hÜcre, hÜcre organellerİ,nÜkleus - gantep.edu.trgorucu/documents/dis-106-1.pdf · hücre...
TRANSCRIPT
AMAÇ
ÖĞRENCILER BU DERSIN SONUNDA,
HÜCREYI, HÜCRE ORGANELLERININ
YAPı VE IŞLEVLERINI
TANıMLAYABILECEK, HÜCRE TIPLERININ
ÖZELLIKLERINI VE ARASıNDAKI
FARKLARı IFADE EDEBILECEKLERDIR.
2
ÖĞRENIM HEDEFLERI
ÖĞRENCILER BU DERSIN SONUNDA;
HÜCREYI TANıMLAYABILECEK,
PROKARYOTIK VE ÖKARYOTIK
HÜCRE ARASıNDAKI BENZERLIK VE
FARKLıLıKLARı SAYABILECEK,
BITKI VE HAYVAN HÜCRELERI
ARASıNDAKI FARKLARı
ÖZETLEYEBILECEK,
SITOPLAZMANıN IÇERIĞINI
SAYABILECEK, 3
ÖĞRENIM HEDEFLERI
SITOPLAZMADA BULUNAN TÜM
ORGANELLERIN YAPı VE
IŞLEVLERINI AÇıKLAYABILECEK,
HÜCRE ORGANELLERI ILE ILIŞKILI
HASTALıKLARıN OLDUĞUNU IFADE
EDEBILECEK,
NÜKLEUS VE NÜKLEOLUSUN
YAPıSıNı AÇıKLAYABILECEK, YAPı-
IŞLEV ILIŞKISINI
DEĞERLENDIREBILECEKLERDIR 4
CANLıLıĞıN ORTAYA ÇıKıŞı
• Yerkürenin serbest oksijen içermediği, esas
olarak
• CO2 ve N2 den ibaret olduğu
• Daha az miktarlarda H2, H2S ve CO gibi
gazları içerdiği düşünülmektedir.
• Böyle bir atmosfer, güneş ışını veya elektrik
boşalması gibi bir enerji verildiğinde, organik
moleküllerin kendiliğinden oluşabildiği,
redükleyici (bir atomun elektron almasını
sağlayan kimyasal tepkime) bir ortam sağlar.
5
• Organik moleküllerin kendiliğinden
oluşumları, deneysel olarak ilk kez
1950'lerde, Stanley Miller'ın su varlığında,
CH4, CO ve NH3’den oluşan bir karışıma
elektriksel kıvılcımlar göndererek, bazı
amino asidler de dahil çeşitli organik
moleküllerin oluştuğunu göstermesiyle
kanıtlanmıştır. Her ne kadar, Miller'ın
deneyleri ilkel yerküre şartlarını tam
olarak karşılamıyorsa da, ilk canlı
organizmaların ortaya çıkışına temel
materyal sağlayan organik moleküllerin
kendiliğinden sentezlendiğine
inanılabileceğini açıkça ortaya koymuştur.
6
HÜCRELERIN KÖKENI
• Şimdiki zaman
• Çok Hücreli
organizmalar
• İlk ökaryotlar
• Oksidatif metabolizma
• Fotosentez
• İlk hücreler
• Yerkürenin oluşumu
7
TÜM CANLıLAR VE CANSıZLAR;
PROTON, NÖTRON VE
ELEKTRONLARDAN OLUŞUR
Organ sistemleri Çok hücreli organizma Populasyon (tür) Komünite (iki veya daha fazla
türe ait popülasyonun aynı bölgede yaşamasıdır)
Ekosistem Biyosfer
Atom
parçaları
Atom
Molekül
Organel
Hücre
Doku
Organ
8
CANLıLıĞıN ORTAK ÖZELLIKLERI
• Büyüme ve gelişme
• Hareket ve irkilme
• Homeostazis
• Üreme
• Mutasyon, adaptasyon ve evrimleşme
10
• Günümüz hücreleri ortak bir prokaryotik atadan ;
• Arkeabakteriler
• Gerçek bakteriler (Eubacteria)
• Ökaryotlar
olmak üzere üç koldan meydana gelir.
• Mitokondri ve kloroplastlar sırasıyla;
• aerobik bakterilerin (purple bk) ve
• siyanobakterilerin
ökaryotların atalarıyla endosimbiyotik ilişkisiyle
ortaya çıkmışlardır.
12
İLK HÜCRE
İlk hücrenin, kendini eşleyebilen RNA molekülünün
fosfolipidlerden oluşan bir zarla kuşatılmasıyla ortaya
çıktığı varsayılmaktadır.
13
• Kendini eşleyen RNA molekülünün ilişkili diğer
moleküllerle birlikte fosfolipid zar içine alınması,
• Çoğalabilen ve daha ileri evrimleşebilen bir birim olarak
korunmalarını sağlamıştır.
• Aynı zamanda RNA yönetimli protein sentezinin de bu
şekilde gelişmiş olduğu
• ilk hücrenin RNA ve onun kodladığı proteinlerden
oluştuğu söylenebilir.
14
GÜNÜMÜZ PROKARYOTLARı
Çeşitli bakteri tiplerini kapsar ve başlıca iki
gruba ayrılır.
◦ Arkeabakteriler
Alışmadık ortamlarda yaşarlar.
Ör: termoasidofiller, Ph=2 ve 80 °C sıcak,
sülfür kaynaklarında yaşarlar. Işık enerjisi
olmadan organik madde (glikoz) üretirler.
◦ Öbakteriler
Günümüz genel bakteri formlarını kapsar,
büyük bir canlı grubu olup toprak, su ve diğer
canlılar gibi çok geniş alanlarda yaşarlar.
15
ÇOK HÜCRELI ORGANIZMALARıN GELIŞIMI
• Ökaryotların çoğu, bakteriler gibi kendini eşleme yeteneğindeki tek bir hücreden oluşan tek hücreli organizmalardır.
• En basit ökaryotlar mayalardır.
Bunlar bakterilerden daha karmaşık ancak hayvan ve bitki hücrelerinden küçük ve basittirler.
16
• Tek hücreli ökaryotların çok hücreliler gibi karmaşık yapılı olanları vardır.
• Ör; amip ve yeşil algler
• Çok hücreli organizmalar ~ 1.7 milyar yıl önce tek hücreli ökaryotlardan oluşmuşlardır.
• Ör. Alg hücreleri biraraya gelerek koloni oluşturmuşlardır (Volvox).
• Giderek artan hücre özelleşmeleri, koloniden çok hücreliliğe geçişi sağlamıştır.
ÇOK HÜCRELI ORGANIZMALARıN GELIŞIMI
17
PROKARYOT-ÖKARYOT
• Prokaryotik hücreler; basit yapılıdır, tek bir hücre veya koloni şeklindedirler,
• Arkeabakteri
• Öbakteri olarak sınıflandırılırlar
• Ökaryotik hücreler; kendi membranları bulunan organellere sahiptir.
• Amipler ve mantarlar gibi tek hücreli ökaryotlar
• Bitkiler ve hayvanlar gibi çok hücreli formda da olabilmektedir.
20
PROKARYOT VE ÖKARYOT
HÜCRELER
Özellik Prokaryot Ökaryot
Nükleus yok var
Hücre çapı ~1µm 10-100 µm
Hücre iskeleti yok var
Organeller yok var
DNA içeriği 1x106 - 5x106 1.5x107 – 5x109
Kromozom Tek, çembersel Çok sayıda,
doğrusal 21
HÜCRELERIN GENEL ÖZELLIKLERI
• Hücrenin şekli
• Hücrenin büyüklüğü
• Hücre sayısı, yoğunluğu, rengi
22
HÜCRENIN ŞEKLI
• Yaptığı işe ve bulunduğu yere göre değişir.
• Hücrenin yapı ve fonksiyonu arasında sıkı bir
ilişki vardır.
• Hücrelerin şekilleri görevleri esnasında
değişebilir.
• Ör; Salgı hücreleri salgı yaparken şekilleri
değişebilir. Sıvı ortamda bulunan lökosit hücreleri
dokular içine geçerken uzantılar yaparlar.
23
HÜCRENIN BÜYÜKLÜĞÜ
• Hücreler değişik boyutlarda olabilirler.
Ör; insan ovum hücresi 200 mikron çapında
beyin hücrelerinin en küçüğü 4-5 mikron
eritrositler 7.5 mikron
• Hücre büyüklüğü vücut büyüklüğü ile ilişkili değildir.
24
HÜCRE SAYıSı, YOĞUNLUĞU,
RENGI
• Yetişkin bir insanda hücre sayısı vücut
büyüklüğüne göre değişir. Kan hücreleri hariç bir
insanda ortalama 1013-1014 hücre bulunur.
• Tüm omurgalı hayvanlarda ve insanda bazı
organların (merkezi sinir sistemi, retina, lens
kristali gibi), hücre sayısı sabittir sonradan
çoğalmaz.
25
HÜCRE SAYıSı,
YOĞUNLUĞU, RENGI
Hücreler çoğunlukla renksizdir, fakat
sitoplazmalarındaki pigment çeşidine (melanin,
hemoglobin) göre değişik renklerde görülebilir.
Hücrelerin yoğunluğu da fonksiyonuna bağlı
olarak değişmektedir. Sert ya da yumuşak
olabilmektedir.
26
HAYVAN VE BITKI HÜCRELERI
Hayvan hücresi
1-Hücre duvarı bulunmaz.
2-Sentriol bulunur.
3-Kloroplast, lökoplast,
kromoplast bulunmaz.
4-Kofullar küçüktür.
5-Glikojen bulunur.
6-Hücreler bağımsızdır.
(Doku sıvısı)
Bitki hücresi
1-Hücre duvarı bulunur.
2-Sentriol bulunmaz.
3-Kloroplast, lökoplast,
kromoplast bulunur.
4-Kofullar büyüktür.
5-Nişasta ve selüloz bulunur.
6-Hücreler sürekli birbirine
hücre duvarı ile bağlıdır 27
SİTOPLAZMA
• Sitozol
- İyonlar
- Karbohidratlar
- Proteinler
- RNA’nın büyük bir kısmı
• Organeller
• Çekirdek (Nukleus)
31
Elemanlar Total hücre volümü(%)
Hücredeki sayı
Sitozol 54 1
Mitokondri 22 1700
RER (Granüllü ER) 9 1
Düz ER+golgi 6 1
Nukleus 6 1
Peroksizom 1 400
Lizozom 1 200-400
32
SITOZOL IÇERIĞI
• Proteinler
* Enzimatik reaksiyonlar
* Sinyal iletimi
* Glikoliz
* Reseptörler
* Transkripsiyon faktörleri
* Ribozomla
* iskelet proteinleri
• Hücre içinde sentezlenen proteinlerin
%50 si sitozolde kalan proteinlerdir
33
SITOZOLDE GERÇEKLEŞEN
METABOLIK İŞLEVLER
• Karbohidrat metabolizması;
• Glikoliz
• pentoz fosfat yolu
• glikojen sentezi ve parçalanması
34
SITOZOLDE GERÇEKLEŞEN
METABOLIK İŞLEVLER
• Amino asit metabolizması;
• Oksidatif deaminasyon
• Dekarboksilasyon
• Transaminasyon
• Üre ve amino asit sentez basamakları
• Amino asitlerin tRNA moleküllerine
bağlanması
35
• Yağ asitleri metabolizması;
• Yağ asitlerinin taşınması
• Karnitin türevlerinin oluşumu ve de novo sentezleri
• Nükleotid metabolizması;
• Pürin ve pirimidin sentezinin bazı basamakları
SITOZOLDE GERÇEKLEŞEN METABOLIK
OLAYLAR
36
SITOZOLDE 2 TIP DEPO BULUNUR
Glikojen (glukoz deposu)
* Yetişkinde 1 günlük enerji gereksinimi
* Sitozolde yuvarlak tanecikler şeklinde
Trigliseridler (lipid damlacıkları)
* Sitozolde lipid damlacıkları
* Adipositlerde lipid damlacıkları, lipid vakuolleri
37
SITOZOL
• Hücre yapısının devamlılığı
• Hücre kıvamı
• Organellerin sitozolde asılı kalmasının sağlanması
• Yaşam için gerekli kimyasal maddelerin depolanması
• Yaşamsal metabolik reaksiyonların gerçekleşmesi
• Anaerobik Glikolizis,
• Protein Sentezi
38
NÜKLEUS
• Nukleus zarı çift katlı
• Nuklear porlar Nukleus trafiği
• Nukleolus RNA üretimi
• Nüklear materyal Genetik bilgi akışı
39
• Nükleus ökaryot hücreleri prokaryotlardan ayıran
temel özelliktir.
• Nükleusu olmayan canlılarda genetik materyal (DNA)
sitoplazmada dağılmış olarak bulunur.
• Nükleus hücrenin bütün yaşamsal faaliyetlerini
yöneten merkez ve genetik maddenin (DNA)
koruyucusudur.
• DNA eşlenmesi, RNA sentezi ve işlenmesi nükleusta
geçer.
41
NÜKLEER ZARF • Nükleus zarfı
• iki nükleus zarı
• nükleer lamina
• nükleer por komplekslerinden oluşan
karmaşık bir yapıdır
• Nükleus
• İç nükleer zar
• dış nükleer zar olarak adlandırılan ortak
merkezli iki zar sistemiyle kuşatılmaktadır.
43
• Dış nükleus zarı endoplazmik retikulum zarıyla
devam eder, bu da nükleus iç ve dış zarları
arasındaki alanın, endoplazmik retikulum
lümeniyle doğrudan ilişkisini sağlamaktadır.
• İç nükleus zarı nükleusa özel proteinler taşır
NÜKLEAR ZAR
44
Nükleus zarfının şeması. İç çekirdek zarı, kromatinin
bağlanma bölgelerini oluşturan nükleer lamina ile
kaplıdır. 45
Dış nükleus zarının endoplazmik retikulumla devam ettiğinin
görüldüğü bir elektron mikroskop görüntüsü 46
NÜKLEUS ZARFı
• En önemli özelliği seçilmiş proteinlerin genetik
materyale ulaşmalarını kontrol ederek, gen
ifadesinin transkripsiyon düzeyinde kontrolü için
ilave bir basamak sağlamaktadır.
• Diğer hücresel zarlar gibi çift tabakalı fosfolipid
yapısında olup, sadece polar olmayan küçük
moleküller için geçirgendir.
47
NÜKLEAR POR KOMPLEKSLERI
• Küçük polar moleküllerin
• iyonların
• makromoleküllerin (proteinler, RNA’lar)
nükleus ile sitoplazma arasında taşınmalarının
gerçekleştiği kanallardır.
• 120 nm çapında, ribozom büyüklüğünün 30 katı
kadar büyüklükte yapılardır
• Ökaryotik hücrelerin fizyolojilerinin
düzenlenmesinde önemlidir. 48
NÜKLEER PORLAR
• Protein ve RNA’ların nükleer por
komplekslerinden seçilmiş taşınımı;
• nükleusun iç yapısının oluşmasında
• ökaryotik gen ekspresyonunun kontrolünde
esastır.
50
NÜKLEER PORLAR
• Moleküler ağırlıkları 20 kD’un altında olan moleküller nükleer porlardan pasif difüzyon ile geçerler
• Büyük moleküller ise özgün olarak tanınıp, seçilerek aktif olarak geçiş yaparlar
• Sitoplazmada sentezlenip nükleusta görev yapan proteinler nükleer yerleşim sinyali adı verilen amino asit dizileri taşırlar ve bu sayede nükleusu hedefleyerek geçerler.
51
NÜKLEAR LAMINA
Nüklear lamina, nükleusa yapısal destek sağlayan
ipliksi bir örgüdür.
Lamin adı verilen proteinlerden oluşur
Lamin A
Lamin B1
Lamin B2
lamin C
53
NÜKLEAR LAMINA
Lamin proteinleri iki alfa heliks yapılı
bölgelerinden birbirlerine bağlanarak üst üste
kıvrımlar oluşturmak suretiyle dimerler
meydana gelir
Dimerler biraraya gelerek laminayı oluşturur.
Laminler aynı zamanda nükleer iç zardaki
proteinlere bağlanırlar
54
NÜKLEAR LAMINA
Laminler kromatin iplikciğinin tutunma
bölgelerini oluşturur
Lamin organizasyonu
DNA replikasyonu için şarttır
transkripsiyonun düzenlenmesinde rol
almaktadır.
56
NÜKLEAR LAMINA
HASTALıKLARı
• Lamin proteinlerinde ve lamine bağlanan proteinleri
kodlayan genlerdeki mutasyonlar sonucunda kalıtsal
hastalıklar ortaya çıkmaktadır.
• Emery-Dreifuss kas hastalığı
• Dunnigan tipi kısmi lipodistrofi
• Charcot-Marie_tooth bozukluğu
Bu mutasyonlar dokuya özgül hastalıklar oluşturmaktadır.
57
NÜKLEUSUN İÇ DÜZENI
• Nükleus, kromatinin, RNA’ların ve çekirdek
proteinlerinin serbestçe içinde hareket ettikleri
sıvı çözelti içeren bir kap değildir.
• Nükleus
• genetik materyali düzenleyen
• nükleer işlevleri düzenleyen bir yapıdır.
• İşlevleri kromatinin nükleus içerisindeki çok iyi
düzenlenmiş yapısına ve yerleşimine
dayanmaktadır. 58
NÜKLEUSUN İÇ DÜZENI
• Nükleusun temel fizyolojik fonksiyonu RNA
sentezini yönetmesidir.
• Büyüyen ve farklılaşan hücrede nükleus metabolik
aktivitenin çok yoğun olduğu bir bölgedir.
• Nükleusun sıvı kısmı nükleoplazma olarak
adlandırılır ve yoğun olarak DNA içerir.
• Nükleusun içinde nükleolus yer alır
59
NÜKLEOLUS
• Işık mikroskobunda gözlenebilir.
• Ribozomal RNA sentezini yürüten DNA kopyaları içerir.
• İnsan genomu her hücrede 5.8S, 18S, 28S rRNA genlerinin 200 kadar kopyasını içerir
• Hücrenin rRNA’sının çoğu burada sentezlenir
• Bazı ribozomal proteinler rRNA’lara burada eklenir
60
RIBOZOM
• Yapıları ribonükleoprotein;
• ribonükleik asit (RNA)
• ribozomal proteinlerden oluşur
• Küresel yapıda, iki parçalı çok küçük organellerdir.
• Zarları bulunmaz.
• Ağırlıkça 60% ribozomal RNA (rRNA) ‘dır.
62
RIBOZOM
• Prokaryotlarda
• küçük alt birim (30S); 16S rRNA ve 21 proteinden oluşur,
• büyük alt birim (50S); 23S ve 5S rRNA ile 34 proteinden oluşur
• Ökaryotlarda
• küçük alt birim (40S); 18S rRNA ile 30 proteinden oluşur,
• büyük alt birim (60S) 28S, 5.8S,ve 5S rRNA ile 45 proteinden oluşur.
64
• Çekirdekten gelen emirlere uygun olarak hücrenin
kendine özgü proteinlerinin sentezlendiği yerlerdir.
• Hücrenin protein ihtiyacına bağlı olarak sayısı
hücreden hücreye göre değişmektedir.
• Gelişmekte olan bir memeli hücresinde sayıları 10
milyonun üzerindedir.
• Salgı hücrelerinde çok sayıda bulunmaktadır.
Ribozom Fonksiyonu
65
RIBOZOMLAR
• İki çeşit ribozom vardır.
• Birincisi ER'ye bağlı olanlar,
• ikincisi de sitoplazmada serbest bulunanlar.
• Bağlı olanlar ER'de kullanılacak veya ER içinde
taşınacak olan proteini sentezler,
• Serbest olanlar sitoplazmada kullanılacak olan
proteini sentezler.
66
RIBOZOM YAPıLANMASı
• Ribozomal proteinler sitoplazmadan nükleusa
taşınırlar ve henüz işlenmemiş pre-rRNA ile
birleşirler.
• Pre-RNA işlendiğinde;
• ribozomal proteinlerin ve 5SrRNA eklenmesiyle
ribozom öncül partikülleri oluşur.
• Olgunlaşmanın son aşamasında ribozom
öncül partikülleri, 40S ve 60S ürünleri
oluşturmak üzere sitoplazmaya gönderilir.
67
ENDOPLAZMIK RETIKULUM
• Hücre zarından çekirdeklere kadar uzanan ince
borucuklar sistemidir
• Hücre içinde madde taşır
• Toplam hücre hacminin yaklaşık %10’unu temsil
eder
69
ENDOPLAZMIK RETIKULUM
• Görevi;
• Protein işlenmesi ve taşınması
• Lipid sentezi
• Kalsiyum deposu
70
YAPı VE İŞLEV
• ER yapısı ve işlevi arasında ilişki vardır. ER’da hücre
içerisinde farklı işlevlere sahip üç kesintisiz zar alanı
bulunur
• Granüllü ER
• Transisyonel ER
• Granülsüz ER
71
• Granüllü ER: Dış yüzeyi ribozomlarla kaplı,
protein işlenmesinde görevli
• Transisyonel ER: Veziküllerin golgi aygıtına
gitmek üzere ayrıldığı ER olup, protein
işlenmesinde görevli
• Düz ER: ribozomlarla ilişkisi yoktur, protein değil
lipid metabolizmasında görevlidir
YAPı VE İŞLEV
72
DÜZ ER İŞLEVI
• Lipid metabolizması burada gerçekleşir
• Kolesterolden steroid hormon sentezi
• Leydig hücrelerde testesteron sentezi
• Karaciğerde hepatosit hücrelerde lipoprotein
partiküllerinin üretimi
73
DÜZ ER İŞLEVI
• Karaciğerde detoksifikasyon
• Karaciğerde düz ER detoksifikasyon
enzimlerini içerir
• Sitokrom P450 enzim ailesi ilaç ve
metabolitleri detoksifiye ederek idrar
yolu ile atılımını sağlar
74
• Kalsiyum depolama
• Kas hücrelerinde düz ER sarkoplazmik retikulum
adını alır
• Kalsiyum depolar.
• Kalsiyum salınımı ve geri alımı kas kasılma
mekanizmasında önemli rol oynar
DÜZ ER İŞLEVI
75
• Transmembran proteinleri ve lipidler ER membranında üretilir ve bu moleküller;
• Hücre membranı
• ER membranı
• Golgi
• Lizozom
• Endozom
• Mitokondri
• Peroksizom
• Salgı veziküllerinin yapısına katılır
76
• Membrana bağlı ribozomlar ile serbest ribozomlar
arasında yapısal ve işlevsel fark yok yalnızca
sentezledikleri proteinler farklı
• Her iki tip ribozom üzerinden sentezlenen proteinlerin
hedeflenmesi
• sinyal tanıyan partikül
• sinyal tanıma reseptörü
• translokatör
işbirliği ile olur
78
• Translokatör: ER membranında proteinlerden oluşan
por yapısıdır. Bu yapıyı oluşturan proteinler korunmuş
proteinlerdir.
79
SALGı PROTEINLERININ ER’A
TRANSLASYON SıRASıNDA
HEDEFLENMESI
• 1. adım: ribozomda sinyal dizisi ortaya çıkınca sinyal tanıyan partikül (SRP) tarafından tanınır ve bağlanır.
• 2. adım: SRP, sinytal dizisini ER zarına yönlendirir ve SRP reseptörüne bağlanır
• 3. adım: SRP ayrılır, ribozom translokatöre bağlanır ve sinyal dizi zar kanalına girer
82
• 4. adım: proteine çevrim devam eder, uzayan
zincir zarın diğer tarafına aktarılır
• 5.adım: Sinyal peptidaz tarafından sinyal dizisi
kesilir, polipeptid zincirini ER lümeninden
serbestleştirir.
SALGı PROTEINLERININ ER’A
TRANSLASYON SıRASıNDA
HEDEFLENMESI
83
SENTEZ SONRASı TRANSLOKASYON
• Proteinlerin mitokondri, kloroplast ve peroksizomlara taşınması sentez bittikten sonra sitozolden olur
• ER dışında yerlere hedeflenen proteinler yine sitozolde sinyal tanıma mekanizması ile ilgili organellere gider
85
ER LÜMENINDEKI OLAYLAR
• Transloke olan proteinler ER lümeninde katlanırlar.
• Oligomerizasyon
• Disülfit bağ oluşumu
• N-ucuna oligosakkarit bağlanması
• Doğru katlanmadan ER’den çıkan proteinler
sitoplazmada parçalanır
86
ER’DA KALAN PROTEINLER
• ER’de alıkonma sinyali içeren proteinler
• bu sinyal proteinin C-ucunda 4 amino asittir
BİP (Binding Immunoglobulin Protein) şaperon protein:
• ER’de kalan önemli proteinlerdendir, ER membranının iç yüzeyinden tutunurlar, proteinlerin lümen içine alınmasına yardım eder ve doğru katlanmalarını sağlar.
87