapılmıştır. Bu kompleks motor protein, kamçının kendi ekseni etrafında bir pervane gibi döner ve beraberinde hücreyi sürükler. Motor protein, plazma zarına bağlanır; bazı bakterilerde ise hücre duvarının dış zarına tutunur. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 90 Kamçı 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 91 Pili Bazı bakteri hücresi tiplerinin yüzeylerinden çıkarak uzanan protein yapılardır. Bu kıl şeklindeki yapılar kamçılardan daha kısadır ve bir yere tutunmada kullanılırlar. Seks-pili adı verilen yapılar, bakterilerin bir başkasıyla bağlantı kurup genetik madde alışverişi yapmalarına yardımcı olur (konjugasyon köprüsü). Tipik olarak bir bakteri hücresinde 2- 3 tane bulunabilir. Gram negatif bakterilerde bulunur. Plazmid genleri ile oluşumu gerçekleştirilir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 92 Fimbria Fimbria, piliye benzerlik gösterir fakat daha kısa olup bakteri hücrelerinin hayvan hücrelerine, yiyeceklere tutunmalarına yardım eder ve korumada işlev görür. Bir hücrede yüzlerce fimbria bulunabilir. Gram negatif ve pozitif bakterilerde bulunabilir. Nükleoid bölgesindeki bakterial genlerle oluşumu gerçekleştirilir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 93 Plazmid Plazmidler kromozom dışı ekstra genetik materyallerdir. Hemen hemen tüm bakteri cinslerinde bulunmuşsa da bakteriler için mutlaka gerekli değildir. Sayısı 1-5 arasında değişir. Bakteriler dışında mayalarda ve bazı bitkilerde de doğal olarak bulunurlar. Çoğu plazmid içinde bulundukları bakteriye selektif avantaj sağlayan, bakteriyi bir antibiyotiğe dirençli yapmak gibi özellikler sağlayan genler veya gen grupları taşırlar. Büyüklükleri 500kb’a kadar çıkabilir 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 94  Ökaryotik Hücre ‘ö’: gerçek, iyi ‘ karyon’: çekirdek Ökaryotlar 4 alemi içerirler. Bitkiler, hayvanlar, funguslar ve protistler 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 95  Ökaryotik Hücreler Prokaryot hücrelerden yaklaşık 1 milyar yıl sonra ortaya çıktığı düşünülmektedir Ökaryotik hücreler, prokaryotik hücrelerden genellikle 10 kata kadar daha büyük boyuta sahiptir. Prokaryotik hücreler gibi ökaryotik hücreler de plazma zarına, stoplazmaya, DNA ve ribozomlara sahiptirler. Ökaryotik hücreler stoplazma içerisinde kompartımanlara sahiptirler, bu kompartımanların iç kısımları zarlar tarafından sitosölden ayrılmıştır. Ökaryotik hücrelerin bu zarsı kompatımanlarına organel adı verilir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 96  Prokaryotik bakteri Ökaryotik hücreleri Hücre Çekirdeği Ökaryotik hücreler, tipik olarak prokaryot hücrelerden çap olarak yaklaşık 10 kat daha büyüktür. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 97 Ökaryotik Hücre 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 98 Her organel, bulunduğu hücrede özgül bir role sahiptir. Bu özgül roller, her bir organelin gerçekleştirebileceği kimyasal reaksiyonlar tarafından tanımlanır: Çekirdek, hücrenin genetik maddesinin (DNA) çoğunu içerir. Genetik maddenin replikasyonu ve genetik bilginin ifade edilmesinin ilk basamakları çekirdek içerisinde gerçekleşir. Mitokondri, bir elektrik santralidir. Burada karbonhidratların ve yağ asitlerinin bağlarında depolanmış olan enerji, hücreye daha faydalı olan bir forma dönüştürülür (ATP). 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 99 Endoplazmik retikulum ve Golgi aygıtı, ribozomlar tarafından sentezlenen ve bazı proteinlerin içlerinde paketlendiği ve hücredeki uygun yerlere gönderildiği kompartımanlardır. Lizozomlar ve kofullar, içlerinde büyük moleküllerin kullanılabilir monomerlerine hidroliz edildiği hücresel sindirim sistemleridir. Kloroplastlar (sadece bazı hücrelerde bulunur), fotosentezi gerçekleştirir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 100 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 101 Organelleri saran zarın iki önemli işlevi vardır; 1. Uygun olmayan reaksiyonları önlemek için organellerin kendi moleküllerini hücredeki diğer moleküllerden uzak tutar. 2. Bu zar trafik düzenleyicisi gibi davranır ve önemli ham maddelerin organel içerisine alınmasına ve ürünlerinin de sitoplazmaya salınmasına izin verir. Bazı organellerdeki zarlar, organel yüzeyinde gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda işlevsel rolleri olan proteinlere sahiptirler. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 102 Ökaryotik hücrelerde özelleşmiş işlevlere sahip olan fakat zardan yoksun olduklarından genellikle organel olarak ifade edilmeyen bazı özel yapılar da mevcuttur. Ribozomlar, protein sentezinin gerçekleştiği yerlerdir. Protein temelli birkaç çeşit filametten oluşan hücre iskeleti, hem yapısal hem de işlevsel rollere sahiptir. Hücre dışı matriksin de hem yapısal hem de işlevsel rolleri vardır. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 103  Ökaryotik ve Prokaryotik Hücre Genomları Ökaryotik Kromozomlar lineerdir ve birden Prokaryotik hücreler daireseldir ve fazla replikasyon orijini içerirler. tek bir replikasyon orijini içerirler. Ökaryotik hücre genomları prokaryotlara göre 3-30 kat fazla gene ve binlerce kat daha fazla kodlanmamış DNA dizilerine sahiptir 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 104  Ökaryotik ve prokaryotik hücre genomları E.coli genomunu gösteren diagram İnsan metafaz kromozomları (GTG-bantlama) 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 105  Prokaryot ve Ökaryot hücreler arasındaki genel farklar Prokaryotlar Ökaryotlar Bakteriler ve Arke’ler Mantar, protist, bitki ve hayvanlar Hücre boyutu: 0.5-10 mikrometre Hücre boyutu: 10-100 mikrometre DNA nükleus içinde değil DNA nükleus içinde DNA sirküler yapıda DNA lineer yapıda Kromozomlar yalnız DNA’dan oluşur Kromozomlar DNA ve proteinlerden oluşur Üreme basit bölünme Üreme mitoz Sitoplazma homojen Sitoplazmada organeller var Çoğu anaerobik Aerobik Fotosentetik formları var Fotosentetik formları var RNA ve protein sentezi aynı kompartmanda RNA sentezi nükleus, protein sentezi sitoplazmada Hücre iskelet sistemi yok Hücre iskelet sistemi var Çok hücre tipi ender, doku oluşumu gözlenmez Doku ve organ oluşumu var 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 106  Ökaryotik hücrelerin evrimi 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 107 Bugünkü ökaryotik hücre birkaç adımda ortaya çıktı Bir esnek hücre yüzeyinin doğuşu Hücre iskeletinin ortaya çıkması Kromozom şeklinde organize olmuş olan genomu içerisine alan bir çekirdek zarfının meydana gelmesi Sindirim kofullarının belirmesi Belirli organellerin endosimbiyozla kazanılması 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 108  ESNEK OLAN HÜCRE YÜZEYİNİN ALT BÖLÜMLERE AYRILMASI Ökaryotik duruma doğru giden ilk adım, bir atasal prokaryotik hücre tarafından hücre duvarının kaybedilmesidir. Birçok bakteri yeni tipte hücre duvarı geliştirmiş olmasına karşın, hücre duvarının olmaması durumu günümüzde yaşayan bazı bakterilerde görülmektedir. Bir hücrenin büyüklüğü arttığında, onun yüzey alanının hacme oranı azalır. Yüzey alanı artırılamadıkça, hücre hacmi üst limite ulaşmayacaktır. Eğer hücrenin yüzeyi esnek olursa, içeriğe doğru katlanabilir ve kendisini, karmaşık hale getirerek gaz ve besin alışverişi için daha büyük yüzey alanı yaratır 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 109 Hücre, katlanmaya izin verecek düzeyde esnekliğe sahip bir yüzeyle, bulunduğu ortamdan yeterli hızda madde alış verişi yapmak suretiyle daha büyük hacmi ve daha hızlı metabolizmayı sürdürebilir. Dahası, esnek bir yüzey, çevreden koparak almış olduğu şeyleri endositozla hücre içerisine getirir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 110 HÜCRE YAPISINDA VE İŞLEVİNDEKİ DEĞİŞİKLİKLER Ökaryotik hücrenin evrimindeki diğer erken adımların, üç ilerleme şeklinde gerçekleşmiş olması olasıdır: ribozomların tutunmuş olduğu iç zarların oluşması (bu zarların bazıları DNA'yı sarar); bir hücre iskeletinin belirmesi; ve sindirim kofullarının gelişmesi 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 111 Mikrofilamentlerden ve mikrotübüllerden meydana gelmiş olan hücre iskeleti, hücreyi destekler ve hücre biçiminde değişiklikler yapılabilmesine kardeş kromozomların dağıtılmasına ve artık daha büyük olan hücrenin bir kısmından diğer kısımlarına maddelerin hareket ettirilmesine izin verir. Hücre iskeletınde bulunan mikrotübuller, bazı hücrelerde, ökaryotlardaki tipik kamçının oluşmasına yol açmıştır. Hücre iskeletini kökeni, birçok hücre iskeleti proteinini kodlayan genlerin homologlarının günümüzdeki prokaryotlarda bulunmuş olmasıyla daha anlaşılır hale gelmektedir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 112 Bir prokaryotik hücrenin DNA'sı, kendi plazma zarı üzerinde bir yere tutunur. Eğer plazma zarının o bölgesi, hücre içerisine doğru katlanırsa, ökaryotik hücrenin birincil özelliği olan çekirdeğin evrimleşmesine doğru ilk adım atılmış olacaktır. Böyle bir ara hücre formundan bir sonraki adım, muhtemelen fagositozdu -diğer hücreleri yutma ve sindirme yeteneği. Hücre iskeleti ve çekirdek zarfı, ökaryotik soy hattında erken dönemde ortaya çıkar. Erken ökaryotlar, aynı zamanda, birbiriyle ilişkili endoplazmik retikulum ve Golgi aygıtına ve belki de ökaryotik tipte bir ya da daha fazla sayıda kamçıya sahip olmuş olabilir. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 113  ENDOSİMBİYOZ VE ORGANELLER Yukarıda özetlenmiş olan süreçler gerçekleşirken siyanobakteriler, aynı zamanda, fotosentezin ürünü olarak oksijen gazı üretiyordu. Atmosferde O2 düzeyinin artması, feci sonuçlar doğurmuştur; çünkü o dönemdeki organizmaların çoğu (arkeler ve bakteriler), okside edici bu yeni çevreye hoşgörü gösteremezdi. Fakat bazı prokaryotlar, bu değişikliklerle başa çıkmayı başardı, ve -neyse ki bizim için de- yeni bazı fagositik ökaryotların da bunu başarmasını sağladı. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 114 Yaklaşık bu zamanda, endosimbiyoz devreye girmiş olabilir. Bazı organellerin, eski ökaryot hücreler tarafından yutulmuş fakat sindirilmemiş prokaryotların soyları olduğunu ileri süren endosimbiyoz teorisi. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 115 Eukarya'nın tarihinde bir ciddi endosimbiyotik olay, mitokondrinin ortaya çıkmasında proteobakterinin yapıya katılmasıdır. Bu yeni organelin başlangıçtaki birincil işlevi, muhtemelen, oksijeni suya indirgeyerek detoksifiye etmekti. Daha sonra, bu indirgenme işlemi, hücre solunumunda ATP'nin oluşturulmasıyla eşleştirildi. Bu adımın tamamlanması, üzerine, temel modern ökaryotik hücre oluşumu tamamlandı. 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 116  Ökaryotların oluşmasına yönelik evrimsel fazlar Prokaryot İlk genel ökaryotik atasal hücre Son genel ökaryotik hücre Ökaryotik Hücre Soyları 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 117 Ökaryotik hücrelerin ve membranlarının evrimleşmesine dair hipotez Hücre Plazma membranı duvarı Arke’ye ait genomik DNA Nükleus Endoplazmik retikulum Oluşan nüklear zarf Promitokondrion Sitozol Mitokondri 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 118  Ökaryotik Hücre Evrimi Simbiyotik olmayan model Endosimbiyotik teori Peptidoglikan Alfa-proteo bakter Peptidoglikansız anaerobik Gram(+) bakteri bakteri Spiroket Fagotrofik ökaryot Alfa-proteo bakter Fagotrofik ökaryot Siyano bakter Mitokondri Silia Plastid 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ Endoplazmik Retikulum 119  Ökaryotlarda mitokondri orijini Arke’den köken alan Erken aerobik anaerobik bakteri ökaryotik hücre Primitif nükleus nükleus İç membran Bakteriyel dış membran Arke kökenli Mitokondriler Bakteriyel plazma membranın kaybı membranı Aerobik bakteri 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 120 Kaynaklar; Goodman’ın Medikal Hücre Biyolojisi, Ankara Nobel Tıp Kitapevi, 2024 Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of The Cell, Sixth Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group, 2015. Sadava D.E., Hillis D.M., Heller H.C., Hecker S.D., Life: The Science of Biology, 11th Edition, W.H. Freeman, 2017. Lodish H., Berk A., Kaiser C.A., Krieger M., Bretscher A., Ploegh H., Amon A. Martin K.C. Molecular Cell Biology, Eighth Edition, 2016. Çarin M.N., Aydın F., Gürtekin M., 2. Baskı Nobel Tıp Kitabevleri, İstanbul, 2014 Gürdöl F. Tıbbi Biyokimya, 4. Baskı Nobel Tıp Kitabevleri, İstanbul, 2015. David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry, Seventh Edition. W. H. Freeman and Company, 2017 Cooper G. M., The Cell: A Molecular Approach 8th Edition, 2018 Goodman's Medical Cell Biology, Academic Press, 2020 10/10/2024 YEMLİHA YILDIZ 121