HÜCRE FİZYOLOJİSİ

GENEL BİLGİLER

• Canlıların temel yapı ve işlevsel birimi hücredir. Bütün canlılar bir yada daha fazla hücreden meydana gelmiştir. Kalıtım materyali hücrede bulunur. Yeni hücreler var olan hücrelerin çoğalması ile oluşur.(Modern Hücre Teorisi)

• Bu teoriyi şöyle açıklayabiliriz. Canlılarda gördüğümüz her türlü yapısal ve işlevsel faaliyeti hücrede görebiliriz. Yani bir hücre büyüme, boşaltım, üreme, hareket vs. gibi canlılığa özel işlevleri tek başına yerine getirebilir.

• Bütün canlılar hücrelerin bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Tek bir hücreden meydana gelen amip,terliksi hayvan ve milyarlarca hücreden meydana gelen insan. Canlılığın en büyük özelliklerinden birisi hücresel yapıya sahip olmalarıdır. Her türlü özelliğimizin oluşmasını sağlayan kromozomlar hücrede bulunur.

• Hücreler yaşayan organizmaların yapısal ve fonksiyonel birimleridir. Hücreler küçük fakat kompleks yapılardır.

Hücre Tipleri

Karyot=nükleus, Pro=ilkel, Eu=gerçek anlamına gelmektedir

• Prokaryotik hücre tipi

• Eukaryotik (Ökaryotik) hücre tipi

CANLILAR ALEMİ

MONERA ALEMİ

(Bakteriler ve Mavi-yeşil alg)

PROTİSTA ALEMİ

(Öglena, terliksihayvan, amip)

MANTARLAR ALEMİ

BİTKİLERALEMİ

HAYVANLARALEMİ

ProkaryotikHücreler

Tek hücreli ÖkaryotikHücreler

Çok hücreli Ökaryotik Hücreler

Prokaryotik Hücreler

• Bakteriler ve mavi-yeşil alglerde bulunur

• Ökaryotik hücrelerden daha küçükler

• Ökaryotlardan daha az kompleks

• Çekirdek zarı ve belli bir çekirdek bölgesi yoktur

• DNA (genetik materyal) hücrenin merkezinde ve halkasal yapıdadır

Bakterilerde Hücre Yapısı

• Stoplazma : Ribozom, diğer hücre içi organeller, vakuol• Hücre Membranı• Çekirdek Materyali• Plazmid• Hücre Duvarı• Hücre dışı madde ve organeller: Kapsül, Flagella, Pilus, Pigment• Spor (Endospor)

Ökaryotik hücreler

• Bakteri ve mavi-yeşil alglerin dışındaki canlılarda bulunur

• Zarla çevrili hücresel yapılar mevcuttur (mitokondri, ER, golgi, lizozom gibi)

• Genetik materyal çekirdek zarı ile çevrili olan hücre çekirdeğinin içinde bulunur.

ÖZELLİKLER PROKARYOT ÖKARYOT

ÇEKİRDEK ZARI YOK VAR

ÇEKİRDEKCİK YOK VAR

HİSTONE PROTEİNLERİ YOK VAR

DNA İÇERİĞİ KÜÇÜK BÜYÜK

İNTRONLAR YOK VAR

BÜYÜKLÜK KÜÇÜK BÜYÜK

HÜCRENİN ÖZELLİKLERİ

Fonksiyonel Özellikleri• Hücreler ortamdan ham materyali alırlar. • Enerji üretirler: Bu enerji iç ortam dengesini

sağlamak, ve sentez reaksiyonlarını yürütmek için gereklidir.

• Kendi moleküllerini sentez ederler. • Organize bir şekilde büyürler. • Çevreden gelen uyarılara cevap verirler. • Çoğalırlar (bazı istisnalar haricinde).

HÜCRENİN ÖZELLİKLERİ

Yapısal Özellikleri• Kalıtsal bilgiler DNA içinde saklanır. • Genetik kod temelde aynıdır. • Bilgi DNA dan proteinlere RNA aracılığı ile

geçer. • Proteinler ribozomlar tarafından yapılır. • Proteinler hücrenin fonksiyon ve yapısını

düzenlerler. • Bütün hücreler seçici geçirgen bir zar olan

plazma membranı ile çevrilmiştir.

Hücrelerde Şekil ve Büyüklük

• Hücreler, dokudan dokuya ve yaptıkları işe göre şekil ve yapı bakımından birbirlerinden farklıdır.

• Örneğin bakteriler, yuvarlak, çomak, virgül gibi şekillerdedir. Bitki hücreleri dikdörtgendir. Hayvalarda kas hücreleri ince, uzun iken, epitel hücreleri yassı, kübik veya prizmatik olabilmektedir.

• Hayvan hücreleri 10-20 mikron büyüklüğünde olurken, bitki hücrelerinin büyüklüğü 20-50 mikron arasında değişmektedir. Bakteriler ise 2-5 mikron büyüklüğündedir.

Hücrenin Genel Yapısı

Hücre Zarı• Hücreyi dış ortamdan ayıran ve şeklini belirleyen, madde giriş çıkışını sağlayan özelliğe sahiptir.• % 65 Protein• % 33 Lipid• % 2 Karbonhidrat• Hücre zarı üzerinde iyon ve molekül pompaları bulunur.Bu pompalar hücrenin dışındaki bir çok maddeyi

hücre içine transfer etmekle görevlidir.Bazı özelleşmiş proteinler ise zara homojen bir şekilde dağılarak çeşitli fonksiyonlar üstlenmiştir.

• Hücre zarının seçici geçirgen özelliği vardır• Hücre zarının yapısı için “akıcı mozaik zar modeli” geçerlidir.Bu modele göre zar proteinleri dağınık

haldedir ve tek tek proteinler çift katlı fosfolipit tabakaya gömülüdür.

Hücre zarından transfer edilen madde tipleri

• Water soluble: suda çözünen• Hydrophilic: Hidrofilik (suyu seven)• Oil Soluble: Yağda çözünen• Hydrophobic: Hidrofobik (sudan kaçan)

• Hücre zarından küçük moleküller büyük moleküllere göre

• Yüksüz atomlar iyonlara göre

• Yağda eriyebilenler eriyemeyenlere göre daha kolay geçer

• Alkol, eter.. Çözücüler..

Hücre Zarından Madde Transfer tipleri

• Pasif taşıma (Difüzyon, osmoz)• Aktif transport• Endositoz (fagositoz ve pinositoz)• Ekzositoz

Pasif Taşıma (Difüzyon, osmoz)

• Enerjiye gereksinim duyulmaz

• Maddeler çok yoğun ortamdan az yoğun ortama taşınır (Maddelerin bu şekilde geçişine difüzyon denir)

• Osmoz: Suyun difüzyonuna verilen özel bir addır.

Kolaylaştırılmış difüzyon

• Hücre zarının dışa bakan proteinleri bazı maddelerle uyum yaparak onların hücre içerisine daha kolay girmesini sağlar.

Kolaylaştırılmış difüzyon bir taşıyıcı aracılığı ile gerçekleşir: (1) Taşınacak madde taşıyıcı proteine bağlanınca, taşıyıcı proteinde şekil değişikliği olur ve içte kapalı olan hücre kanalının ucu açılır. (2) Molekül buradan içeri girmeye başlar. (3) Proteine zayıf bağlandığı için hücre içine yakın bir yere geldiğinde, ısıdan kaynaklanan hareketle protein, molekülden ayrılır ve molekül hücre içine girer.

Aktif Transport

• Enerji gereksimi vardır ve ATP kullanılır.• Maddeler az yoğun ortamdan çok yoğun ortama

taşınır. • Glukoz suda çözünür, fakat transfer için enerji

gereklidir. • İyonlar (potasyum K+, sodyum Na+, calsiyum

Ca2+) difüzyonla taşınabileceği gibi iyon transport enzimleri aracılığı ile enerji harcanarak da taşınabilir.İyon kanallarına örnekler: Kas hücrelerindeki kalsiyum kanalları, sinir hücrelerindeki sodyum potasyum kanalları.

Endositoz (fagositoz ve pinositoz)

• Endositoz: Büyük miktardaki maddelerin hücre içine alınması (örneğin bakteri) Endositoz iki tiptir:

• Fagositoz (örneğin, akyuvarların bakterileri hücre içine alması)

• Pinositoz (örneğin insan yumurtasının yağ gibi besin maddesini damlacık formunda hücre içine alması)

Ekzositoz

• Ekzositoz: Hücrelerin dışına büyük miktarlardaki maddelerin taşınması (örneğin süt bezlerinden süt).

Karşılaştırma

Difüzyon Osmoz Aktif Transport

Gazların ve çözülebilen maddelerin çok yoğun ortamdan az yoğun ortama taşınması

Suyun yarı geçirgen zardan çok yoğun ortamdan az yoğun ortama taşınması

Maddelerin enerji kullanılarak hücre zarından az yoğun ortamdan çok yoğun ortama taşınması

Sıvılar ve gazlar Su İyonlar, glukoz, sukroz, aminoasit

Gazlar hızlı, solusyonlar daha yavaş taşınır

Yavaş taşınır Hızlı taşınır

Enerji gerekmez Enerji gerekmez ATP enerjisi gerekir

• http://www.lionden.com/cell_animations.htm• http://faculty.ccri.edu/kamontgomery/physiology

%20cell.htm• http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ch

p00/00020.html• http://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/007

2437316/120060/ravenanimation.html• http://highered.mcgraw-hill.com/sites/007249585

5/student_view0/chapter2/animation__mitosis_and_cytokinesis.html

Sitoplazma ve Organeller

• Hücre zarı ile çekirdek arasını dolduran yumurta akı kıvamındaki sıvıdır.

• Sitoplazma daima hareket halindedir.

• İçerisinde bol miktarda su, inorganik maddeler, organik maddeler ve hücre organelleri vardır.

• % 60-90 su, tohumlarda su oranı % 5..

Hücre Organelleri

• Hücreler ışık mikroskobu ile incelendiği zaman, sitoplazma ve çekirdek adı verilen iki bölümden oluştuğu görülür. Ancak daha büyük büyütme sağlayan elektron mikroskobuyla yapılan incelemeler, hücrenin bir takım alt birimlerden, hücre organellerinden oluştuğunu ortaya koymuştur. Hücre şunlardan oluşmuştur.

R İB O Z O M

L İZ O Z O M

G O L G İ A Y G ITI

M İTO K O N D R İ

E N D O P L A Z M İK R E TİK U L U M

S E N TR O Z O M

Ribozom

Ribozomlar proteinlerin sentez edildikleri yerdir. Protein sentezi için gerekli bilgi DNA dadır, bu bilgi RNA ya transfer edilir, ve ribozomlarda RNA daki bu bilgiyle protein yapılır. Bir hücre için protein sentezi çok önemlidir, bu yüzden de hücrede binlerce ribozom bulunur. Ribozomlar ya sitoplazmada serbestçe yüzerler ya da endoplazmik retikuluma bağlı olarak bulunur. Ribozomların membranı yoktur. Protein sentezlemedikleri zaman 2 alt gurup halinde bulunurlar. Alt guruplar ribozomal RNA (rRNA) ve ribozomal proteinlerden oluşur.

LizozomLizozomlar 0,2 ila 2 m m çapında organellerdir. Hücreiçi sindirimi sağlamak üzere yaklaşık 40 civarında enzim içerirler. Lizozom membranı lizozomun hücreyi tümüyle sindirmesini önler. Bu enzimler için optimal pH 5 civarıdır. Lizozomlarda ATP hidrolizi ile çalışan H+ pompası vardır. Bu sayede lizozomun pH I düşük.

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0072437316/120060/ravenanimation.html

tutularak enzimlerin etkin hale geçmesi önlenir.

Golgi Aygıtı• Golgi kompleksi hem yapı hem de fonksiyon

yönünden endoplazmik retikulum ile yakından ilişkilidir. Bu organel birbirine paralel bir dizi membranöz kanaldan oluşur ve salgı yapan hücrelerde iyi gelişmiştir. Golgi kompleksinin fonksiyonu endoplazmik retikulumda sentezlenen maddelere son şeklini vermek ve bu maddeleri bir membranla çevrelemektir. Ayrıca hücre zarının yenilenmesi ve yüzeyinin genişletilmesi görevini de üstlenir.

• Uzun zaman, pek önemli bir organel olmadığı gerekçesiyle, dikkate alınmayan GA, son zamanlarda hücre zannın özgüllüğünü saptamada önemli görev almaşı nedeniyle, dikkatleri üzerine çekti. Çünkü hücre zannın özgüllüğü karbonhidratlarla saptanmaktadır ve karbonhidratlar da GA'nda sentezlenmektedir. Bazı karbonhidratların, proteinler gibi kalıtsal denetim altında sentezlendiğine ilişkin kanıtlar vardır. Kan grupları ve immunokimyasal incelemeler bunu göstermektedir

GOLGİ AYGITI

Mitokondri• Mitokondri, hücre için gerekli olan enerjinin üretildiği bir organeldir.Bu organelde tıpkı

diğer organeller gibi birim zar ile çevrilidir fakat iç kısımındaki zar dıştaki gibi düz değildir ve kıvrımlar meydana getirir.Bu kıvrımlara ise " Krista " adı verilir.

• Kendi DNA ve RNA’sı bulunur• Bakteriler hariç bütün hücrelerde bulunurlar.• Oksijenli solunumun yapıldığı yerdir.• ATP üretim merkezidir.

Endoplazmik Retikulum• Endoplazmik retikulum lipid, protein (ribozomlar aracılığı ile) ve kompleks

karbonhidratların yapım yeridir. Endoplazmik retikulum hücredeki toplam membranların yarısından fazlasını oluşturur. Endoplazmik retikulum iki membrandan oluşur, iki membran arasında kalan boşluğa endoplazmik retikulum lümeni denir. İki tip endoplazmik retikulum vardır.

• Granüllü Endoplazmik Retikulum: Üzerinde ribozomlar vardır. Sisterna denilen yassılaşmış keseler şeklindedir. Salgı ve zar proteinleri yapılır.

• Düz Endoplazmik Retikulum: Ribozomları yoktur, tüplerden oluşan bir ağ şeklindedir. Endokrin bezler ve yağ sentezinde görevlidir.

Sentrozom

• Bu organelde sadece hayvan hücrelerinde bulunur ve bölünme esnasında kromozomların kutuplara taşınması görevini üstlenmiştir

Çekirdek

• Yönetim ve kalıtım merkezi

• Bazılarında bir tane bazılarında ise birden fazla bulunur

• Yuvarlağımsı ve ortada bulunur

• Protein ve enzim sentezini yönetir.

• Çekirdek zarı, çekirdek özsuyu, çekirdekçik, kromatin iplik

Çekirdek zarı

• Çift katlı, kimyasal yapı bakımından hücre zarına benzer

• Dıştaki zar ribozom taşır

Çekirdek özsuyu (karyoplazma)

• Kimyasal sitoplazmaya benzer

• Çekirdekçik

• Kromatin iplikler

Çekirdekçik (Nukleolus)

• Yapısında RNA ve protein bulunur

• Hücre bölünmesi sırasında kaybolur

• RNA ve protein sentezi ile ilgilidir

Kromatin iplik

• Uzun ağ ve yumak şeklindedir

• Hücre çekirdeğinin temel yapısı kromatindir

• Kısalıp, kalınlaşarak kromozomu oluşturur. İki parça bulunur, her birine kromatid denir

• Kromozomlarda gen adi verilen yapılar bulunur.

DNA ve RNA molekülleri

Hücre Bölünmesi1. MİTOZ BÖLÜNME: Mitoz bölünmenin

başlangıcını saptamak olanaksızdır. Fakat hücrede bazı değişiklikler olur; hücre içeriği jel haline geçer, metabolizma durur, çekirdeğin hacmi hızla büyür. Kromatid iplikleri belirginleşir ve boyanmaya başlar. G2 evresinin tamamlanması, kromozomların türlere özgü şekil ve sayıyı kazanmasıyla mitoz bölünmeye geçilir. Işık mikroskobunda kromozomlar artık rahatlıkla görülebilir. Bu süre yaklaşık bir saat sürer. Bu evredeki hücreler küre şeklindedir ve etrafındaki cisimlere kuvvetle bağlanmamıştır. Mitoz bölünme; profaz, metafaz, anafaz ve telofaz diye dört evreye ayrılır.

M İTO Z B Ö L Ü N M E

P R O F A Z

M E TA F A Z

A N A F A Z

TE L O F A Z

Profaz

Başlangıcında çekirdek içinde ince uzun kromatid iplikleri halinde görünen kromozomlar, yavaş yavaş helozon şeklinde kıvrılarak kalınlaşmaya başlar ve görülebilir duruma geçer. kalınlaşma ve kısalma anafaza kadar devam edebilir. Bu arada eş kromozomlar birbirlerinden fark edilemeycek kadar sıkıca bağlıdırlar. Bu evrede birbirine sentromerlerle bağlanmış olarak duran kromozomların her birine kromatid denir. Sentrozomlar ayrılarak her biri bir kutba gitmeye başlar ve aralarında iğ iplikleri oluşur. Profazın sonuna doğru iğ iplikleri ile kromozomlar arasında bağlantı kurulurken, sentrozomlardan hücre zarına uzanan iğ iplikleri de oluşur ve çekirdek zarı eriyerek kaybolur, kromozomlar sitoplazma içerisine dağılır.

Metafaz

Kromozomlar çok kere bir çember gibi, bazen de karışık olarak ekvatoral düzlem üzerinde dizilirler. Genellikle küçük kromozomlar merkezde, büyükler çevrededir. Diziliş türlere özgü bir özellik gösterir. Kromozomlar eşit olarak kutuplara çekileceğinden, ortada belirli bir denge kurulana kadar beklenilir.

Anafaz

Ekvatoral düzlemdeki kardeş kromozomlar kutuplara bu evrede taşınırlar. Kasılma özelliği olan sentrozomların iğ iplikleri sayesinde kromozomların yarısı bir kutba, diğer yarısı öbür kutba gider. Kromozomların kutuplara ulaşmasıyla bu evre sona erer.Bitki hücrelerinde sentrozom bulunmadığı için kromozomların taşınması sitoplazma hareketleriyle ve sitoplazma kökenli iğ ipliklerinin yardımıyla olur. Bu evre de yaklaşık olarak 3-15 dakika sürer.

Telofaz

• Kromozomlar daha az boyanmaya başlar. Çekirdek zarı yavaş yavaş oluşur. Kromozomlar uzayıp incelmeye başlar. Bölünme açısından çekirdek dinlenmeye geçerken, hücre metabolizması aktif hale geçer.

Mitozun Evreleri

• http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp00/00020.html

• http://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0072437316/120060/ravenanimation.html

• http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__mitosis_and_cytokinesis.html

Hücre Bölünmesi• 2. MAYOZ BÖLÜNME: Bütün döllerde

kromozom sayısının değişmez kalabilmesi için farklı bir hücre bölünmesi gelişmiştir. Mayoz bölünme ismini alan bu tip bölünmede, kromozom sayısı yarıya indirgenir. Mayoz bölünmenin sonunda meydana gelen gametler diğer vücut hücrelerinin aksine n sayıda kromozom taşır .Normal olarak soma hücrelerinde 2n kromozomlardan homolog olanlar, boyuna, sinaps dediğimiz aralıklarla birbirinin yakınında uzanırlar. Bu homolog kromozomların her biri ayrı bir kutba giderek, yalnız bir tanesinin bir gamete verilmesi sağlanır. Homolog kromozomlar aynı büyüklüğe ve şekle, keza benzer kalıtsal faktörlere sahiptir. Gerek yumurta gerekse sperm oluşumu son iki hücre bölünmesine kadar aynı kurallara göre yürütülür. Daha sonra spermatogenezis ve oogenesiz farklı şekilde meydana gelir. Mayozda da mitoz gibi profaz, metafaz, anafaz ve telofaz diye dört evre vardır.

Mayozun Evreleriİnterfaz: Bölünmeye hazırlık evresidir. Mitozdaki interfaza benzemekle birlikte hücrelerin mitozdaki gibi büyüklüklerinin ve hacimlerinin artması gerçekleşmez.

Profaz I: Kromozomlar kısalıp kalınlaşmaya başlarken, anadan ve babadan gelen homolog kromozomlar sinaps halinde ya yan yana parelel uzanırlar ya da birbirinin üzerine kıvrılırlar. Kısalma sonucunda kromozomlar mitozdaki gibi görülmeye başlar. Her kromozom iki kromatitten yapıldığından, homolog kromozomlar dörtlü demetler halinde görülür, bu görünüşe tetrat denir. Canlının vücudunda homolog kromozom kadar tetrata rastlanılır. Kromozomların sentromerleri ayrılmamıştır. 4 kromatid için iki sentromer vardır. Ayrıca mitozdan farklı olarak bu evrede tetratlar arasında parça değişimi gerçekleşir. Krossing-over denilen bu parça değişimi tür içinde çeşitliliği sağlar. Bu evrenin sonunda çekirdek zarı parçalanarak kaybolur.

Metafaz I: Çekirdek zarının parçalanması sona ermiş, sentrozomlar kutupulara çekilmiş ve iğ iplikleri ortaya çıkmıştır. Sentromerleri çift olan tetratlar ekvatoral düzlem üzerine dizilir.

Anafaz I: Bu evrede tetratlar ikiye ayrılarak kutuplara giderler. Ana ve babadan gelen kromozomlar rasgele olarak birbirlerinden ayrılırlar Bu evrede kromozom sayısı indirgendiğinden kutuplara taşınan yani oğul hücrelere geçecek olan kromozom sayısı vücut hücrelerinin kromozom sayısının yarısı kadardır.

Telofaz-I:Hücrenin iki kutbunda bulunan kromozomlar uzayıp incelmeye başlar. Etraflarında çekirdek zarı oluşur. Sitoplazmanın boğumlanmasıyla da haploid sayıda kromozoma sahip iki yavru hücre oluşur.Buraya kadar geçen olaylar mayoz-I olarak adlandırılır. Bundan sonra mitozdakinin aksine arada interfaz evresi olmaksızın profaz-II'nin başlamasıyla mayoz-II başlar. Mayoz-II mitoz bölünmenin hemen hemen aynısıdır. Hücrelerdeki haploid kromozom sayısı korunarak profaz-II, metafaz-II, anafaz-II ve telofaz-II gerçekleşerek mayoz bölünmenin sonunda n kromozom sayısına sahip 4 yavru hücre meydana gelir.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp00/00020.html

Görseller• http://www.lionden.com/cell_animations.htm• http://faculty.ccri.edu/kamontgomery/physiology%20cell.htm• http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp00/00020.html• http://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0072437316/120060/

ravenanimation.html• http://biology-animations.blogspot.com/p/biology-animation-video-

tutorial-links.html• http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/

chapter2/

• http://www.johnkyrk.com/• http://www.stolaf.edu/people/giannini/biological%20anamations.html• http://virtual.yosemite.cc.ca.us/rdroual/Course%20Materials/

Elementary%20Anatomy%20and%20Physiology%2050/Lecture%20outlines/cellular_physiology.htm