Tıp Fakültesi Dönem I TEM 2

HÜCRE BÖLÜNMESİ
Prof.Dr. Davut ALPTEKİN
Ç.Ü. Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
ADANA
KROMOZOMLAR
Yüksek yapılı canlılardaki her somatik hücre
bir takım annenin özelliklerini taşıyan anasal (maternal)
kromozom ve bir takımda babanın özelliklerini taşıyan
babasal (paternal) kromozoma sahiptir. Bu iki takım
kromozomların sayısı diploit (2n) olarak adlandırılır. Cinsiyet
hücreleri ya da gametler vücut hücrelerinde bulunan
kromozom sayısının yarısına sahiptir ve haploit (n) hücre
olarak tanımlanır. Genom ise bir türün diploit kromozom
takımıdır (bitki hücrelerindeki plastidler ile mitokondri DNA’sı
dahil). Her vücut hücresindeki kromozom sayısı o canlının
bütün organlarındaki hücrelerinde aynıdır (cinsiyet hücreleri
hariç). Örneğin; insan vücut hücreleri 46, keçi 60, bezelye
14, Meyve sineği (Drosophila) 8 kromozoma sahiptir.
Hücre bölünmesindeki kromozom yapısı
Mitoz Bölünme
MİTOZ BÖLÜNMESİ
Çok hücreli canlılarda bütün vücut (somatik)
hücreleri bir ana hücreden yani zigottan türerler.
Yani mitoz bölünme ile çoğalırlar. Mitoz mayalar gibi
canlılarda nükleus zarı parçalanmadan gerçekleşir
ve kapalı mitoz adını alır. Yüksek yapılı canlılarda
ise nükleus zarı kaybolarak açık mitoz halinde
gerçekleşir.
Mitozun temel görevi her kromozomun kopyasını
yapmak ve sonra dağıtmak olup ana hücrenin
bölünmesiyle iki yavru hücrenin her birine birbirinin
aynısı olan kromozomları vermektir. Mitotik hücre
bölünmesi tüm embriyonik dokularda vardır. Çünkü
mitoz bölünme dokuların hem oluşması hem de
devamı için zorunludur.
Hücre döngüsünde, Mitoz bölünme 20-60 dakika
arasında olmasına rağmen, DNA replikasyonu 6-9 saat
sürmektedir. Bir hücrenin iki yeni hücre oluşturması ise
ancak 24 saatte tamamlanabilmektedir. Bir hücre
bölündükten sonra interfaz evresine girer. Aslında
interfaz bir bölünme evresidir. Hücre mitoz'a başladığı
zaman her bir DNA molekülü replikasyon ile tam bir
kopyasını çıkarır. Bu kopya işlemi sonunda bir
kromozom sentromerlerinden bağlı kromatit denen iki
işlevsel dal oluşturur. Bu dallar birbirin aynısıdır. Bu
dönemde kromozomlar iyice açılmıştır ve ışık
mikroskobunda yalnızca kromatin parçacıkları olarak
gözükür ve hücre mitoz bölünmeye hazırlanmaktadır.
Hücre Döngüsü
İnterfaz evresini tamamlayan bir hücre
ökaryotlarda yaklaşık 1 saat olan mitoza girebilir.
Mitoz esnasında kromozomlar belirginleşerek
nükleer zarf yırtılır. Mitotik ipliği oluşturmak üzere
hücre iskeleti harekete geçer. Hayvan hücrelerinde
sentriollerden bitki hücrelerinde ise polar kep’den
(mikrotübül organizasyon merkezi) iğ iplikleri
oluşmaya başlar.
Mitoz: Profaz, Metafaz, Anafaz ve Telofaz
evrelerinden oluşur
Profaz:
Kromatin ağı kıvrılarak kangallaşır, kalınlaşır ve
proteinin matriks içine emilmesi sonucu ışık
mikroskobunda görülmeye başlar. Çekirdek zarı
ve çekirdekçik kaybolur. Profazın sonuna doğru
birbirlerine sentromerlerinden (kinetokoru
oluşturacak olan proteinlerin bağlandığı DNA
dizisi) tutulu vaziyette yavru kromatitler görülmeye
başlar. Sentromer üzerindeki kinetokor; iğ
ipliklerinin (kinetokor mikrotübüllerin) bağlanma
yeridir.
Her kromatit hücre döngüsünün S fazında
kopyası çıkarılan bir DNA’dan ibarettir. Hayvan
hücrelerinde mikrotübül organizasyon
merkezinin içerisinde bulunan sentrioller ikiye
bölünerek hücrenin iki kutbuna çekilmeye
başlar. Bu arada sentrioller arasındaki
mikrotübüllere iğ (mekik) iplikleri, kutuplara
uzanan mikrotübüllere de astral iplikleri denir. İğ
ipliklerinden kinetokora bağlananlara kinetokor
veya sentromerik, arada boşta olanlara da polar
iplikler denir.
Profaz; nukleus zarı kaybolduğu an biter ve
metafaz başlar.
Metafaz:
Sentrozomlar iki kutba tam olarak yerleşir.
Aralarında iğ iplikleri oluşur. Kromozomların boyları
tam olarak kısalır ve sentromerlerindeki kinetokor
proteinlere bağlı iğ ipliklerine tutunarak kutuplara
çekilmeye başlarlar ancak hala kromozomlar
kollarından birbirlerine bağlı gergin vaziyettedirler.
Bu şekilde ekvatorial düzlemde yerleşmişlerdir. Bu
halindeki yapıya metafaz plağı da denir.
Anafaz:
Anafaz başladığında kardeş kromatitler
birbirinden ayrılırlar ve kutuplara çekilmeye
başlarlar. Bu ayrılmadan sonra kardeş kromatitler
artık kromozom olarak ifade edilirler. Kromozomlar
sentromerlerine iğ iplikleri ile tutulup kutuplara
çekildiği için sentromer önde kromozomların
kolları geride bir "V" harfi gibi gözükürler. Anafaz
sonunda kromozomlar kutuplara tamamen
çekilirler.
Telofaz:
Bu evrede olaylar profazın tamamen tersi
yönündedir. Kromozomlar yavaş yavaş
çözünür ve kromatin iplikleri haline dönüşür.
Nukleus zarı ve nukleolus yeniden oluşur.
Sitokinezis:
Bu evre genelde anafazın sonuna doğru
başlar. Çekirdek ve sitoplazma bölünmesini
uyum içinde götüren MPF’ün inaktivasyonu
ile sitokinezis gerçekleşir. Sitokinezis
hayvan hücrelerinde plazma zarının hemen
altındaki aktin ve miyozin II mikrofilamentler
tarafından oluşturulan kontraktil halka ile
gerçekleşir. Bu flamentlerin kasılması ile
ekvatoriyel düzlemde halka oluşur ve
bölünerek iki yeni hücre oluşur.
Bitki hücrelerinde ise plazma zarını
oluşturacak olan golgi vezikülleri
telofaz evresinden itibaren polar
mikrotübüllerle hücrenin ortasına
taşınırlar. Burada veziküller
kaynaşarak hücre plağını oluşturur.
Plak içeriden dışarıya doğru uzayarak
ortada hücre duvarı iki yanında plazma
zarı oluşacak şekilde gelişerek iki
yavru hücreyi birbirinden ayırır.
Böylece birbiri ile aynı genetik yapıya
sahip iki yeni hücre oluşur.
Mitozda MPF’ün Görevleri
Mitoz bölünme ile hücrede birtakım olaylar
başlar ve biter. Bu olaylar MPF’ün
aktivasyonu ile başlar. MPF sadece hücrenin
mitoza girmesini değil aynı zamanda bölünme
anında diğer yapısal proteinleri aktive ederek
nükleer ve sitoplazmik değişimleri de başlatır.
MPF’ün mitozdaki rolünü 4 grupta
toplayabiliriz.
MPF (Mitoz Başlatıcı Faktör)
1.Kromatin Yoğunlaşması
 Bölünme anında kromatin halindeki DNA yoğunlaşarak
kromozom haline gelir. Aksi halde iğ iplikleri ile dağılım
düzenli olmaz.
 Metafaz kromozom interfazdaki kromatinin 1000 kez
katlanarak oluşturduğu yapıdır.
 Bu katlanma kondensin proteini ile sağlanır ve
transkripsiyon durur. Hücre mitoza girince kondensin Cdk 1
tarafından fosforlanarak DNA’yı sarar ve kompakt haline
çevirir. Ayrıca histonlarında fosforlanması bu olaya
yardımcı olur.
 Kohezin proteini ise kromatin yoğunlaşması esnasında
kardeş kromatitlerin arasını doldurarak kromatitlerin
birbirine yapışmasını engeller. Kohezinler profazın sonuna
doğru kromatitlerin uçlarından sentromere doğru çekilerek
kromatitlerin yoğunlaşmasına engel olmaz.
2. Nukleer Zarfın Yıkımı
 Profazda nukleer zarfın dağılması mitoz için
önemlidir. Dağılma iç zarın üzerinde bulunan
A,B,C laminlerin MPF kompleksinde bulunan
Cdk 1 tarafından fosforlanması ile olur.
Fosforlanan lamin tabakası lamin dimerlerine
ayrılarak dağılır. Fosforilasyon ile zar proteinleri
ve por kompleksi parçalanır. Zar küçük
veziküllere bölünür. Lamin B veziküllere bağlı
kalırken, Lamin A ve C sitoplazmada serbest
kalır. Nükleer zarf telofazda veziküllerin yeniden
birleşmesi ile oluşmaya başlar, bu oluşuma
ER’dan yeniden sentezde katılır.
3. ER ve Golgi Cisminin Düzenlenmesi
Endoplazmik retikulum ve golgi cismi de
hücre bölünmesi esnasında MPF’ün etkisi
ile küçük veziküllere ayrıldığı ve oluşan yeni
hücrelere eşitçe dağıldıktan sonra
sitokinezden sonra yeni hücrelerde yeniden
oluştuğu düşünülmektedir. Ancak moleküler
mekanizma tam olarak bilinmemektedir.
4. Hücre İskeletinin Düzenlenmesi ve
Mitotik iğ İpliği Oluşumu
 Hücre bölünmesi başlayınca mikrotübüllerle ilişkili
proteinlerin MPF tarafından fosforlanması ile hücre
iskeletini oluşturan mikrotübüller hızla çöker.
 Buna ilaveten sentrozomlar arasında çok sayıda
daha kalın ve kısa yeni mikrotübüller oluşur.
Çekirdek zarının kaybolması ile oluşan bazı
mikrotübüller (kinetokor mikrotübüller)
kinetokorlara tutunur.
 Mikrotübüllerin sentrozoma bağlı uçları negatif,
serbest uçları ise pozitif yüklüdür.
 Kromozomların kutuplara çekilmesi negatif yönlü
motor proteinler (dynein) sayesinde olur. Bu
çekilmeye mikrutübülleri oluşturan alt birimlerin
fosforlanarak dağılması ile gerçekleşir.
 Hücrenin sabit kalmasını ve uzamasını ise polar
mikrotübüllerin pozitif yüklü olması nedeniyle
karşılıklı birbirini iten ve kinezin ailesinin pozitif
yöne hareket edebilen ve sentrozomların
kutuplarda kalmasını sağlayan proteinlerle olur.
Sentrozomların ayrıca sabit kalmasını sağlayan
ikinci olay astral mikrotübüllerle zara doğru
çekilmesi ile olur.
5. MPF Kompleksinin İnaktivasyonu
Hücre bölünmesi metafazdan anafaza
geçiş ile devam eder ve tamamlanır. Ancak
anafazdan telofaza geçişte ubiquitin
proteolizis sistemi uyarılarak siklin-B
parçalanır. Cdk 1 inaktif hale gelince
mitozun başlangıcında fosforile olan
proteinler defosforile olur. Hücre bölünmesi
tamamlanarak interfaz evresine yeniden
girer.
İnsan vücudunda mitotik bölünme sıklığı
Embriyonik dönemde hızla artan mitotik bölünme
gelişimin ileriki evrelerinde bazı hücrelerde değişir.
Hücrelerin çoğu Go evresine girerek hücre bölünmesi
durur. İnsan vücudunda yaklaşık 200 farklı hücre vardır. Bu
hücreler üç ana gruba ayrılır.
 Bölünmeyi tamamlamış mitoz bölünme geçirmeyen
hücreler. Bu hücreler yaşam boyu kullanılır. Ör. Kalp kası
hücreleri, nöron hücreleri gibi.
 Hücrelerin bir kısmı Go evresinde beklerler. Bir sinyal
geldiği zaman bölünürler. Ör. Bağ dokusu hücreleri,
karaciğer, pankreas, akciğer, böbrek, düz kas, damar
endotel hücreleri gibi.
 Bazı hücreler ise sürekli bölünür. Bunlar deri ve barsak
epitel hücreleri, kemik iliği hücreleridir. Bu gruptaki hücreler
farklılaştığı için kendileri bölünemezler. Bunlardan deri ve
barsak kök hücrelerinden, kan hücreleri kemik iliği kök
hücrelerinden yeniden oluşturulurlar.