HÜCRENİN YAPISI ve HÜCRE ÇEŞİTLERİ Doç. Dr. Çiğdem KEKİK ÇINAR “Canlının en küçük birimi” Hücre 1665 yılında İngiliz bilim adamı Robert Hooke, şişe mantarından kesit alıp mikroskopta incelediğinde boş odacıklar şeklinde yapılar gördü. Bu yapılara hücre (cellula) adını verdi. Odacıklar ölü hücre çeperleri (ilk cansız hücre). 1635-1703 Filozof, mimar, bilim adamı, geometri prof, ressam Biyoloji tarihçesindeki önemli adımlar • • • • • • • • • • • • • • I665 Robert Hooke 1831 Robert Brown 1839 Purkinje 1862 Kolliker 1887 Boveri 1897 Benda 1898 Golgi 1931 Ruska 1944 Avery ,McCarty 1953 Watson ve Crick 1986 Howell 1990 1996 Klonlama 2007 Klonlama Cellula (hücre) Nükleus (çekirdek) Protoplasma (jelatinsi sıvı) Sitoplazma Sentrozom Mitokondri Golgi kompleksi Elektron mikroskop DNA (Genetik iletişimi sağlama) DNA çift sarmalı Gen nakli İnsan genom projesi Koyun Dolly Kuzular Zarife ve Oyalı Trinoküler Binoküler Dil epitel hücreleri Spinal kord Beyaz ve gri madde Elektron mikroskop 1931 Transmisyon EM Çok ince bir örnek içinden geçirilen yüksek enerjili elektronların görüntülenmesi prensibine dayanır. Elektronların, örnek ile etkileşimleri sonucu doku ve/veya hücre içi görüntü büyültülür ve floresans ekran, fotoğrafik film katmanı ya da kamera gibi bir sensör üzerine odaklanır. Goblet hücreleri Scanning EM Bir elektron demeti ile numune yüzeyini tarayarak üç boyutlu görüntü elde eden bir elektron mikroskobu türüdür. Trakede mukus salgılayan yuvarlak goblet hücresi ve siller Hücreyi İnceleme Yöntemleri İn vivo: Geliştirilen cihazlar aracılığı ile hücre ve dokuların doğrudan incelenmesi – Gastroskopi – Bronkoskopi – Kolonoskopi vb. İn vitro: Organizma dışında hücre ve dokuların yaşamalarına olanak sağlayan özel solüsyonlar içinde incelenmesi. Canlının en küçük birimi hücredir! Prokaryot hücre Ökaryot hücre Prokaryot ve ökaryot arasındaki bazı belirgin farklar Prokaryotlar Org: Bakteriler, virüsler Hücre boyutu: 0.5-10 µm DNA, nükleus içinde değil DNA, sirküler yapıda Kromozom sadece DNA’dan oluşur. Sitoplazma homojen Hücre iskeleti yok. Doku oluşumu yoktur. Ökaryotlar Mantarlar,bitkiler ve hayvanlar 10-100 µm DNA, nükleus içinde DNA, lineer yapıda Kromozom, DNA ve proteinden oluşur. Stoplazma granül içerir. Hücre iskeleti vardır. Doku oluşumu vardır. Ökaryot ve prokaryotlarda protein sentezi Sitoplazma DNA Ekzon Çekirdek İntron DNA Primer RNA transkripti Transkripsiyon Transkripsiyon RNA cap mRNA Translasyon AAA mRNA Protein mRNA AAA TRANSLASYON Protein Prokaryotik hücre Ökaryotik hücre Prokaryotik organizmalar Bakteriler Virüsler Basit bir yapıya sahipler Biyokimyasal olarak kompleks yapıda canlılar I-BAKTERİLER Çok farklı doğal çevrede (toprakta, deniz suyunda, okyanusun derinliklerinde, yer kabuğunda, deride, hayvanların bağırsaklarında, vb) yaşayabilen organizmalardır. Sitoplazma membranı DNA .. . . . .. . . . . .. . .. . .. . . . .. . .. . . . . . .. . Hücre duvarı Dış zar Pilus Mikrokapsül Kapsül Nükleoid Plazmid Kirpik /Flagellum Şekil 1:Tipik bir bakteri yapısı Küre, çubuk veya spiral şekilde olabilirler, Büyüklükleri farklıdır, Hücre organeli içermezler, Ribozomları ökaryotik ribozomdan daha küçüktür (70S, 80S), DNA çember şeklinde ve hücre içi sıvısında çıplak olarak bulunur. Bakterilerin sınıflandırılması coccus vibrio bacilus spirillum spirochete Bakteri şekilleri Bacillus (çomak) şekilli bakteriler Escherichia coli Mycobacterium tuberculosis Mycobacterium tuberculosis Robert Koch (1882) Tüberküloz nedeninin M. Tuberculosis olduğunu buldu. Asit ve alkole dirençlidir. Gram yöntemi ile zor boyanırlar Basil, aktif bir tüberküloz hastasından öksürük, hapşırık ya da diğer yollarla tükürük içerisinde havaya saçılır (damlacık yolu), havada asılı kalan partiküllerin alınmasıyla enfeksiyon yayılır. Salmonella Gram (-) boyanan bir bakteridir. Anaerob Patojen (tifo, paratifo ve gıda zehirlenmesi) İlk kez Salmon tarafından 1886’da izole edildi Genellikle hayvan dışkısı bulaşmış gıdaların kullanımı ile II-VİRÜSLER Işık mikroskobunda görülemezler, Zorunlu hücre içi parazitidirler, Bir çeşit nükleik asit molekülü ve onu saran protein kılıftan (kapsid veya kapsomer) (nükleokapsid) ibarettir. Kapsid yapılarına göre üç gruba ayrılırlar; I. Kübik simetrili virüsler (adenovirus, polyomavirus) II. Heliks simetrili viruslar (tütün mazoik virusu) III. Kompleks yapılı viruslar (Pox grubu viruslar) I II II III Virüs çeşitleri Konağa göre Nükleik aside göre Bitkisel Hayvansal Bakteri virüsler (bakteriyofaj) DNA virüsleri RNA virüsleri Zorunlu hücre içi parazitidir. Bakteri virüsleri (Bakteriofaj=faj) Her bakteri cinsinin kendine özgü bakteriofaj’ı vardır. Hayvan virüsleri Nükleik asit tipi: RNA Nükleik asit tipi: DNA Grip Çocuk felci Kızamık Kızamıkçık Kabakulak Kuduz AIDS Suçiçeği Çiçek Uçuk (herpes) Hastalık etkeni Bakteriler; Virüsler; • • • • • • • Gıda zehirlenmeleri Difteri Tetanoz Tifo Verem Frengi Ülser • • • • • • Grip Uçuk Kızamık Su çiçeği Kabakulak Kuduz Antibiyotikler, bakterileri etkiler, viral hastalıklarda etkili değildirler. ÖKARYOTİK HÜCRELER DNA’sının çoğu çekirdek içindedir Hücre büyüklüğü ait olduğu türün büyüklüğü ile orantılı değildir İnsandaki en büyük hücre yumurta hücresidir (200µm’lik çap) Hücre Şekli Hücrenin fonksiyonuna (eritrositler, sperm) Hücrenin bulunduğu yerdeki mekanik faktörlerin etkisine (lökositler) Hücreler arası ortamın şartlarına (kemik hücreleri) göre değişir. Hücrelerin yaşam süreleri farklıdır Granülositler ; 1-2 gün Eritrositler; 120 gün Hepatosit; 5 ay Kemik hücresi; 25-30 yıl Sinir hücresi; canlının yaşama süresi kadar Hücrenin Kimyasal yapısı İnorganik bileşikler (su ve elementler) Organik bileşikler proteinler) (karbonhidratlar, Embriyoda %95 olan su miktarı yaşlanmayla birlikte azalmaya başlar lipidler, SU En iyi çözücüdür. O2 ve metabolizma ürünleri su ile taşınırlar. Besin maddeleri suda erimiş olarak hücre zarından geçerler. Endositoz, sulu ortamda yapılır. Mitokondri, salgı granülleri vd. su sayesinde hareket ederler. Vücut ısısının ayarlanmasında önemlidir. Kayma özelliğinden dolayı, eklem yerlerinde tampon görevi yapar. İki hücre arasındaki (interstisiel) sıvı (intercellular space) HÜCRELER NEDEN VE NASIL FARKLILAŞIR Döllenmiş yumurta hücresi mitoz bölünme ile genetik materyali yeni hücrelere aktarır. Çok az özelleşmiş hücrede genetik materyal kaybı olur (eritrosit). Hücreler farklılaşırken genlerini kaybetmezler. Özelleşmenin nedeni gen ekspresyonundaki değişiklikler ile sağlanır. PROTEOLİZE BAĞIMLI OLAN SİNYAL YOLLARI Embriyonel gelişimde önemlidirler. Gen yazılımlarını aktive veya inaktive ederek hücre farklılaşması ve çoğalmasını sağlarlar. Notch yolağı Wnt yolağı Hedgehog yolağı NF-κB yolağı Çok hücrelilerde özelleşmiş hücrelerin çoğu hücre dışından gelen sinyallere gen ifadesini değiştirerek yanıt verirler. Bu yanıtın etkisi, Embriyonik dönemde kalıcı, Erişkin dönemde ise sinyal molekülünün varlığı süresince mevcuttur. Farklı hücrelerin aynı hücre sinyaline karşı verdikleri cevaplardaki çeşitlilik, Hücrelerin kendilerine özgü kalıcı nitelik kazanmış olmasını sağlayan gen ifadesi sonucudur. Asetilkolin sinyal molekülü, Kalp kasında Tükrük bezinde İskelet kasında kasılmanın azalmasına, salgılama, kasılmaya neden olur. Tüm hücreler çevreden gelen değişimlere cevap olarak genlerini açıp kapatabilir. Çok hücreli organizmalar, bu yeteneklerini kullanarak farklı hücre soylarını oluşturabilirler. Bir hücre, özelleşmiş bir hücre şeklinde farklılaşacağı zaman yaptığı seçimi bir sonraki nesillerine de aktarır. “gen ifadesinin hatırlanması” - “hücre belleği” Ökaryotlarda gen ifadesi 6 aşamada denetlenir Çekirdek Etkin olmayan mRNA Sitazol 5 mRNA yıkımının denetlenmesi RNA yazılımı DNA 1 Yazılım denetimi mRNA 2 RNA işlenmesinin denetimi mRNA 3 RNA taşınmasının ve Yerleşmesinin denetimi 4 Çevirim denetimi 6 protein Protein etkinliğinin denetimi Etkin olmayan protein Teşekkürler