HÜCRE NEDİR HÜCRENİN YAPISI VE GÖREVLERİ

Şu anda vücudunuz aynı anda milyonlarca şey yapıyor. Elektriksel uyarılar gönderiyor, kan pompalıyor, idrarı filtreliyor, yiyecekleri sindiriyor, protein üretiyor, yağ depoluyor ve bunlar sadece düşünmediğiniz şeyler! Tüm bunları yapabilirsiniz çünkü hücrelerden oluşuyorsunuz

Hayatın işlerini yapmak üzere tasarlanmış makinelerle dolu, uzmanlaşmış fabrikalar gibi olan minik yaşam birimleri. Hücreler, mavi balinalardan volkanların içinde yaşayan arkebakterilere kadar her canlıyı oluşturur. Tıpkı oluşturdukları organizmalar gibi, hücreler de her şekil ve boyutta olabilir. Dev kalamarlardaki sinir hücreleri 12 m’ye [39 ft] kadar ulaşabilirken, insan yumurtaları (en büyük insan hücreleri) yaklaşık 0,1 mm çapındadır. Bitki hücrelerinin koruyucu duvarları selülozdan yapılmıştır (bu aynı zamanda kerevizin yenmesini çok zorlaştıran iplikleri de oluşturur) ve mantar hücre duvarları ıstakoz kabuklarıyla aynı maddeden yapılmıştır. Ancak, boyut, şekil ve işlevdeki bu geniş çeşitliliğe rağmen, tüm bu küçük fabrikaların aynı temel makineleri vardır.
Prokaryotik ve ökaryotik olmak üzere iki ana hücre türü vardır. Prokaryotlar, zarla çevrili çekirdekleri olmayan hücrelerdir, ökaryotların ise vardır. Konumuzun geri kalanı kesinlikle ökaryotlar üzerine olacak. Bir fabrikanın etkili bir şekilde çalışması için neye ihtiyaç duyduğunu düşünün. En temelde, bir fabrikanın bir binaya, bir ürüne ve bu ürünü üretmenin bir yoluna ihtiyacı vardır. Tüm hücrelerin zarları (bina), DNA’sı (çeşitli planlar) ve ribozomları (üretim hattı) vardır ve bu nedenle protein üretebilirler (ürün – diyelim ki oyuncak yapıyoruz). Bu makale, organelleri içeren hücre türü oldukları için ökaryotlara odaklanacaktır.
Hücreyi bir fabrika olarak gösteren bir diyagram. Hücre zarı “fabrika duvarları” olarak temsil edilir. Bir hücrenin çekirdeği “plan odası” olarak temsil edilir. Ribozom “üretim odası” olarak temsil edilir ve ribozom tarafından yapılan son protein “ürün” olarak temsil edilir.

Hücrenin içinde ne bulunur

Bir organel (bunu bir hücrenin iç organı olarak düşünün), bir hücrenin içinde bulunan zarla çevrili bir yapıdır. Hücrelerin her şeyi tutmak için zarları olduğu gibi, bu mini organlar da daha büyük hücreler içindeki küçük bölmelerini yalıtmak için çift katmanlı bir fosfolipitle çevrilidir. Organelleri, fabrikanın içindeki daha küçük odalar olarak düşünebilirsiniz; bu odaların belirli görevlerini yerine getirmelerine yardımcı olmak için özel koşullar vardır (örneğin, güzelliklerle dolu bir mola odası veya havalı aletler ve özel bir hava filtresi bulunan bir araştırma odası). Bu organeller, hücre zarının içinde bulunan ve organelleri barındıran ve hücrede gerçekleşen eylemlerin çoğunun gerçekleştiği yer olan viskoz bir sıvı olan sitoplazmada bulunur.

Organel İşlevi Fabrika parçası

Çekirdek DNA Depolama Odası, planların tutulduğu yer

Mitokondri Enerji üretimi Santral

Pürüzsüz Endoplazmik Retikulum (SER) Lipit üretimi; Detoksifikasyon Aksesuar üretimi – oyuncak vb. için süslemeler yapar.
Pürüzlü Endoplazmik Retikulum (RER) Protein üretimi; özellikle hücre dışına ihraç etmek için Birincil üretim hattı – oyuncakları yapar.

Golgi aygıtı Protein modifikasyonu ve ihracatı Nakliye departmanı
Peroksisom Lipid Yıkımı; oksidatif enzimler içerir Güvenlik ve atık giderme
Lizozom Protein yıkımı Geri dönüşüm ve güvenlik

Çekirdek

DNA’mız, vücudumuzdaki her proteinin planlarını içerir ve hepsi düzgün bir çift sarmal halinde paketlenmiştir. DNA’yı proteinlere dönüştürme süreçleri transkripsiyon ve translasyon olarak bilinir ve hücre içindeki farklı bölmelerde gerçekleşir. İlk adım olan transkripsiyon, DNA’mızı tutan çekirdekte gerçekleşir. Çekirdek zarı adı verilen bir zar çekirdeği çevreler ve görevi, hem genetik bilgiyi korumak hem de bu bilgiyi işleme ve korumada yer alan tüm molekülleri barındırmak için hücre içinde bir oda oluşturmaktır. Bu zar aslında iki lipit çift katmanından oluşur, bu nedenle çekirdeğin içini sitoplazmadan ayıran dört lipit tabakası vardır. İki çift katman arasındaki boşluğa perinükleer boşluk denir.
Çekirdeğin işlevlerinden biri DNA’yı hücrenin geri kalanından ayırmak olsa da, moleküllerin yine de içeri ve dışarı hareket edebilmesi gerekir (örneğin, RNA). Nükleer gözenekler olarak bilinen protein kanalları nükleer zarfta delikler oluşturur. Çekirdeğin kendisi sıvı ile doludur (nükleoplazma olarak adlandırılır) ve yapı ve işlev olarak sitoplazmaya benzer. Kromozomların (tüm planlarımızı içeren sıkıca paketlenmiş DNA iplikleri) bulunduğu yer burasıdır.

Nükleolus

Çekirdek içerisinde nükleolus olarak bilinen küçük bir alt uzay bulunur. Bir zarla çevrili değildir, bu nedenle bir organel değildir. Bu uzay, proteinleri yapmaktan sorumlu moleküller olan ribozomları yapmak için talimatların bulunduğu DNA parçasının yakınında oluşur. Ribozomlar nükleolusta bir araya getirilir ve çekirdek gözenekleriyle çekirdekten çıkar. Benzetmemizde, ürünümüzü yapan robotlar fabrikaya gönderilmeden önce, plan odasının özel bir köşesinde yapılır.
Hücre zarı “fabrika duvarları” olarak gösterilir. Bir hücrenin çekirdeği “plan odası” olarak gösterilirken, nükleolus plan odasının içinde “özel ürün köşesi” olarak gösterilir. Ribozom “üretim odası” olarak gösterilir ve ribozom tarafından yapılan son protein “ürün” olarak gösterilir.

Endoplazmik Retikulum

Endoplazmik, sitoplazmanın (plazma) içinde (endo) anlamına gelir. Retikulum, Latincede ağ anlamına gelen kelimeden gelir. Temel olarak, endoplazmik retikulum hücrenin içinde bulunan ve lümen olarak bilinen bir iç boşluk oluşturmak için kendi üzerine katlanan bir plazma zarıdır. Bu lümen aslında perinükleer boşlukla süreklidir, bu yüzden endoplazmik retikulumun nükleer zarfa bağlı olduğunu biliyoruz. Aslında bir hücrede iki farklı endoplazmik retikulum vardır: düz endoplazmik retikulum ve pürüzlü endoplazmik retikulum. Pürüzlü endoplazmik retikulum protein üretiminin yapıldığı yerdir (burada ana ürünümüzü – oyuncağı – yaparız) düz endoplazmik retikulum ise lipitlerin (yağların) yapıldığı yerdir (oyuncak için aksesuarlar, ancak fabrikanın merkezi ürünü değildir).
Pürüzlü Endoplazmik Retikulum
Pürüzlü endoplazmik retikulum, yüzeyinin protein üretiminden sorumlu moleküller olan ribozomlarla kaplı olması nedeniyle bu şekilde adlandırılır. Bir ribozom belirli bir RNA segmenti bulduğunda, bu segment ribozoma pürüzlü endoplazmik retikuluma gitmesini ve kendisini yerleştirmesini söyleyebilir. Bu segmentten oluşturulan protein, pürüzlü endoplazmik retikulumun lümeninin içinde kendini bulur, burada katlanır ve glikozilasyon olarak bilinen bir işlemde (genellikle karbonhidrat) bir molekülle etiketlenir ve bu işlem proteini Golgi aygıtına taşınması için işaretler. Pürüzlü endoplazmik retikulum, nükleer zarfla süreklidir ve çekirdeğin yakınında bir dizi kanal gibi görünür. Pürüzlü endoplazmik retikulumda üretilen proteinler, bir zarın parçası olmaya veya hücre zarından hücrenin dışına salgılanmaya mahkumdur. Pürüzlü bir endoplazmik retikulum olmadan, hücreyi terk etmesi gereken proteinler ile kalması gereken proteinler arasında ayrım yapmak çok daha zor olurdu. Bu nedenle, pürüzlü endoplazmik retikulum hücrelerin uzmanlaşmasına yardımcı olur ve organizmada daha fazla karmaşıklığa izin verir. Pürüzsüz Endoplazmik Retikulum
Pürüzsüz endoplazmik retikulum, protein sentezinde yer almak yerine lipitler ve steroidler üretir. Bunlar enerji depolama, zar yapısı ve iletişimde önemli olan yağ bazlı moleküllerdir (steroidler hormon görevi görebilir). Pürüzsüz endoplazmik retikulum ayrıca hücrenin detoksifikasyonundan da sorumludur. Pürüzlü endoplazmik retikulumdan daha tübülerdir ve nükleer zarfla sürekli değildir. Her hücrenin pürüzsüz bir endoplazmik retikulumu vardır ancak miktarı hücre fonksiyonuna göre değişecektir. Örneğin, vücudun detoksifikasyonunun çoğundan sorumlu olan karaciğerde daha fazla miktarda pürüzsüz endoplazmik retikulum bulunur.
Pürüzlü endoplazmik retikulumun, golgi aygıtının ve pürüzsüz endoplazmik retikulumun yapısını gösteren bir diyagram.
Daha pürüzsüz endoplazmik retikulum, pürüzlü olandan daha tübülerdir ve ribozomlarla kaplı değildir.

Golgi aygıtı (diğer adıyla Golgi gövdesi veya Golgi)
Pürüzlü endoplazmik retikulumda protein üretimini tartıştığımızda Golgi aygıtından bahsetmiştik. Pürüzsüz ve pürüzlü endoplazmik retikulum ürünümüzü üretme şeklimizse, Golgi ürünümüzü müşterilere gönderen posta odasıdır. Pürüzlü endoplazmik retikulumdan gelen proteinleri zarla çevrili veziküllere (molekülleri depolayan küçük lipit çift tabaka bölmeleri) paketlemekten sorumludur ve bunlar daha sonra hücre zarına taşınır. Hücre zarında, veziküller daha büyük lipit çift tabakasıyla birleşebilir ve vezikül içeriğinin hücre zarının bir parçası haline gelmesine veya dışarıya salınmasına neden olabilir.
Aslında farklı moleküller Golgi’ye girdiklerinde farklı kaderlere sahiptir. Bu belirleme, proteinlere protein için bir nakliye etiketi görevi gören özel şeker molekülleri etiketlenerek yapılır. Nakliye bölümü molekülü tanımlar ve onu 4 yoldan birine yerleştirir:

Sitozol:

Golgi’ye yanlışlıkla giren proteinler sitozol’e geri gönderilir (barkodun yanlış tarandığını ve öğenin geri döndüğünü hayal edin).
Hücre zarı: Hücre zarına gidecek proteinler sürekli olarak işlenir. Vezikül yapıldıktan sonra hücre zarına hareket eder ve onunla birleşir. Bu yoldaki moleküller genellikle moleküllerin hücreye girmesine veya hücreden çıkmasına izin veren protein kanallarıdır veya hücre dışı boşluğa çıkıntı yapan ve hücre için bir isim etiketi gibi davranan hücre tanımlayıcılarıdır.
Salgılama: Bazı proteinlerin vücudun diğer kısımları üzerinde etki etmek için hücreden salgılanması gerekir. Bu veziküller hücre zarıyla birleşmeden önce sayıca birikmeleri ve serbest bırakılmaları için özel bir kimyasal sinyale ihtiyaç duymaları gerekir. Bu şekilde gönderiler yalnızca gönderme maliyetine değecekse gönderilir (genellikle sadece bir oyuncak gönderip kâr etmeyi beklemezsiniz).
Lizozom: Golgi’den gelen proteinlerin son durağı lizozomdur. Bu asidik organele gönderilen veziküller, lizozomun içeriğini hidrolize edecek enzimler içerir.
Golgi aygıtının proteinleri yukarıda açıklanan dört yoldan birine ayırmasını gösteren çizgi film: sitozol, hücre zarı, salgılama veya lizozom.

Lizozom

Lizozom, hücrenin geri dönüşüm merkezidir. Bu organeller, zardan geçen herhangi bir maddenin hidrolize edilmesine (kimyasal bağlarını parçalamaya) hazır enzimlerle dolu kürelerdir, böylece hücre ham maddeyi yeniden kullanabilir. Bu atık enzimleri yalnızca pH’ı 5 olan ortamlarda düzgün çalışır, hücrenin iç pH’ı olan 7’den iki kat daha asidiktir. Lizozomal proteinler yalnızca asidik bir ortamda aktif olduklarından hücrenin geri kalanı için bir güvenlik mekanizması görevi görürler – lizozom bir şekilde sızarsa veya patlarsa, parçalayıcı enzimler hücrenin hala ihtiyaç duyduğu proteinleri parçalamadan önce etkisiz hale gelirler.
Bir proteini parçalayan bir lizozomu gösteren çizgi film.

Peroksisom

Lizozom gibi, peroksisom da içeriğini yok etmekten sorumlu küresel bir organeldir. Çoğunlukla proteinleri parçalayan lizozomun aksine, peroksisom yağ asidi parçalanmasının gerçekleştiği yerdir. Ayrıca hücreyi, hücreye ciddi şekilde zarar verebilecek reaktif oksijen türleri (ROS) moleküllerinden korur. ROS’lar, normal hücresel metabolizmanın bir yan ürünü olarak, ancak aynı zamanda radyasyon, tütün ve ilaçlar tarafından da oluşturulan oksijen iyonları veya peroksitler gibi moleküllerdir. Hücre zarları gibi DNA ve lipit bazlı moleküllerle reaksiyona girerek ve onlara zarar vererek hücrede oksidatif stres olarak bilinen şeye neden olurlar. Bu ROS’lar, diyetimizde antioksidanlara ihtiyaç duymamızın nedenidir.

Mitokondri

Bir fabrikanın elektrik olmadan çalışamaması gibi, bir hücre de enerji olmadan çalışamaz. ATP (adenozin trifosfat), hücrenin enerji para birimidir ve hücresel solunum olarak bilinen bir süreçte üretilir. Süreç sitoplazmada başlasa da, üretilen enerjinin büyük kısmı mitokondride gerçekleşen sonraki adımlardan gelir.
Nükleer zarfta gördüğümüz gibi, aslında mitokondriyal içerikleri sitoplazmadan ayıran iki lipit çift tabakası vardır. Bunlara iç ve dış mitokondriyal zarlar diyoruz. Her iki zarı da geçersek, glikozun parçalanmasıyla oluşturulduktan sonra pirüvatın gönderildiği matrikse ulaşırız (bu, glikoliz olarak bilinen hücresel solunumun 1. adımıdır). İki zar arasındaki boşluğa zarlar arası boşluk denir ve düşük bir pH’a sahiptir (asidiktir) çünkü iç zara gömülü elektron taşıma zinciri protonları (H+) içine pompalar. ATP üretmek için gereken enerji, protonların zarlar arası boşluktan gradyanları boyunca matrikse geri dönmesinden gelir.

Mitokondriler ayrıca kendi kendini çoğaltabilmeleri ve neredeyse tamamen ayrı bir hücreymiş gibi kendi DNA’larına sahip olmaları bakımından da benzersizdir. Endosimbiyotik teori olarak bilinen hakim teori, ökaryotların ilk olarak mitokondrilere (ve kloroplastlara, daha sonra daha fazla bilgi) çok benzeyen daha küçük hücreleri yutan büyük prokaryotik hücreler tarafından oluşturulduğudur. Yutulan hücreler sindirilmek yerine sağlam kaldı ve düzenlemenin her iki hücre için de avantajlı olduğu ortaya çıktı ve bu da simbiyotik bir ilişki yarattı.
Şimdiye kadar organelleri, bir hücrenin içindeki bir tür özel işlevi olan zarla çevrili yapıları anlattık. Şimdi tüm bunları yerinde tutan iskeleden – fabrikamızın duvarları ve kirişlerinden – bahsetmek için bir dakika ayıralım.
Sitoiskelet
Sitoplazmanın içinde sitoskeleton olarak bilinen protein lifleri ağı vardır. Bu yapı hem hücre hareketinden hem de stabilitesinden sorumludur. Sitoiskeletin başlıca bileşenleri mikrotübüller, ara filamentler ve mikrofilamentlerdir.

Mikrotübüller

Mikrotübüller, tubulin proteininden yapılmış küçük tüplerdir. Bu tüpler, hücre hareketinde rol oynayan yapılar olan sillerde ve kamçılarda bulunur. Ayrıca, salgı veziküllerinin hücre içinde hareket etmesi için yollar sağlamaya yardımcı olurlar ve hatta homolog kromozomları ayıran mitotik iğ ipliğinin bir parçası oldukları için hücre bölünmesinde bile rol oynarlar.

Ara Filamentler
Mikrotübüllerden daha küçük, ancak mikrofilamentlerden daha büyük olan ara filamentler, keratin ve/veya nörofilament gibi çeşitli proteinlerden oluşur. Çok kararlıdırlar ve nükleer zarfa yapı sağlamaya ve organelleri bağlamaya yardımcı olurlar.

Mikrofilamentler

Mikrofilamentler, sitoskeletonun en ince kısmıdır ve aktin’den [aslında çoğu ökaryotik hücrede en bol bulunan protein olan, oldukça korunan bir protein] oluşur. Aktin hem esnek hem de güçlüdür ve bu da onu hücre hareketinde yararlı bir protein yapar. Kalpte, kasılma bir aktin-miyozin sistemi aracılığıyla gerçekleşir.
Mikrotübüller, mikrofilamentler ve ara lifleri gösteren resimler.
Şekil 10. Sitoiskeletin elemanları arasında mikrotübüller (a), mikrofilamentler (b) ve ara lifler (c) bulunur. Bu yapılar hücre yapısı ve hareketliliğinde birlikte çalışır.

Bitkiler ve Trombositler

Şimdiye kadar ökaryotik bir hücrede bulunan temel organelleri ele aldık. Ancak, her hücrede bu organellerin her biri yoktur ve bazı hücrelerde tartışmadığımız organeller vardır. Örneğin, bitki hücrelerinde kloroplastlar vardır; bunlar mitokondriye benzeyen ve güneş ışığını hücre için yararlı enerjiye dönüştürmekten sorumlu organellerdir (bu, güneş panelleri aracılığıyla topladıkları enerjiyle çalışan fabrikalar gibidir). Öte yandan, pıhtılaşmadan sorumlu kan hücreleri olan trombositlerin çekirdeği yoktur ve aslında hücre zarı içinde bulunan sitoplazmanın parçalarıdırlar. Ökaryotlar, Bakteriler ve Arkeler
Ayrıca organellerin yalnızca üç büyük hücre bölümünden biri olan ökaryotlarda bulunduğunu akılda tutmak önemlidir. Diğer iki büyük bölüm olan Bakteriler ve Arkeler prokaryotlar olarak bilinir ve içlerinde zarla çevrili organeller yoktur.

Aşağıdakileri Göz Önünde Bulundurun:

Bazı hastalıklar organel eksikliğine/malformasyonuna kadar izlenebilir. Örneğin, inklüzyon hücresi (I hücresi) hastalığı Golgi’deki bir kusurdan kaynaklanır. İstenmeyen molekülleri parçalamaya yardımcı olmak için lizozomlara gönderilmesi gereken enzimleri işaretlemek için Golgi, bunları bir nakliye etiketi gibi bir mannoz 6-fosfat etiketiyle bağlamak zorundadır. Ancak, I hücresi hastalığı olan hastalarda, bu etiketi yapan proteinlerden biri mutasyona uğrar ve bozuk bir etiket makinesi gibi işini yapamaz. Bu, proteinlerin lizozomlara hedeflenemeyeceği anlamına gelir. Bu etiketsiz proteinler, diğer proteinleri parçalamaktan sorumlu olan enzimlerdir. Olan şey, inaktif enzimlerin hücrenin dışına gönderilmesi ve lizozomların sindirilmemiş materyalle tıkanmasıdır. Bu hastalık doğuştandır ve genellikle hastalar 7 yaşına gelmeden önce ölümcüldür.
İlginç bir fikir, mitokondrilerin maternal ataları izlemek için kullanılabileceğidir. Mitokondriler kendi kendini çoğaltabildiği ve kendi DNA’larına sahip olduğu için çekirdekte bulunan genler tarafından belirlenmezler. Bunun yerine, mitokondrileriniz, geliştiğiniz dişi yumurtasında bulunan mitokondrilerden gelişmiştir. Mitokondriyal DNA’daki kusurlar, yalnızca anneden çocuklara geçen kalıtsal hastalıklara neden olur.