Hücreye Giriş ve Hücre Organizasyonu PDF

HÜCREYE GİRİŞ ve HÜCRE ORGANİZASYONU Dr.Öğr.Üye.Özlem GÖK İstanbul Medipol Üniversitesi  Hücreye Giriş Hücre, yaşam için gerekli tüm biyolojik olayların gerçekleştiği canlının en küçük birimidir. Canlıların temel yapı ve görev birimidir.  Tek...

HÜCREYE GİRİŞ ve HÜCRE ORGANİZASYONU Dr.Öğr.Üye.Özlem GÖK İstanbul Medipol Üniversitesi  Hücreye Giriş Hücre, yaşam için gerekli tüm biyolojik olayların gerçekleştiği canlının en küçük birimidir. Canlıların temel yapı ve görev birimidir.  Tek hücreli organizmalar (en iyi örnek)  Hücre Evolüsyonu Dünyanın Oluşumu (4,5 milyar yıl önce) Dünyada Yaşam (3,8 milyar yıl önce) Prokaryotlar (3,5 milyar yıl önce) Ökaryotlar (2,1 milyar yıl önce) Biyolojik Organizasyonun Evreleri Atomlar Moleküller Subcellular Organeller Hücreler Dokular Organlar Organ Sistemleri ORGANİZMA  Organizasyon seviyesi, tüm organizmalarda bulunmaz!!  Biyolojinin Tarihçesindeki Önemli Adımlar 1665 yılında ilk olarak İngiliz bilim adamı Robert Hooke, şişe mantarından kesit alıp kendi yaptığı mikroskopta incelediğinde boş odacıklar şeklinde yapılar görmüştür. Robert Hooke bu odacıklara hücre (cellula) adını vermiştir. Aslında R. Hooke’un gördükleri ölü hücre çeperleridir. İlk cansız hücreyi Robert Hooke göstermiştir!!  Biyolojinin Tarihçesindeki Önemli Adımlar Robert Hooke, daha sonra canlı bitki dokularından da kesitler alıp incelemiş, çeperin iç kısmının sıvı ile dolu olduğunu görmüş, ancak bu yapının canlı hücre olduğunu anlayamamıştır. Kendisinden sonra gelen bilim adamlarının yapmış oldukları araştırmalar ile bu konuda ayrıntılı bilgiler edinilmiştir.  17. yüzyılda Leeuwenhoek tarafından ilk basit mikroskop yapılmış ve ileri yıllarda çeşitli mikroskop türleri geliştirilmiştir.  Leewenhoek kendi yaptığı mikroskopla kirli sularda hareketli organizmaları görmüştür.  Biyolojinin Tarihçesindeki Önemli Adımlar Mathias Schleiden ve Theodor Schwan bitki ve hayvanların da hücrelerden oluştuklarını öne sürmüşlerdir ve bugünde geçerliliğini koruyan hücre teorisini kurmuşlardır. Bundan sonra Rudolf Virchow hücrelerin kendinden önceki hücrelerin bölünmesiyle meydana geldiklerini açıklamıştır.  Biyolojinin Tarihçesindeki Önemli Adımlar Bugünkü anlamda hücre teorisine göre;  Bütün organizmalar bir yada daha fazla hücreden meydana gelir.  Hücreler, bütün organizmaların yapı ve işlevlerinin temel taşıdır.  Yeni hücreler, var olan hücrelerin çoğalması ile oluşur.  Canlının kalıtım maddesi hücrelerinde bulunur.  Hücreler bağımsız oldukları halde birlikte iş görürler. Biyolojinin Tarihçesindeki Önemli Adımlar Robert Brown (İngiliz botanikçi, 1831) Nukleus Purkinje (Alman Fizyolog, 1839) Protoplazma, (çeperin iç kısmını dolduran madde) Scheleiden (botanikçi, 1839) ve Schwann Hücre Teorisi (zoolog, 1839) Remark (1852) ve Fleming (1880) Hücre Bölünmesi (amitoz ve mitoz) Kölliker (Alman Biyolog, 1862) Sitoplazma (nuklesusun etrafını çeviren protoplazma kısmı) Boveri (1887) Sentrozom Benda (1897) Mitokondri Golgi (1898) Golgi Kompleksi Garnier (1899) Endoplazmik Retikulum (ER) Farmer ve Moore (1905) Mayoz Bölünme Avery ve McCARTY (1944) DNA (genetik etkileşimi sağlayan) Watson ve Crick (1953) DNA çift sarmalı (Moleküler Biyolojinin Temeli) Howell (1986) Gen nakli 1990 İnsan genom projesi 1996 (Klonlama) Dolly 2007 (Klonlama) Zarife ve Oyalı Canlının en küçük birimi HÜCRE!!!!!!  Hücrenin Sayısı Hücrelerin sayısı değişkendir. Hücre sayısı vücut büyüklüğüne göre değişir. Canlı büyüdükçe hücre sayısı da artar.  Bakteri: Tek hücreli organizma  İnsan: Çok hücreli organizma Erişkin bir insanda özelleşmiş görevlere sahip yaklaşık 200 farklı tipte ve 14 trilyona yakın hücre bulunur. Bütün omurgalı hayvanlarda bazı yapıların (merkezi sinir sistemi, retina) hücre sayısı sabittir, sonradan çoğalamaz, sadece hacimleri artar.  Hücrenin Büyüklüğü  Hücre büyüklüğü vücut büyüklüğüne bağımlı değildir.  Fil ve faredeki hücreler karşılaştırıldığında hücrelerin hemen hemen aynı büyüklükte olduğu gözükür.  Farklı büyüklükte hücreler Prokaryotik hücre: 1-10 µm Ökaryotik hücre: 10-100 µm  İnsandaki en büyük hücre yumurta hücresidir (200 µm’lik çap)  Hücre Biçimi  Hücre biçimi  Sitoplazmanın akıcılığı  Yüzey gerilimleri  Komşu hücrelerin üzerlerine gelen basınç ve hücre zarının dayanıklılığıyla ilişkilidir.  Hücre şekli  Hücrenin fonksiyonuna (eritrositler, sperm)  Hücrenin bulunduğu yerdeki mekanik faktörlerin etkisine (lökositler)  Hücreler arası ortam şartlarına (kemik hücreleri) göre değişir.  Hücre Biçimi  Hücrelerin yapısı ve fonksiyonu arasında sıkı bir ilişki vardır.  Gelişmiş bir organizma  Yuvarlak hücre (dişi germ hücresi)  Kübik hücre (tiroit bezi tek katlı folikül hücresi)  İğsi hücre (düz kas hücresi)  Yıldızsı hücre (retikulum hücreleri)  Silindirik veya prizmatik hücre (ince bağırsak örtücü epitel hücresi)  Piramidal (beyin korteksinde)  Armutsu (beyincikte purkinje hücresi)  Yassı hücre (endotel hücresi)  Şekil değiştirebilen hücreler (makrofaj,lökosit) Hücre Biçimi  Hücrelerin Yaşam Süreleri ve Rengi  Hücrelerin yaşam süreleri FARKLIDIR!!  Eritrositler (120 gün)  Karaciğer epitel hücreleri  Nöronlar  Granülositler vb. Hücreler çoğunlukla renksizdir. Ancak bazıları içeriklerine (taşıdıkları pigmente göre) göre renkli görünebilirler.  Eritrositler hemoglobin içerdikleri için tekken sarı- yeşilimtrak görünürken toplu halde kırmızı renk verirler.  Hücrenin Kimyasal Yapısı  İnorganik bileşikler (su ve elementler)  Organik bileşikler (proteinler, karbonhidrat lar ve lipidler)  SU  En iyi çözücüdür.  O2 ve metabolizma ürünleri su ile taşınır.  Besin maddeleri suda erimiş olarak hücre zarından geçer.  Mitokondri, salgı granülleri vs. su sayesinde hareket eder.  Endositoz sulu ortamda yapılır.  Vücut ısısının ayarlanmasında önemlidir.  Kayma özelliğinden dolayı, eklem yerlerinde tampon görevi görür.   Hücrenin Kıvamı Hücrelerin kıvamları, hücre çeşidine göre değişir. Bu kıvam, taşıdıkları su ve yapılarındaki organik ve inorganik maddelerden gelir. Sitoplazmanın büyük bir kısmı su olduğundan hücreler genelde yumuşaktır. Dış etkenlerden etkilenen hücreler serttir.  Derinin epidermis tabakasında bulunan boynuzlaşmış hücreler organizmanın sert hücrelerine bir örnektir.  Kemik dokusu ve dişin dentin tabakası ise sert olmalarına rağmen yumuşak hücreye sahiptirler bu durum hücrelerin sentezleyerek dışarı salgıladıkları hücreler arası maddenin yapısından kaynaklanır.  Hücre Yapısı  Hücre  Zar (hücre membranı)  Hücre, dıştan bir zarla çevrilmiştir (hücre membranı).  Sitoplazma  Organeller, sitoplazma içerisinde bulunur.  Çekirdek  Hücre çekirdeğini çift katlı zar sarar.  Kalıtım materyallerini deoksiribonükleoproteinler olarak çekirdek içindeki ribonükleoproteinler biçimlendirir. Çekirdekte protein üretimiyle ilgili ribonükleoproteinler yığılmıştır. Hücre Yapısı  Hücre Zarı  Hücreyi dış ortamdan ayıran, seçici-geçirgen bir yapıya sahiptir.  Esas yapı taşları lipid ve proteinlerdir. Birim zar, içte ve dışta birer protein tabakası ile ortada bir lipid katından oluşur.  Hücre zarının yapısında protein, yağ ve karbonhidrat bulunur. Her hücrenin protein, yağ ve karbonhidrat oranları birbirinden farklı olduğundan her hücre zarı, o hücreye özgüdür.  Hücre Zarının Görevleri  Sitoplazmayı çevreleyerek hücreye şekil verir ve dağılmasını önler.  Hücrenin koruyucusudur.  Hücrelerin birbirini tanımalarını sağlar.  Besin maddelerinin ve artık maddelerin hücreye giriş çıkışını (madde alış verişini) düzenler.  Salgı görevi görür.  Uyarı iletimi yapar ve enzimleri taşıyıcı görevi bulunmaktadır.  Ozmotik dengenin düzenlenmesinde rol oynar.  Sitoplazma  Hücre zarı ile çekirdek zarı arasında kalan hücre bölümünü kaplayan, homojen nitelikte, kolloidal, devamlı değişim halinde olan ve çeşitli organelleri içeren bir yapıdır.  Sitoplazma  %60-95 arasında değişen su  İnorganik maddeler  İyonlar, metal tuzları, asitler ve bazlar  Organik maddeler  Protein, yağ, karbonhidrat, nükleik asit ve hormanlar  Sitoplazma + Çekirdek = Protoplazma  Sitoplazmada Bulunan Organeller ORGANEL GÖREVİ Endoplazmik Retikulum Madde taşınması ve depolanması, lipid sentezi Mitokondri Enerji (ATP) üretim merkezi Lizozom Hücre içi sindirim yapmak Ribozom Protein sentezinde görevli Golgi Aygıtı Hücre dışına salgı yapmak Plastitler Çeşitli pigmentleri taşımak, besin depo etmek Kloroplast Fotosentez yapmak Koful (Vakuol) Geçici depolama birimi Sentrozom Hücre bölünmesinde görevli  Nukleus (Çekirdek)  Tanecikli bir yapıya sahiptir.  Hücrenin kalıtım ve yönetim merkezidir.  Hücre bölünmesinde görevlidir.  Nukleus  Çekirdek zarı  İki tabaka halinde ve gözenekli bir yapı  Nukleoplazma  Çekirdeğin özü  Protein ve tuzlar  Hücrenin yaşamını sürdürmesi ve çalışmasının düzenlenmesi  Kromozom ve çekirdekçik (nukleolus)  Genetik materyal  Ribozomal RNA (rRNA) transkripsiyonu yapmak ve hücre içinde bunları birleştirmek  Hücre Hücreler nukleus içerip içermediklerine göre ikiye ayrılırlar Prokaryotik Hücreler Ökaryotlar Hücreler  Prokaryotik Hücreler  En ilkel yapılı hücre  Bakteriler (arkebakteriler ve öbakteriler) prokaryotik organizmalardır.  Nukleus zarı bulunmaz, bu nedenle genetik materyal sitoplazma içinde serbest olarak bulunur.  Ribozomları vardır.  Bu hücrelerin tüm faaliyetleri sitoplazmada ve hücre zarında gerçekleşir.  İleri yapılı hücrelerde görülen bazı organeller bu hücrelerde bulunmaz. Sitoplazmalarında mitokondri gibi zarlı organelleri yoktur.  Prokaryotik Organizmalar BAKTERİLER  Basit bir yapıya sahiptirler.  Farklı doğal çevrelerde yaşayabilen organizmalardır. Toprakta, deniz suyunda, okyanus derinliklerinde yer kabuğunda, hayvan bağırsaklarında, deride…  Büyüklükleri farklıdır.  Ribozomları, ökaryotik ribozomlardan daha küçüktür.  Küresel, çubuk veya spiral şeklinde olabilirler.  DNA molekülleri, çember şeklinde ve hücre içi sıvısında çıplak olarak bulunur.  Prokaryotik Organizmalar BAKTERİLER  Arkebakteriler Anaerobik Bataklık, okyanus dipleri, tuzlu sular ve sıcak asit kaynaklarında yaşam  Öbakteriler Aerobik yeşil fotosentetik bakteriler, mor fotosentetik bakteriler, mavi-yeşil algler, gram pozitif ve fotosentetik olmayan gram negatif bakteriler Sulu, yağlı ortamlar ve büyük organizmalarda yaşam  Prokaryotik Organizmalar BAKTERİLER  Hastalık Etkeni Tetanoz Gıda zehirlenmeleri Verem Tifo Frengi Ülser  Antibiyotiklerbakterileri etkiler, ancak bazı bakterileri direnç gösterebilir.. Prokaryotik Organizmalar  Ökaryotik Hücreler  İleriyapılı hücre  Prokaryotlar dışında kalan tüm canlılara ait gelişmiş yapıda hücrelerdir.  Protozoalar, mayalar, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar ökaryotik canlılardır.  Nukleus zarı bulunur, bu nedenle genetik materyal nukleus içindedir. DNA’sının çoğu çekirdek içindedir.  Sitoplazmalarında karmaşık organeller bulunur.  Prokaryotik ve Ökaryotik BÜYÜKLÜK Hücreler-I  Prokaryotik hücreler, ökaryotik hücrelere göre daha küçük ve basit yapıda hücrelerdir.  Hücre doğrusal büyüklük: Prokaryotik hücre: 1-10 µm Ökaryotik hücre: 10-100 µm  Bir hücre ne kadar küçükse yüzey hacim oranı o kadar büyüktür. Bakterilerde yüzey hacim oranı büyük olması sebebiyle, besinler kolaylıkla ve hızla hücre içine ulaşabilir. Bu nedenle prokaryotik hücrelerde, metabolizma hızı 10- 100 kat daha fazladır. Ökaryotik organizmalarda bu oranın düşük olması nedeniyle besinler hücrenin iç bölümlerine hızla yayılamaz. Ökaryotik hücreler, organeller ve onları saran zarlar vasıtasıyla hücre yüzey alanlarını arttırarak, kimyasalların taşınmasını, metabolizmayı ve enerji teminini kolaylaştırırlar.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-II GENETİK MATERYAL (Nuklear Cisimcik)  Prokaryotik Hücreler Nuklear membranla çevrili olmadığından sitoplazma içinde bulunur ve nukleoid adnı alır. Histon benzeri proteinlerle ilişkili olmayan çift sarmallı DNA’dan oluşan tek dairesel bir kromozomdan oluşur ve belirli bir bölgesinden hücre membranına tutunmuştur. Nukleolus (çekiredekçik) yoktur.  Ökaryotik Hücreler Kendisini sitoplazmadan ayıran bir nuklear membranla (çekirdek zarı) çevrili bir çekirdeğe sahiptir. DNA’dan oluşan genetik materyal histon proteinleri ile çevrili olup bir ya da daha fazla eşleşmiş komozomları oluşturur. Nukleolus (çekiredekçik) bulunmaktadır.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-III SİTOPLAZMİK MEMBRAN (Hücre membranı, plazma membranı)  Prokaryotik Hücreler Plazma zarının içeriye doğru kıvrımlar yapmasıyla bazı türlerde iç zar yüzeyi oluşturulmuştur. Neredeyse tüm metabolik faaliyetlerin gerçekleştiği yerdir. Hücre membranı, karbonhidratları içermeyen, genellikle sterollerden yoksun sıvı çift katlı bir fosfolipid tabakadan oluşmaktadır. Bu kompartmanda endositoz (fagositoz ve pinositoz) ve ekzositoz olayları gerçekleşmez.  Ökaryotik Hücreler Hücre membranı, yapısında karbonhidratları ve sterolleri içeren sıvı çift katlı fosfolipid tabakadan oluşur. Madde alışverişi, endositoz (fagositoz ve pinositoz) ve ekzositoz ile gerçekleşir.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-IV SİTOPLAZMİK YAPILAR  Prokaryotik Hücreler Organel içermezler. 50S ve 30S’lik alt ünitelerden oluşmuş 70S’lik çökme hızına sahip ribozomlar bulundururlar. Kloroplast gibi organeller bulunmaz. Fotosentez yapan türleri sitoplazmik membrandaki genişlemelerle ve özelleşmiş biyokimyasal mekanizmalarla bunu gerçekleştirirler.  Ökaryotik Hücreler Hücreler sitoplazmalarında mitokondri, endoplazmik retikulum, golgi aygıtı, vakuoller ve lizozomlar gibi zarla çevrili çeşitli organeller içerirler. 60S ve 40S’lik alt ünitelerden oluşan 80S’lik ribozomlar bulundurular. Fotosentez yapabilen ökaryot hücrelerde,kloroplastlar bulunur.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-IV SİTOPLAZMİK YAPILAR  Prokaryotik Hücreler Mitotik iğ bulunmaz. Hücre iskeletine sahip değildir.  Ökaryotik Hücreler Hücre bölünmesi süresince mitotik iğler oluşur. Sitoplazmada protein ipliklerinden oluşan ve hücrenin yapısal çatısını oluşturan bir ağ şeklinde hücreyi kaplayan bir hücre iskeletine sahiptir.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-V HÜCRE DUVARI  Prokaryotik Hücreler Yaklaşık bütün prokaryotlarda hücre zarının hemen üstünde bulunan ve ondan ayrılan koruyucu bir tabakadır.  Ökaryotik Hücreler Bitki hücreleri, algler ve mayalar genellikle sellüloz ya da kitinden oluşan hücre duvarına sahiptir. Hayvan hücreleri ve protozoa’lar hücre duvarına sahip değildir.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-V HÜCRE DUVARI  Prokaryotik Hücreler Hücre duvarı, hücreye şeklini veren, fiziksel olarak koruyucu ve hücrenin hipotonik ortamda şişip patlamasını engelleyen bir yapıdır. Bir çok öbakteri peptidoglikandan oluşmuş hücre duvarına sahiptir. Bakterilerde, hücre duvarının esas içeriğini oluşturan peptidoglikan tabaka, N- asetilglukozamin’in N-asetilmuramik asitle β-1,4 glikosit bağları ile bağlanması sonucu oluşmuş zincirlerin, birbirine peptit bağları (tetrapeptitler: L-alanin, D-glutamat, bir diaminosit ve D-alalnin) vasıtasıyla birleşmesi ile oluşur.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-V HÜCRE DUVARI  Prokaryotik Hücreler Peptidoglikan tabakanın kalınlığı ve tabakada yer alan bazı bileşikler, gram negatif ve gram pozitif bakterilerde bazı farklılıklar teşkil etmektedir. Gram Pozitif Bakteriler  Hücre duvarı tamamen peptidoglikandan oluşmuş ve gram negatif bakterilere göre daha kalın bir yapıya sahiptir.  Hücre duvarına, teikhoik asit gibi çeşitli polisakkaritler bağlı durumdadır.  Salgıladıkları enzimleri, dış ortama salgılarlar. Gram Negatif Bakteriler  Hücre duvarının üstünde yer alan ve dış membran olarak adlandırılan ikinci bir lipid çift tabaka yer almaktadır.  Plazma zarı ile dış zar arasında bulunan periplazmik alan içinde az miktarda peptidoglikan bulunmaktadır.  Salgıladıkları enzimleri, periplazmik boşlukta depolayabilmektedirler.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-V HÜCRE DUVARI  Prokaryotik Hücreler Bakterilerin gram boyanma özellikleri, bakteri duvar yapısı ile ilgilidir. Gram pozitif bakterilerde peptidoglikan tabaka kalın olduğundan ve dış membran olmadığından boya alarak mor boyanmalarına neden olur.  Arkebakterilerde, peptidoglikan benzer fakat farklı bir karbonhidrat ve proteinden oluşan bir karmaşık hücre duvarı bulunur. Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-V  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-V HÜCRE ZARI HÜCRE DUVARI Canlıdır Cansızdır Seçici geçirgendir Tam geçirgendir Yapısında protein, yağ ve karbonhidrat Yapısında selluloz/kitin/peptidoglikan bulunur bulunur Esnektir Serttir Tüm canlı hücrelerde bulunur Bitki hücreleri, bakteriler, algler, mayalarda bulunur  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-VI SOLUNUM ENZİMLERİ ve ELEKTRON TRANSPORT ZİNCİRLERİ  Prokaryotik Hücreler Mezozom denilen bölgelerde plazma membranında yerleşik olarak bulunurlar. Plazma membranının iç ve dış kesimleri arasında bir H+ gradienti oluşturularak ATP sentezi gerçekleştirilir.  Ökaryotik Hücreler Mitokondride yerleşik olarak bulunurlar. Oksidatif metabolizmaları için mitokondrilerini kullanırlar.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-VII HAREKET ORGANLARI  Prokaryotik Hücreler Yaklaşık yarısı, tek bir fibrilden oluşan ve bakteriye kamçısal hareketi yaptıran tek bir flagellaya (kamçı) sahiptir. Kamçının fonksiyonu, bakterinin besinlere ya da oksijene doğru yönelimini veya zararlı ortamdan uzaklaşmasını sağlamaktır.  Ökaryotik Hücreler Bazı ökaryotik hücreler, bir zarla çevrili ve mikrotübüllerin özel bir düzende oluşturduğu flagellaya veya sile sahiptir. Bu uzantılar, hareketten sorumludurlar.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-VIII HÜCRE BÖLÜNMESİ  Prokaryotik Hücreler Mitoz veya mayoz bölünme olmayıp, genellikle ortadan ikiye bölünerek hızla çoğalma söz konusudur. Kromozomlar, mitotik iğ ipliklerin ve mikrotübüllerin rol almadığı hareketle birbirinden ayrılarak yavru hücrelere dağılırlar. Ortalama her bir 20 dakikada ikiye bölünerek devamlı çoğalırlar.  Ökaryotik Hücreler Mitoz (diploid somatik hücreler) ve mayoz bölünme (eşey ana hücreleri) söz konusudur. Kromozomlar, iğ iplikçikleri vasıtasıyla ayrılırlar. Bölünme süresi hücre tipine göre değişir.  Deri hücreleri, her 10 saatte bölünürler.  Karciğer hücreleri, ölen hücreler olduğu zaman bölünürler.  Beyin hücreleri genel olarak bölünmezler?  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-IX Ökaryotik Hücrelerin Prokaryotik Hücrelerle Birlikte Gerçekleştirdikleri Canlılık Olayları  Zardan madde alış verişi  Kendi yapısal proteinlerini sentezleme  Kendi enzim proteinlerini sentezleme  Genetik bilgilerini DNA’larında koruma  RNA’larını DNA’larında sentezleyerek metabolizmaları gerçekleştirme  ATP sentezini gerçekleştirme  Hücre içinde komplex bileşikleri yapı taşlarına ayırma  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-X Prokaryotik Organizmalarının Yapılarının ve Fonksiyonlarının Bilinmesi Önemlidir:  Prokaryotik organizmaların yapıları basit olduğundan çeşitli mekanizmaları açıklamak üzere model olarak kullanılabilmektedirler.  Elde edilen bilgiler, ökaryotik hücrelerdeki mekanizmaların çözülmesine yardımcı olabilmektedir.  Bakteriyel hastalıklarla mücadelede önemli ipuçları verebilmektedir.  İki organizmalanın benzerlik ve farklılıklarını bilmek etkili tedavi yaklaşımlarının ortaya çıkarılmasına yardımcı olabilmektedir…  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-X Prokaryotik Organizmalarının Yapılarının ve Fonksiyonlarının Bilinmesi Önemlidir:  ÖRNEK-1 Bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde kullnılan penisilinler, bakteriyel hücre duvarının sentezinde önemli bir anahtar enzimi inaktive ederler. Hücre duvarının yapısının bozulmasının sonucu olarak bakterinin ozmotik basınca dirençliliğin azalması ile özellikle gram pozitif bakterilerin çoğalması durur. Ökaryotik organizmalarda bakterilere benzer bir hücre duvarı yapısı olmadığı için ilacın alınması ökaryotik hücrelere zarar vermez.  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücreler-X Prokaryotik Organizmalarının Yapılarının ve Fonksiyonlarının Bilinmesi Önemlidir:  ÖRNEK-2 Lökosit ve makrofajlar tarafından sentezlenen ve tükrük, göz yaşı, burun salgısı ve çeşitli vücut sıvılarında bulunan bir enzim olan lizozim, gram pozitif bakterilerin hücre duvarındaki N-asetilglukozamin ve N- asetilmuramik asitle olan bağlarını yıkarak onların ölümüne neden olur. Bu enzim laboratuvarlarda bakterilerdeki peptidoglikan tabakasının çıkartılması için kullanılabilmektedir. Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Genel Olarak Karşılaştırılması-I Özellikler Prokaryot Hücreler Ökaryot Hücreler Organizmalar Bakteri, siyanobakteri Protozoa, maya, mantar, bitki, hayvan Hücresel Esasen tek hücreli Çoğunlukla çok hücreli organizasyon Hücre doğrusal 1-10 µm 10-100 µm büyüklük Zar Yapısı Var Var Metabolizma Anaerobik-aerobik Aerobik Organeller (ribozom Yok Var (nukleus, kloroplast, dışı) mitokondri, endoplazmik retikulum, golgi aygıtı) Enerji metabolizması Mitokondrileri yoktur, Oksidatif enzimler mitokondri iç oksidatif enzimler hücre zarındadır zarına bağlıdır Ribozomlar Var, nısbi olarak daha Var, daha büyük (80S) küçük (70S) Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Genel Olarak Karşılaştırılması-II Özellikler Prokaryot Hücreler Ökaryot Hücreler Nukleus Yok Var Nuklear Zar Yok Var Genetik Materyal DNA DNA Kromozomlar Tek, dairesel DNA Bir ya da daha fazla eşleşmiş, molekülü nuklear zara bağlı, çok uzun, (sitoplazmada), doğrusal DNA molekülleri, nukleosom yok nukleosom var Genetik Malzeme Sitoplazma içinde DNA DNA, histon ve histon ve non-histon protein olmayan proteinler bir serbest olarak bulunur kompleks olarak (kromozom sadece kromozomları oluştururlar ve DNA’dan oluşur) çekirdeğe yerleşiktirler RNA ve protein RNA ve protein aynı Farklı kompartmanlarda kompartmanda sentezlenir. RNA nukleusta; sentezlenir. protein sitoplazmada sentezlenir. Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Genel Olarak Karşılaştırılması-III Özellikler Prokaryot Hücreler Ökaryot Hücreler Sitoplazma Hücre iskeleti yok; Protein filamentlerinden sitoplazmik akışkanlık yok; oluşmuş hücre iskeleti var; sitoplazma homojen; sitoplazmik akışkanlık var; endositoz ve ekzositoz yok sitoplazma granül içerir; endositoz ve ekzositoz var Hücre Bölünmesi Kromozomlar plazma Kromozomlar iğ iplikçikler membranına bağlanmak vasıtasıyla ayrılırlar. Mitoz suretiyle ayrılırlar. ve mayoz bölünme söz Genellikle ortadan ikiye konusudur. bölünerek hızla çoğalma söz konusudur. Hücresel İskelet Yapı Hücre iskeleti yok Protein flamanlardan kurulu hücre iskeleti var (mikrotübüller, aktin-miyozin iplikçikleri) Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Genel Olarak Karşılaştırılması-IV Özellikler Prokaryot Hücreler Ökaryot Hücreler Flagella Mikrotübüller yok Mikrotübüller var Doku Oluşumu Yok Var Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Genel Olarak Karşılaştırılması-V Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Genel Olarak Karşılaştırılması-V Yapı Prokaryot Hücresi Bitki Hücresi Hayvan Hücresi Hücre Zarı Var Var Var Hücre Çeperi Var Var Yok Ribozom Var Var Var Mitokondri Yok Var Var Plastitler Yok Var Yok Klorofil Var (bazılarında) Var (çoğunda) Yok Sentrozom Yok Yok (basit Var bitkilerde var) Lizozom Yok Benzeri var Var Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Genel Olarak Karşılaştırılması-VI Yapı Prokaryot Hücresi Bitki Hücresi Hayvan Hücresi Golgi Aygıtı Yok Var Var Endoplazmik Yok Var Var Retikulum Koful (Vakuol) Yok Var (büyük) Var (küçük) Çekirdek Yok Var Var Çekirdekçik Yok Var Var  HÜCRE FARKLILAŞMASI Hücre farklılaşması  Çok hücreli organizmaların gelişimi sırasında birbirinin aynısı ve özelleşmemiş hücrelerin farklılaşarak özelleşmiş hücrelere dönüşmesidir.  Erişkin bir yüksek canlıda farklılaşmış hücre çeşidi 200’ün üstündedir.  Moleküler yapı  İşlev  Özgünlük  HÜCRE FARKLILAŞMASI Tek bir zigot hücresinin oldukça karmaşık yapılı çok hücreli bir organizma şeklinde gelişmesi çoğunlukla farklı hücre tiplerinin oluşumuna bağlıdır. Hücre farklılaşma mekanizmaları  Zigotun mitoz bölünmesi ile genetik materyalin yeni hücrelere aktarılması  Embriyonik hücrelerin kas,karaciğer, böbrek ve beyin gibi özelleşmiş farklı hücre tiplerine dönüşmesi  Özgün morfolojik özellikler oluşması  HÜCRE FARKLILAŞMASI ZİGOT ORGANİZMA Hücre Hücre Morfogenez Bölünmesi Farklılaşması  ZİGOTUN İLK BÖLÜNMELERİNDEN İTİBAREN HÜCRE FARKLILAŞMASI BAŞLAMAKTADIR!!!!!! HÜCRE FARKLILAŞMASI  Hücreler Neden ve Nasıl Farklılaşır? Sitoplazmik farklılıklar (RNA ve protein) Hücrelerden gelen sinyaller  Hücreler arası haberleşme, sinyal iletim yolaklarının aktifleşmesi, ligandların reseptörlere bağlanması, genlerin açılması, aktif transkripsiyon ürünleri ve GENLERİN İFADESİ!!  SONUÇ: FARKLI GEN EKSPRESYONLARINA NEDEN OLUR!! FARKLI HÜCRELERDEKİ GENLERİN EKSPRESYONU, ONLARI BİRBİRİNDEN FARKLI HALE GETİRİR!! HÜCRE FARKLILAŞMASI FARKLI HÜCRELERİN OLUŞUMU FARKLI GENLER EKSPRESYONU  HÜCRE FARKLILAŞMASI Başlangıçta tüm hücreler eşittir. Hücrelerin farklılaşması ve özelleşmesi için asimetrik hücre bölünmesi, lokalize sitoplazmik belirleyiciler ve hücre-hücre etkileşimleri (mikroçevre) önemlidir. Asimetrik bölünme, farklı gen ekspresyon (ifadelenmesi) programlarının oluşumunda önemlidir.  HÜCRE FARKLILAŞMASI  Asimetrik bölünme  Mitoz bölünme sonrası oluşan iki kardeş hücre aynı genoma sahip olmalarına rağmen boyut, şekil ve/veya içerik yönünden farklı olabilmektedir.  Asimetrik hücre bölünme sonucu her bir hücrenin transkripsiyon faktörlerinin içeriği ve konsantrasyonu farklı olabilir.  Bu durum, farklı gen ekspresyon programlarının oluşmasına neden olur. ÇOK HÜCRELİ ORGANİZMALARDA FARKLI HÜCRE TİPLERİ BU HÜCRELERDEKİ GENOM FARKLILIĞINDAN DEĞİL GEN EKSPRESYON FARKLILIĞINDAN DOLAYI OLUŞUR!!!  HÜCRE FARKLILAŞMASI Farklılaşmış hücreler, hücre çoğalması ve yenilenmesine göre;  Bazı hücreler bölünme yeteneğine sahip değildir. Bu hücreler, embriyo gelişimi sırasında üretilir, farklılaşır ve yaşam boyu kalırlar (sinir hücreleri?).  Bazı hücreler çoğalma yeteneklerini korurlar ve hasar gibi durumlarda çoğalma evresine geçerler (deri fibroblastları)  Bir kısmı da yaşam boyu devamlı bölünürler.  HÜCRE FARKILAŞMASININ TEDAVİDEKİ ÖNEMİ Hematopoetik kök hücrelerin farklılaşması sonucu kan hücrelerinin oluşumu HÜCREYİ İNCELEME YÖNTEMLERİ ?  HÜCREYİ İNCELEME YÖNTEMLERİ-I  Canlı hücrelerdeki moleküllerin İncelenmesi  Hızla değişen hücre içi iyon konsantrasyonlarının ölçülmesi ışık yayan indikatörler kullanılarak yapılabilir.  Hücre zarından geçemeyen moleküllerin hücre içine yerleştirilmeleri:  Moleküllerin hücre içine cam bir mikropipetle yerleştirilebilir.  Güçlü bir elektrik şoku ile membrandan geçemeyen maddeler hücreye gönderilir. Bu yöntemle zarı parçalamadan molekül ağırlığı büyük maddeler hücreye girebilir (örneğin DNA)..  Büyük moleküller, membranlı bir vezikül haline getirilip ve zarla kaynaşması sağlanıp hızla hücre içine gönderilebilir.  Yeni genler hazırlanabilir veya DNA altın partiküller üzerine kaplanıp hızla hücre içine gönderilebilir.  HÜCREYİ İNCELEME YÖNTEMLERİ-II KÜLTÜR  Hücre ya da dokuların in-vitro ortamda üretilmeleri  Canlılıklarını korumaları  Çoğalma esnasında kendi özelliklerini kaybetmemeleri PLASENTA EPİTEL HÜCRESİ Nukleusunu kaybetmemiş, bölünebilen tüm hücreler kültüre edilebilirler!!!  Kültürde Kullanılan Dokular Olgun eritrositler hücre kültürüne uygun değildir. Farklılaşmış nöronların da kültüre edilmesi zordur.  Mitoz yetenekleri azalmıştır  Kültürde Kullanılan Dokular Kemik iliği Plasenta Periferik kan lenfositleri  Amniyon kesesi Epitel hücreler  Embriyoya ait düşük  Epidermisin bazal materyali tabakası  Göbek kordonu  Kornea  Kıl kökleri Prenatal tanı  Barsak hücreleri  Amniyon hücreleri Bağ doku hücreleri  Koryon biyopsi materyali Gonad Dokusu  Fetal lenfositler  Kültür Kullanım Alanları Transplantasyon Uygulamaları Sitogenetik ve moleküler sitogenetik Moleküler genetik uygulama alanları  Hücrelerin farklılaşması  Genetik özellikleri  Gen yapıları ve fonksiyonlarının araştırılması Prenatal ve postnatal çalışmalar Teratojenik çalışmalar Bilimsel çalışmalar  HÜCREYİ İNCELEME YÖNTEMLERİ-III Mekanik mikromanipülasyon yönteminde hücrelere mikrocerrahi uygulanır.  Özel aletlerle hücre içinde çalışmalar yapılır. Doku kültürü hücreleri, yumurta hücresi üzerinde çalışmalar yapılabilir.  İnvitro fertilizasyon (tüp bebek)  Protoplazmanın elastikliği ve vizkozitesi  Nukleus ve sitoplazma arasındaki madde alışverişi  Zigot üzerinde çeşitli ilaçların araştırılması  Gen aktarımı  HÜCREYİ İNCELEME YÖNTEMLERİ-IV Cansız hücre ve dokuların incelenmesi  Mikroteknik Parçanın alınması Tespit (fiksasyon) İnklüzyon (Gömme) Kesit alma Kesidin boyanması Preparatın kapatılması Mikroskopta incelenmesi  İmmunohistokimaysal metodlar  İn situ hibridizasyon metodları (FISH vb.)