Hücrenin Temel Yapısal Özellikleri 1.pdf 2023 PDF

Hücrenin Temel Yapısal Özellikleri Hazırlayan: Prof. Dr. Neşe Atabey Dr Öğr Üyesi Peyda Korhan Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji ve Genetik 3,4 Dersde işlenecek konular: Hücrenin Temel Yapısal Özellikleri(Prokaryot-Ökaryot Hücre farklılıkları, çok hücrelilerin geli...

Hücrenin Temel Yapısal Özellikleri Hazırlayan: Prof. Dr. Neşe Atabey Dr Öğr Üyesi Peyda Korhan Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji ve Genetik 3,4 Dersde işlenecek konular: Hücrenin Temel Yapısal Özellikleri(Prokaryot-Ökaryot Hücre farklılıkları, çok hücrelilerin gelişimi) Hücre Biyolojisinde deneysel modeller ve tehnikler (E.coli, maya, E.elefans, omurgalı, hücre kültür vb) Hücre yapısında yer alan biyomoleküller ve biyolojik fonksiyonları Hücre membran yapısı ve moleküler organizasyon Hücre membranından transport mekanizmaları Makromolekül transport (endositoz, eksositoz vb) Insan DNA yapısı ve replikasyonu GeneVk bilginin ifadesi (RNA yapısı, fonksiyonu, Vpleri, transkripsiyon RNA işlenmesi ve dönüşümü Transkripsiyonel düzenleyciler Translasyon sonrası modifikasyonlar Protein sentezi, işlenmesi ve düzenlenmesi  Biyolojik Bilimler: Hayvanlardan, bitkilere mikroorganizmalara tüm canlıları inceleyen bilim dallarının bütünüdür. Tıp, anatomi, fizyoloji, genetik, moleküler/hücre biyolojisi, bioyokimya, biyofizik, evrim, ekoloji gibi çeşitli alanları kapsar. Biyoloji bilmi tıbbi alanlarlardaki programlardaki eğitim için temel bilgiyi sağlamaktadır. Tıbbi Biyoloji, tıp sağlık hizmetleri ve laboratuvar teşhislerinde pratik uygulamaları olan biyoloji alanıdır. Hücre/moleküler biyolojideki yeni ilerlemeler tıp alanında yeni ufuklar açmaktadır Tıbbi Bioyoloji Uygulama Alanları: Genom dizileme ile kalp hastalığı, romatoid artrit ve diyabet gibi çeşitli yaygın hastalıklara yatkınlığa katkıda bulunan genlerin tanımlanması, kanser hücrelerinin büyümesine müdahale etmeyi hedefleyen yeni ilaçların geliş0rilmesi; hasarlı dokuların yerini alma ve diyabet, Parkinson hastalığı, Alzheimer hastalığı ve omurilik yaralanmaları gibi rahatsızlıkları olan hastaları tedavi etmek için kök hücrelerin potansiyel kullanımı sayılabilir. Bu nedenle hücre biyolojisini bilmek ve hücrelerin temel özelliklerini inceleyen yakşalımları öğrenmek önemlidir.  2023 Nobel Tıp Ödülü, mRNA aşılarının gelişMrilmesini sağlayan nukleosid modifikasyonlarına ilişkin keşiflerinden dolayı Katalin Kariko ve Drew Weissman’a verildi Bu keşif Covid-19 pandemisinde kullanılan mRNA aşılarının gelişMrilmesine olanak sağladı., Katalin Karikó ve Drew Weissman | İllüstrasyon: Niklas Elmehed/Nobel Ödül Komitesi Sunum planı İlk hücrenin nasıl ortaya çıktığını açıklamak, Ökaryotik ve prokaryotik hücrelerin yapılarını çizerek göstermek, Ökaryotik hücrelerin ve çok hücreli organizmaların evrimini özetlemek Dünya , Atmosfer ne zaman Oluştu? O zamanki İlkel Atmosferde ne vardı? 4.6 milyar yıl önce Erken Atmosfer: Çok az veya hiç serbest Oksijen Yok Nitrojen ve CO2 baskın Az miktarda H2, H2S ve CO UV , ışıktan gelen yüksek enerji Photo Credit: Mount St. Helens, May 18, 1980, taken by Austin Post, USGS  Yaşam-Canlılar Ne zaman Oluştu? Yaşamın, en az 3,8 milyar yıl önce, Dünya’nın oluşmasından yaklaşık 750 milyon yıl sonra ortaya çıkFğı görülmektedir. Photo Credit: Mount St. Helens, May 18, 1980, taken by Austin Post, USGS Erken Dünyadaki Koşullar Nasıldı? Yüksek Volkanik AkMvite Metoor Bombardımanı Sıcak bir mikroçevre Photo Credit: Courtesy of NASA @ http://origins.jpl.nasa.gov/habitable- planets/images/ra7in16-early-earth.jpg  Yaşamın Erken kanıtları En eski fosil organizmalar: fotosenteMk siyanobakteriler Baa Avustralya 3.5 milyar yaşında Erken Dönem Yaşam Tek hücreli organizmalar muhtemelen 3,9 milyar yıldan önce evrimleşmişMr. 3.9 milyar yıl fosili yok Jack Hills: Rock formation in Australia; rocks > 3.6 bya; 4.4 bya zircon crystal found in this formation Photo Credit: Robert Simmon, 2008, NASA, Wikimedia Commons Fosil Stromatolitler Çok katmanlı siyanobakteriler (mavi-yeşil alg) Salgılanmış CaCO3 à kubbe şeklindeki yapılar İlk resifler Fosiller vs. Yaşayan Mavi-Yeşil Algler Canlılardaki Makromolekül Yapıtaşları Organik Moleküllerlerin İlkel Yerküre Atmosferinde Kendiliğinden Oluşumu Böyle bir atmosfer, güneş ışığı veya elektrik deşarjı gibi bir enerji kaynağı verildiğinde, organik moleküllerin kendiliğinden oluşabileceği indirgeyici koşullar sağlar. Organik moleküllerin kendiliğinden oluşumu deneysel olarak ilk kez 1950’lerde, Stanley Miller’in (o zamanlar lisansüstü öğrencisi) su varlığında H2, CH4 ve NH3’den oluşan bir karışıma elektriksel kıvılcımlar göndererek, bazı amino asitler de dahil çeşitli organik moleküllerin oluşturulmasıyla gösterilmişQr  Hangi Makromoleküller Önemlidir? Günümüz hücrelerinde bulunan en önemli iki majör bilgi taşıyan makromolekül sınıhndan (nükleik asitler ve proteinler) sadece nükleik asitler kendi kendini eşleme yeteneğine sahipMr. Nükleik asitler, komplementer nükleoMtlerin spesifik eşleşmesi sayesinde kendi sentezlerine kalıplık yapabilmektedir.  Hangi Makromoleküller Önemlidir? Bu veriler 1980’li yılların başında, Sid Altman ve Tom Cech’in laboratuvarlarında RNA’nın, nükleo't polimerleşmesi de dahil bazı kimyasal reaksiyonları katalizleyebildiğinin gösterilmesiyle ulaşıldı. - Daha ileri çalışmalar, bir RNA kalıbından yeni bir RNA dizisinin sentezini yönlendiren RNA moleküllerinin açıklaması da dahil olmak üzere RNA’nın bilinen kataliVk akVvitelerini genişletmişVr. Böylece RNA, benzersiz şekilde hem kendi replikasyonunu katalizleyip hem de kendi sentezine kalıplık yapabilmektedir. Sonuç olarak, RNA’nın ilk gene'k sistem olduğuna genel olarak kabul görmektedir ve kimyasal evrimin erken evrelerinin kendini eşleyen RNA moleküllerinden temel aldığı belirVlmektedir.  İlk Hücre İlk hücrenin, kendini eşleyen RNA’nın fosfolipitlerden oluşan bir zarla kuşatılmasıyla ortaya çıktığı varsayılmaktadır Amfipatik molekül Fosfat içeren grup Hidrokarbon zincirleri Metabolizmanın Evrimi  Metabolizmanın Evrimi Hücreler, bir organik molekül denizinden köken aldıkları için, besin ve enerjiyi doğrudan çevrelerinden sağlayabiliyorlardı. Ancak, bu kendi kendini sınırlayan bir durumdu ve dolayısıyla enerji elde etmek ve çoğalmak için hücrelerin gerekli molekülleri sentezleyecek mekanizmalar gelişQrmeleri gerekliydi. Tüm hücreler, hücresel bileşenlerini sentezlemek ve hareket gibi enerji gerekQren diğer etkinliklerini sürdürmek için, metabolik enerji kaynağı olarak adenozin 5’-trifosfat (ATP) kullanırlar. Hücrelerin ATP üreQmi için kullandıkları mekanizmalar; glikoliz, fotosentez ve oksidaQf metabolizmanın evrimsel gelişimi şeklinde üç aşamada ortaya çıkmışVr (Şekil 1.4). Bu metabolik yolakların gelişimi Yerküre atmosferini değişQrerek evrimin yönünün daha fazla değişmesine neden olmuştur. Hücrenin evrimi Atmosferdeki Oksijen Miktarının Değişimi Oksijen birikM Çoğu anaerob öldü Bazıları anaerobik habitatlarda hayaia kaldı Photograph: Banded iron formaDons that indicate free oxygen in oceans (2.7 bya) Hücre Sınıfları Hücreler, temelde çekirdek içerip içermediklerine göre tanımlanan iki ana sınıfa ayrılır. Bakteriler gibi prokaryotik hücreler nükleer bir zarfa sahip değildir ve genellikle çok hücreli organizmaların son derece özelleşmiş hücrelerini içeren ökaryotik hücrelerden daha küçük ve daha basittir. Bu farklılıklara rağmen, aynı temel moleküler mekanizmalar hem prokaryotların hem de ökaryotların yaşamlarını yönetir, bu da günümüzdeki tüm hücrelerin tek bir öncül atadan geldiğini gösterir.  Prokaryotlar Prokaryotlar, evrimin erken aşamalarında birbirinden ayrılmış olan Arkeler ve Bakteriler (Bacteria) olmak üzere iki gruba ayrılır. Arkeler, bugün için alışılmadık olan ancak, ilkel Yerküre’de yaygınlaşmış olabilecek sıra dışı ortamlarda yaşarlar. Örneğin; termoasidofiller, pH değeri 2’ye kadar düşen ve sıcaklığı 80°C’ye kadar yükselen sıcak sülfür kaynaklarında yaşarlar. Günümüz genel bakteri formlarını kapsayan prokaryotlar, büyük bir canlı grubu olup, toprak, su ve diğer organizmalar (örn., insan patojen- leri) gibi çok geniş bir dizi ortamda yaşarlar. Prokaryotlarda sitoplazmada sadece ribozom bulunur.  ProkaryoPk Hücreler Nüleoit içinde dairesel Kromozomlar Plazmitler  ProkaryoPk Hücreler Üreme (ikili fisyon) Zar taşınımı gazlar su Afklar Iyonlar Photo: Dr. Vincent A. Fische2, Laboratory of Bacterial Pathogenesis and Immunology, Rockefeller University, Courtesy of NOAA ProkaryoPk Hücrelerin Şekilleri Bakteriler Prokaryot Hücre duvarı pepMdoglikan içerir dairesel kromozom Histon yok Photo: Beggiatoa, a sulfur bacterium. Granules contain elemental sulfur produced by the cell’s metabolism. ÖkaryoPk Hücreler 5um çapında Evrim Ökaryotların kökeni : Ökaryot hü̈crelerin evriminde kritik bir aşama, zarla çevrili organellerin edinilmesi ve böylece bu hücrelerin kompleks yapısının gelişiminin sağlanmasıdır. çekirdeğin, prokaryotik öncül bir hücreye ait nükleoidi çevreleyen plazma zarının içeri çökmesiyle oluştuğu düşünülmektedir. En az iki ökaryotik organel, mitokondri ve kloroplast, bir hücrenin diğerinin içinde yaşaması olan endosimbiyoz ile ortaya çıkmıştır. mitokondrilerin, ökaryotların arkeal atalarının içinde yaşayan aerobik bakterilerden; kloroplastların da siyanobakteriler gibi fotosentetik bakterilerin bitkiler ve yeşil alglerin atalarının içinde yaşayan - hücrelerden evrildiği düşünülmektedir Bitki hücreleri üç ana doku sisteminde organize olmuştur: destek doku, dermal doku ve damar dokusu Hayvanlarda bulunan hücreler bitkilerdekilerden belirgin bir şekilde daha fazla çeşitlilik gösterir. Örneğin insan vücudu; epitel doku, bağdokusu, kan, sinir dokusu ve kas olmak üzere beş ana dokunun bileşenleri olarak kabul edilen 200’den fazla farklı hücre Qpinden oluşmuştur DOKULAR: Epitel hücreler, vücut yüzeyini saran ve iç organları kaplayan tabakaları oluşturur. Koruma (deri), emilim (örn., ince bağırsağı kaplayan hüc-reler) ve salgılama (örn., tükürük bezlerinin hücreleri) gibi farklı işlevleri gerçekleşQrmek üzere özelleşmiş olan birçok farklı epitel hücre Qpi vardır. Bağ dokuları, her biri farklı hücre Qplerinden oluşmuş kemik, kıkırdak ve yağ (sırasıyla; osteoblastlar, kondrositler ve adipozitler) dokularını kapsar. Epitel tabakasının alVnda yer alan ve vücu]a bulunan organlar ile dokular arasındaki boşlukları dolduran gevşek bağ dokusu, diğer bir hücre Qpi olan fibroblastlardan oluşmuştur. Kan, birkaç farklı Qpte hücre içermektedir: oksijen taşınmasında görevli kırmızı kan hücreleri (eritrositler), yangısal reaksiyonlarda ve bağışıklık yanıVnda görevli beyaz kan hücreleri (gra nülositler, monositler, makrofajlar ve lenfositler). Sinir dokusu, destek hücrelerinden ve vücudun bir ucundan diğer ucuna sinyalleri iletmek üzere yüksek oranda özelleşmiş sinir hücrelerinden veya nöronlardan oluşur. Göz ve kulaktaki hücreler gibi, çeşitli Qpte duyu hücreleri, çevreden gelen sinyalleri almak üzere daha da özelleşmişlerdir. Kas dokusu , birçok farklı Qp kas hücresi, güç ve harekeQn oluşmasından sorumludur.  Bir sonraki ders: Hücre Biyolojisinde Deneysel Modeller ve Teknikler