Yaşamın Temel Birimleri PDF

Yaşamın Temel Birimleri: Hücre Uzm. Günay Kuşaf [email protected] Tanımlar Moleküler biyoloji, biyolojik aktivitenin moleküler temeliyle ilgilenen biyoloji dalıdır. Bu alan, özellikle genetik ve biyokimya olmak üzere biyoloji ve kimyanın diğer alanlarıyla örtüşmekte...

Yaşamın Temel Birimleri: Hücre Uzm. Günay Kuşaf [email protected] Tanımlar Moleküler biyoloji, biyolojik aktivitenin moleküler temeliyle ilgilenen biyoloji dalıdır. Bu alan, özellikle genetik ve biyokimya olmak üzere biyoloji ve kimyanın diğer alanlarıyla örtüşmektedir. DNA, RNA ve protein biyosentezi gibi çeşitli hücre sistemleri arasındaki etkileşimleri ve bunların anlaşılmasını ele alır Biyokimya, kimyasalların ve canlı organizmalarda meydana gelen hayati süreçlerin incelendiği alandır. Bunlar esas olarak biyomoleküllerin görevlerine, yapılarına ve işlevlerine odaklanır  Genetik, organizmalardaki genetik farklılıkların etkilerini araştıran çalışma alanıdır. Genellikle normal bir bileşenin (örneğin bir genin) eksikliğinden çıkarılabilir. "Mutantlar" (normale kıyasla işlevsel bileşenlerden yoksun veya onları aşan bir organizma) çalışma alanı Tıbbi genetik, sağlık ve hastalıkla ilgili olarak insan biyolojik çeşitliliğinin bilimidir. Klinik genetik, tıbbi genetiğin bireysel insanların ve ailelerinin sağlığıyla ilgilenen kısmıdır. Alternatif olarak, klinik genetik, genetik bozuklukların teşhisi, önlenmesi ve yönetimi bilimi ve uygulaması olarak tanımlanabilir Biyolojiye Giriş Biyoloji, Yunanca kelimelerden türetilmiştir; Bios: Yaşam + Logos: Çalışma Canlıların (organizmaların) bilimsel çalışması olarak tanımlanır Organizmaların yapısını, büyümesini, işlevini, kökenini ve evrimini araştırır Organizmaların birbirleriyle ve doğal çevreyle etkileşimlerini tanımlar Biyolojik Organizasyonun Seviyeleri oCanlı Faz Hücreler Dokular Organlar Organ Sistemi Organizma oCansız Faz Atomlar Moleküller Hücreler (Hayat Dokular (Birlikte Organlar (Birlikte Organ sistemleri burada başlar- hayatın temel çalışan benzer çalışan farklı (Birlikte çalışan Organizma birimleri) hücreler) dokular) farklı organlar) Tüm canlılar hücrelerden oluşur Tüm canlılar bir veya daha fazla hücreden oluşur Hücre, yaşamın en basit birimidir Bir organizmanın canlı ve işlevsel kalmasını sağlamaktan sorumludurlar  Hücreler canlıların en küçük yapısal ve işlevsel birimidir Genellikle çıplak gözle görülemeyecek kadar küçüktürler ve mikroskopla incelenirler Bazı canlılar tek bir hücreden oluşur Bazıları birçok hücrenin birleşmesiyle oluşur Çok hücreli hücrelerde hücreler arasında iş bölümü vardır Hücre Teorisi- İlk Keşif Hücre bir ingiliz bilim adamı tarafından keşfedildi 1665 yılında Robert Hooke tarafından 'Mikrografi’ isimli kitabında yayınlanmıştır Hücreler bir Budist manastırının adı verilen küçük odaları ‘cellullae’ benzediğinden dolayı hücre adı verildi Hücre Teorisi Anton van Leeuwenhock - gölet suyunda yaşayan hücreleri gözlemledi "hayvanlar" olarak adlandırılır (1673) Theodore Schwann - hayvanların dokularının hücreleri olduğunu gözlemleyen zoolog (1839) Mattias Schleiden - botanikçi, bitkilerin dokularının hücreleri içerdiğini gözlemledi (1845) Hücre, canlıların en temel birimidir Tüm canlılar bir veya daha fazla hücreden oluşur Rudolf Virchow - her canlının sahip olduğu ve hücreler olarak bilinen birimlerin hayati önem taşıdığını bildirdi Ayrıca hücrelerin diğer hücrelerden geldiğini de tahmin etti (1850) Her yeni hücre, kendisinden önce yaşayan bir hücrenin bölünmesinden oluşur Modern Hücre Teorisi Modern hücre teorisinde, orijinaline ek olarak aşağıdaki noktalar eklenmiştir Hücrenin kalıtsal bilgisi (DNA), hücre bölünmesi yoluyla bir hücreden diğerine aktarılır Tüm hücreler temelde kimyasal yapı ve metabolik aktivite açısından aynıdır Tüm temel kimyasal ve fizyolojik işlevler hücrenin içinde gerçekleşir (hareket, sindirim, vb.) Hücre aktivitesi hücrede bulunan yapılara (organeller, çekirdek, plazma zarı) bağlıdır Hücre Teorisinin Modern İlkeleri Bilinen tüm canlılar hücrelerden oluşur Hücre, tüm canlıların yapısal ve işlevsel birimidir Tüm hücreler bölünerek önceden var olan hücrelerden gelir (Kendiliğinden nesil oluşmaz) Hücreler, hücre bölünmesi sırasında hücreden hücreye aktarılan kalıtsal bilgileri içerir Tüm hücreler temel olarak kimyasal bileşimde aynıdır Yaşamın tüm enerji akışı (metabolizma ve biyokimya) hücrelerde gerçekleşir Kalıtım "yaşamın" merkezidir Kalıtım, "canlı" tanımının önemli bir bölümünü oluşturur Canlı organizmalar, bu organizasyonu sürdürmek için kendi organizasyonlarını oluşturmalı ve serbest enerji tüketmelidir Bu serbest enerji, kalıtsal bilgiler kullanılarak belirlenen çok karmaşık bir kimyasal reaksiyon sistemini yönlendirir Kalıtsal bilgiler, türleri belirler Bu bilgiler ayrıca çevreden ham maddeleri toplayan mekanizmayı da belirler Bu ham maddeler, tıpkı kendisi gibi görünen yeni bir hücre yapmak için kullanılır Yeni hücrenin içinde tüm kalıtsal bilgiler bulunacaktır Hücrelerin Evrensel Özellikleri Tüm hücreler kalıtsal bilgilerini doğrusal bir kimyasal kod (DNA) olarak depolar Tüm hücreler kalıtsal bilgilerini aynı ara formatı (RNA) kullanarak kopyalar Tüm hücreler proteinleri katalizör olarak kullanır Tüm hücreler RNA'yı aynı şekilde proteine çevirir Yaşam serbest enerji gerektirir Tüm hücreler aynı temel yapı taşlarını kullanır Tüm hücreler plazma zarıyla çevrilidir Kalıtsal Bilgilerin Saklanması DNA kendi kendine eşleşme yeteneğine sahiptir DNA'yı genetik materyal olarak kullanır ve kalıtımsal bilgilerini çift sarmallı bir DNA molekülü olarak depolar DNA şablonlu polimerizasyon (replikasyon) ile çoğaltılır Genler, DNA'nın protein veya RNA kodlayan segmentine karşılık gelen işlevsel kalıtım birimleridir DNA’dan RNA’ya ve Protein (Central Dogma) DNA'nın kendini kopyalamaktan daha fazlasını yapması gerekir Hücre içindeki diğer moleküllerin sentezlenebilmesi için DNA'nın kendini ifade etmesi gerekir (ekspresyon) Gen nükleotid dizisi transkripsiyon yoluyla RNA'ya aktarılır RNA, DNA'dan farklı bir yapıya sahiptir: tRNA, mRNA ve rRNA Protein kodlayan nükleotid dizileri RNA'lar translasyon yoluyla amino asit dizisini belirler Yaşam için enerjiye ihtiyaç vardır Canlı sistemler denge olmaktan uzaktır Yüksek oranda içsel serbest enerjiye sahiptirler Ölürlerse kimyasal dengeye doğru çürürler Serbest enerjiye ek olarak, çevreden hammadde de almak zorundadırlar Bağlanma enerjilerinde farklılıklar vardır Çok fazla serbest enerji açığa çıkar  Biyokimyasal fabrikalar olarak hücreler aynı temel moleküler yapı taşlarını kullanır ATP, hem RNA hem de DNA'nın yapı taşı olarak kullanılır Bitkilerin küçük moleküllerini yapmak için güneş ışığını ve çok basit molekülleri kısıtlamaları gerekir Hayvanlar gibi diğer organizmaların organik moleküllerini elde etmek için diğer organizmalarla beslenmeleri gerekir Hücreler bir plazma zarı ile çevrilidir Besinler ve atık maddeler plazma zarından geçmelidir Zar seçici bir bariyer görevi görür Zar amfipatik moleküllerden oluşur hem polar hem de polar olmayan bölgelere sahip kimyasal bileşikler, onlara hem hidrofilik (su seven) hem de lipofilik (yağ seven) özellikler kazandırır Ham maddeler ithal edilir Atık maddeler ihraç edilir Zar taşıyıcı proteinler – farklı protein aileleri mevcuttur Hücre: Yaşamın Temel Birimleri Yaşam fonksiyonlarını yerine getirebilen en küçük birimler Hücreler belirli temel fonksiyonları yerine getirme kapasitesine sahiptir Hücrelerin şekli ve boyutu belirli performans fonksiyonlarıyla ilişkilidir Hücre, organeller adı verilen belirli bir bileşen içerir Her hücre organeli türü özel bir fonksiyon gerçekleştirir Organizmalar Hücre Sayısına Göre 2'ye Ayrılır oTek Hücreli Organizmalar – Bir hücreden oluşur Bakteri, amip, öglena, paramesyum, mavi-yeşil alg oÇok Hücreli Organizmalar – Daha fazla hücreden oluşur İnsan, hayvan ve bitki Hücre Çeşitliliği Hücreler boyut ve şekil açısından büyük bir çeşitlilik gösterir oHücre Boyutu: Birkaç hücre türü çıplak gözle görülebilecek kadar büyüktür (Örneğin kuş yumurtası) Hücrelerin çoğu yalnızca mikroskopla görülebilir oHücre Şekli: Hücrelerin şekli işlevlerine bağlıdır (Nöronlar uzun ve incedir ve kan hücreleri disk şeklindedir) 2 tip hücre vardır 1. Prokaryotlar 2. Ökaryotlar Hücrelerin özellikleri oProkaryotik Hücreler: bakteri ve arke Prokaryotik milyarlarca yıl boyunca dünyadaki tek yaşam biçimiydi Tüm prokaryotik organizmalar tek hücrelidir Çekirdek ve zara bağlı diğer organellere sahip değildirler Bazen hücre duvarları vardır Prokaryotik Hücrelerin Yapısı Plazma Zarı Hücrenin dış tabakası / bariyeri Plazma zarı sitoplazmayı kapsamaktadır Bazı prokaryotlar iç zar sistemlerine sahiptir Prokaryotik Hücrelerin İçsel Organizasyonu Prokaryotik hücreler genellikle karmaşık bölümlendirmeden yoksundur Bazı prokaryotların metabolik işlevleri yerine getiren özel zarları vardır. Bunlar genellikle plazma zarının katlanmalarıdır Prokaryotik genom ökaryotik genomdan daha az DNA içermektedir Genomun çoğu dairesel DNA’dan oluşur Hücrelerin özellikleri o Ökaryotik Hücreler: hayvanlar, bitkiler, mantarlar Ökaryotik hücreler, prokaryotik hücrelerden çok sonra dünyada görülmüştür Prokaryotikten farklı olarak ökaryotik organizmalar tek hücreli ve çok hücreli olabilir Sitoplazmayı bölümlere ayıran ve belirli işlevleri yerine getiren zara bağlı organeller içerir Zara bağlı DNA ile çekirdek içerir Ökaryotik Hücrelerin İçsel Organizasyonu  Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Ortak Noktası Nedir? Her ikisi de genetik materyal olarak DNA’ya sahiptirler Her ikisi de hücre zarı ile çevrelenmiştir Her ikisi de RNA içermektedirler Her ikisi de bazı temel kimyasallardan, karbonhidratlardan, proteinlerden, nükleik asitlerden, minerallerden, yağlar ve vitaminlerden oluşmaktadır Her ikisi de ribozom içermektedirler