Hücre

Hücre, canlı olabilen en küçük madde topluluğudur. Tüm organizmalar hücrelerden oluşur. Bütün hücreler daha önceki hücrelerden türemiş olmaları açısından birbirleri ile akrabadır. Bununla birlikte hücreler, Dünya üzerindeki uzun evrimsel süreç sırasında çok farklı şekillerde değişikliğe uğramışlardır. Birbirlerinden büyük ölçüde farklı olsalar da, ortak özellikleri paylaşırlar.

Hücre ; prokaryotik hücre ve ökaryotik hücre olarak ikiye ayrılır. Canlılar 3 Domainde sınıflandırılmıştır. Bacteria-Archaea-Eukarya. Bacteria ve Archaea domainlerindeki organizmalar prokaryotik hücrelere sahiptir. Eukarya (ökaryot) domaininde ise mantar, protista, bitki ve hayvanlar vardır.

Prokaryotik Hücre ve Ökaryotik hücre ortak özellikleri ;

• Stoplazma olarak adlandırılan iç kısma sahiptirler.
• Plazma zarı adı verilen seçici bir zarla çevrilidirler. Bu zar, hücrenin iç kısmında sitozol olarak da adlandırılan bir hücrenin stoplazmasında jöle benzeri, yarı sıvı madde içerisinde biyokimyasal reaksiyonların gerçekleşmesine izin veren belirli bir ortam oluşturur.
• DNA halindeki genleri taşıyan kromozom yapıları içerirler.
• Genlerin verdiği talimatlara uygun olarak protein sentezleyen küçük kompleksler olan ribozomlara sahiptirler.

Prokaryotik Hücre ve Ökaryotik hücre farkları ;

PROKARYOTİK HÜCRE :  Prokaryotik hücrelere sahip organizmalar tek hücrelidir . Bunlara “prokaryotlar” denir. Gerçek bir çekirdeğe veya zarlı organellere sahip olmayan bir hücre türüdür. Prokaryotik hücreler, Ökaryotik hücrelerden daha küçüktürler. Dört ana yapıları vardır. Bunlar; hücre duvarı, plazma zarı , stoplazma , ribozomlar ve genetik materyaldir ( DNA ve RNA ). Prokaryotik hücrelerde DNA, nükleoid adı verilen ve zarla çevrili olmayan bir bölgede yoğunlaşmıştır.

Hücre Duvarı : Bitkiler ve mantarlar gibi bazı ökaryotik hücrelerin hücre duvarları varken , hemen hemen tüm prokaryotik hücreler de bunlara sahiptir ve kimyasal olarak ökaryotlardan farklıdırlar. Duvarlar organizmaya stabilite, koruma ve genel şeklini verir. Bakteri duvarları, peptidoglikanlar adı verilen maddelerden oluşur. Bazı prokaryotların hücre duvarının dışında bir dış kapsülü vardır, bu da dışarıdan içe doğru üç katmana neden olur: kapsül, hücre duvarı ve hücre zarı. Penisilin ilaçları dahil bazı antibiyotikler, bakterilerin hücre duvarlarını hedef alır.

Hücre Zarı : Stoplazmayı çevreler. Hücre zarı tüm canlılar için ortak, bir çift tabakalı fosfolipid yapıdan oluşur. Bu şekilde adlandırılmıştır, çünkü her biri zarın ortasından dışa bakan hidrofilik veya suda çözünür fosfat “başları” ve suda çözünür olmayan ve iç kısımda birbirine bakan hidrofobik “kuyrukları” içeren iki katman içerir. Membran seçici geçirgendir, yani bazı maddeler genellikle membrana gömülü protein “motorları” yardımıyla ancak diğer zamanlarda basit difüzyon yoluyla geçebileceği anlamına gelir.

Stoplazma : Sitozol olarak da adlandırılan bir hücrenin stoplazması, ağırlıklı olarak sudan oluşan jel benzeri bir maddedir. Aynı zamanda enzimler, tuzlar, çeşitli organik moleküller ve hücrenin organellerini içerir. Organeller, hücrelerdeki çeşitli tipteki işlevsel bileşenlerdir. Bu ortamda bir dizi kimyasal reaksiyon gerçekleşebilir.

Ribozom = Protein Fabrikaları. Ribozomlar, toplam boyutu, şekli ve işlevi ne olursa olsun organizmanın hayatta kalmasını sağlamak için her hücrenin üstlenmesi gereken bir süreç olan protein sentezinden sorumlu organellerdir. Her bir ribozom, her ikisi de ribozomal RNA (rRNA) ve proteinleri içeren bir büyük alt birim ve bir küçük alt birimden oluşur.

Diğer bazı yapılar ;

Fimbria (pili) : Bazı prokaryotların yüzeyindeki tutunmaya yarayan yapılar.

Kamçı (flagella) : Bazı bakterilerdeki hareket organeli

ÖKARYOTİK HÜCRE : Ökaryotik hücrelerin en temel farkı, proteinler tarafından birbirine bağlanan ve hücre içinde kendi ayrı bölmesinde bulunan DNA ile ayırt edici bir çekirdeğe ve zarlı organellere sahip olmasıdır. Ökaryotik hücrelerde DNA, çekirdektedir. Yukarıda da bahsedildiği gibi hücre zarı, stoplazma ve ribozomlar prokaryotik hücreler ile ökaryotik hücrelerin ortak yapılarıdır.

Bunların dışında ökaryotik hücrede bulunan yapılar ; Çekirdek (çekirdek zarfı, çekirdekçik, kromatin), Hücre iskeleti (Mikrotübüller-Mikroflamentler-İntermediyer filamentler), Golgi aygıtı, Lizozom, Mitokondri, Peroksizom, Sentrozom, Endoplazmik retikulum, Mikrovili, Kamçı, Kloroplast, Merkezi vakuol, Hücre duvarı, Plazmodesmata, Koful.

Hayvan hücrelerinde bulunup bitki hücrelerinde bulunmayanlar : Lizozom, sentrozom, sentriyol, kamçı (bazı bitki spermlerinde bulunur)

Bitki hücrelerinde bulunup hayvan hücrelerinde bulunmayanlar : Kloroplast, Merkezi vakuol, Hücre duvarı, Plazmodesmata

Çekirdek (nükleus) = Bilgi Merkezi. Canlıya ait kalıtsal bilginin depolandığı, hücrenin büyüme, onarım gibi hayatsal faaliyetleri ile bölünmenin kontrol edildiği yapıdır.

• Çekirdek Zarfı : Çekirdeği çevreleyen çift zar; porlarla delinmiştir. Dış zar endoplazmik retikulumun devamı niteliğindedir ve yüzeyinde ribozom bulunur. İç zarın iç yüzeyinde nüklear lamina bulunur. Nükleer lamina çekirdeğe biçim kazandıran, ağsı yapıdaki protein filamentlerinden oluşur. Çekirdek zarında bulunan porlar madde alış verişini denetler.
• Çekirdekçik (nükleolus) : Ribozomların üretildiği, zar içermeyen yapı. Çekirdekte bir ya da daha fazla çekirdekçik bulunur.
• Kromatin : DNA ve proteinlerden oluşan materyal. Bölünen hücrelerde kondanse olarak tek tek kromozomlar halinde bulunur.

Hücre İskeleti = Destek ve Hareket. Hücrenin biçimini güçlendirir. Hücre hareketinde işlev görür.

• Mikrotübüller : İçi boş olan tübül duvarı, tubulin adı verilen globüler proteinden yapılmıştır. Her tubulin proteini dimerik yapıda olup iki alt birimden (alfa-tubulin ve beta-tubulin) oluşur. Tubulin dimerlerinin oryantasyonlarından dolayı mikrotübülün iki ucu birbirinden farklıdır. Bu uçlardan biri olan ‘artı uç’ denen taraf, tubulin dimerlerini diğerinden daha hızlı biriktirir ya da salar ve bu yolla hücresel  aktiviteler sırasında önemli ölçüde uzayabilir ya da kısalabilir. Sıkıştırılmaya karşı koyar.
• Mikroflamentler (aktin filamentler) : Bir globüler protein olan aktin molekülünden yapılmışlardır. Birbiri üzerine sarılmış iki zincirden ibarettir. Gerilmeye (çekme güçlerine) dayanıklıdır. Mikrofilamentler, diğer proteinlerle bir araya gelerek oluşturduğu 3 boyutlu ağ yapısı (korteks filamentleri), plazma zarının hemen altında yer alır ve hücre biçiminin desteklenmesine yardımcı olur. Bu ağsı yapı, stoplazmanın korteks adı verilen dış tabakasına jole gibi yarı katı bir kıvam kazandırır. Mikrofilamentler, kas hücrelerindeki kasılmanın da bir parçası olmaları nedeniyle hücre hareketinde rol oynarlar. Binlerce aktin filamenti kas hücresinde boylamasına  uzanan paralel demetler oluşturur. Bu demetlerin arasında miyozin proteininden oluşan daha kalın filamentler yerleşmiştir.
• İntermediyer Filamentler : Bunlar mikrofilamentlerden daha kalın, mikrotübüllerden ise daha incedirler. Mikrofilamentler gibi gerilmeye karşı dayanıklıdır. İntermediyer filamentler, mikrofilamentler ve mikrotübüllerden daha kalıcıdırlar. Mikrofilamentler ve mikrotübüller hücrenin değişik kısımlarında bozulup tekrardan kurulmaktadırlar.

Golgi Aygıtı = Gönderme ve Teslim Alma Merkezi. Hücre ürünlerinin sentezini, modifikasyonunu, sınıflandırmasını ve salgılanmasını gerçekleştirir. ER’den ayrılan taşıma veziküllerinin çoğu buraya gelir. Proteinler gibi ER ürünleri burada değişikliğe uğratılır, depolanır ve daha sonra gidecekleri hedeflere gönderilirler. Golgi aygıtı yassılaşmış zarsı keseciklerden (sisterne) oluşur. Bu kesecikler üst üste bir yığın oluşturur. Bu yığındaki her sisternenin zarı sitozol ile iç bölgeyi birbirinden ayırır.Golgi aygıtının yakınında bulunan veziküller, Golgi ile diğer yapılar arasındaki madde taşınmasında görev yaparlar. Golgi yığınının iki ucu cis yüzey ve trans yüzey olarak ifade edilir. Cis yüzey gelen, trans yüzey ise giden materyallerin yer aldığı bölümlerdir.

Lizozom = Sindirim Kompartımanları. Lizozom, hayvan hücrelerinin makromolekülleri sindirmek (hidroliz etmek) için kullandığı hidrolitik enzimleri içeren zarla çevrili bir kesedir. Hidrolitik enzimler ve lizozom zarı Granüllü ER tarafından yapılır ve daha ileri değişiklikler için Golgi aygıtına gönderilir. Lizozomal enzimler lizozomun asidik ortamında çok iyi çalışırlar. Eğer lizozom parçalanır ya da içeriği dışarıya sızarsa, açığa çıkan eznimler çok aktif değildir. Çünkü sitozol nötral pH’ya sahiptir.

Lizozom zarının iç yüzeyindeki proteinler ve sindirim enzimlerinin kendileri parçalanmaktan nasıl korunurlar ? Proteinlerin 3 boyutlu yapısı, kolayca kırılabilcek bağları enzimatik saldırıdan korur.

Mitokondri = Kimyasal Enerji Dönüşümü. Hücre solunumunun yapıldığı ve ATP’nin çoğunun üretildiği organel. Bu metabolik süreçte şekerlerden, yağlardan ve diğer yakıtlardan enerji çıkarmak suretiyle ATP üretmek için oksijeni kullanır. Mitokondri iki zarla çevrili olup, bu zarların her biri çift katlı fosfolipid ve kendine özgü proteinlere sahiptir. Dış zar düz olmakla beraber iç zar krista adı verilen kıvrımlara sahiptir. İç zar, mitokondriyi iki iç kompartımanına böler. Bunların ilki, iç ve dış zarlar arasındaki dar bir bölge olan zarlar-arası alandır. İkinci bölge ise, iç zar tarafından çevrelenmiş olan mitokondri matriksidir.Matriks, çeşitli enzimleri, mitokondri DNA’sını ve ribozomları içerir. Matriksteki enzimler, hücre solunumunun bazı basamaklarını katalizler. Solunumda göre alan diğer proteinler, ve ATP sentezleyen enzim ise iç zara yerleşmiştir. Çok kıvrımlı yüzeyler olan kristalar, Mitokonri iç zarının yüzey alanını artırır ve böylece hücre solunumunun verimini yükseltir.

Peroksizom = Oksidasyon. Çeşitli metabolik işlevlerin gerçekleştiği organel. Tek bir zarla çevrilidir. Peroksizomlar, çeşitli substratlardan uzaklaştırdıkları hidrojenleri, oksijene (O2) aktararak, yan ürün olarak hidrojen peroksit (H2O2) oluşturan enzimler içerirler.  Bazı peroksizomlar yağ asitlerini daha küçük moleküllere yıkmak için oksijen kullanır.  Oluşturulan küçük moleküller hücre solunumu için yakıt oluşturmak üzere mitokondrilere gönderilirler. Karaciğerdeki peroksizomlar alkol ve diğer zararlı bileşikleri detoksifiye etmek için, bu zehirlerden oksijene hidrojen aktarımı yaparlar. Peroksizomlar tarafından oluşturulan H2O2 toksiktir ancak bu organel H2O2’yi suya dönüştüen enzimi de içeirr.

Glioksizom adı verilen özelleşmiş peroksizomlar, bitki tohumlarının yağ depolayan dokularında yer alırlar. Bu organel yağ asitlerinin şekere dönüşümünü başlatan enzimler içerir.

Sentrozom : Hücre mikrotübüllerinin başlangıç bölgesi. Hayvan hücrelerindeki mikrotübüllerin uzamaya başladığı yer, çekirdek yakınında bulunan ve ‘mikrotübül organize edici merkez’ denen sentrozomdur. Hayvan hücresindeki sentrozomun içinde, üçlü mikrotübüllerin dokuz set halinde düzenlenerek oluşturduğu  halkasal yapı olan bir çift sentriyol bulunur.

Endoplazmik Retikulum = Biyosentetik Fabrika. Zarsı keseler ve tüplerden oluşan ağsı yapı. Zarlardan oluşan çok geniş bir labirent olup, birçok ökaryotik hücrede toplam zarların yarısından fazlasını kapsar. ER zarsı ağ yapısındaki tübül ve sisterne adı verilen keseciklerden oluşur.  Düz ER ve Granüllü ER olarak ikiye ayrılır. Düz ER, lipid sentezi, karbonhidrat metabolizması, ilaç ya da zehirlerin detoksifikasyonu ve kalsiyum iyonlarının depolanmasunda görevlidir. Granüllü ER ise proteinlerin taşınması ve depolanmasında görevlidir. Düz ER’nin  bu adla anılmasının nedeni stoplazmik yüzeyinde ribozomlar içermemesidir. Granüllü (tanecikli,pürüzlü) ER ise stoplazmik yüzeyinde ribozomların tutunmuş olmasından dolayı elektron mikroskobunda pürüzlü olarak görülmesi nedeniyle o adla anılmaktadır.

Mikrovili : Hücrenin yüzey alanını artıran uzantılar.

Kamçı : Plazma zarının uzantısı içindeki mikrotübül demetlerinden oluşan ve bazı hayvan hücrelerinde bulunan hareketli yapı.

Kloroplast : Fotosentez yapan organel. Güneş ışığının enerjisini şeker moleküllerinde depolanan kimyasal enerjiye dönüştürür.

Merkezi Vakuol : Yaşlı bitki hücrelerinde belirginleşen organel. İşlevleri arasında depolama, atık ürünlerin parçalanması, makromoleküllerin hidrolizi bulunur. Vakuolün genişlemesi bitki büyümesinin temel mekanizmasıdır.

Hücre Duvarı : Hücreye biçim veren ve onu mekanik hasarlara karşı koruyan dış tabaka. Selüloz, diğer poplisakkaritler ve proteinleri içerir. Genç bir bitki hücresi, önce oldukça ince ve esnek bir duvar salgılar. Buna birincil hücre duvarı denir. Komşu hücrelerin birincil duvarları arasında, pektin denilen yapışkan, polisakkaritler bakımından zengin orta lamel adı verilen ince bir tabaka bulunur. Orta lamel komşu hücreleri birbirine yapıştırır. Hücre olgunlaşıp büyümesini durdurunca duvarını güçlendirir. Bazı bitki hücreleri, bunu birincil duvar içine sertleştirici maddeler salgılayarak yaparlar. Diğer hücreler ise plazma zarı ile birincil duvar arasına ikincil duvarı ekler. İkincil duvar, tabakalı yapıdadır ve hücreyi koruyup destekleyen, güçlü ve dayanıklı bir matrikse sahiptir.

Plazmodesmata : Komşu hücrelerin stoplazmaları arasında bağlantı kuran ve hücre duvarları içinden geçen stoplazmik kanallar. Sitozol, plazmodesmata içinden geçerek komşu hücrelerin iç kimyasal ortamlarını birleştirir. Bu bağlantılar bitkinin büyük bir kısmını kesintisiz bir bütün haline getirir.

Koful = Hücrenin Çeşitli Bakım Bölmeleri. ER ve golgi aygıtından kaynaklanan büyük keseciklerdir. Dolayısıyla kofullar, hücrenin iç zar sisteminin bir parçasıdır. Bütün hücresel zarlar gibi koful zarı da çözünenleri seçici olarak taşır. Koful içindeki çözeltinin bileşimi sitozolden farklıdır.