ÜNİTE HÜCRE BÖLÜNMELERİ
1. Bölüm Mitoz ve Eşeysiz Üreme
1.1. Mitoz ve Eşeysiz Üreme
Hücre bölünmesi ile canlılarda hücre sayısı artar ve canlının büyümesi sağlanır. Canlılar prokaryotik veya ökaryotik hücrelerden oluşur. Prokaryotik hücreler çekirdeksiz hücrelerdir. Hücrenin genetik materyali olan DNA bir çekirdek içinde değil, sitoplazmada serbest hâlde bulunur. Bu hücreler basitçe ikiye bölünerek çoğalır. Ökaryotik hücreler ise çekirdekli hücrelerdir. Bu hücrelerin DNA’sı zarla çevrilerek sitoplazmadan ayrılır. Bu yapıya çekirdek denir. Ökaryotik hücrelerde bölünme çekirdek tarafından kontrol edilir.
1.1.1. Canlılarda Hücre Bölünmesinin Gerekliliği
Hücre canlının en küçük yapı ve işlev birimidir. Bütün canlılar hücre ya da hücrelerden
meydana gelir. Her hücre, daha önceki hücrenin bölünmesiyle oluşur. Hücre bölünmesi
çok hücreli canlılarda büyüme ve gelişmeyi, yaraların iyileşmesini ve üreme hücrelerinin
oluşmasını sağlarken, tek hücreli canlılarda çoğalmayı sağlar.
Hücrenin genel olarak küre biçiminde olduğu düşünülürse hacim, yarıçapın küpüyle (r3), yüzey yarıçapın karesiyle (r2) büyür. Sitoplazma hücre zarına göre daha fazla büyüdüğü için hücrenin hacim-yüzey oranı (r3/ r2) giderek artar.
Bölünme yeteneğine sahip olan hücreler, organizmanın yaşamı boyunca önce büyür, sonra
bölünür, sonra tekrar büyür ve tekrar bölünür.
İnsan vücudunda yer alan hücrelerin bölünme özelliği ise farklılık gösterir. Örneğin sinir, kas ve
alyuvar hücreleri gibi özelleşmiş bazı hücreler bölünme yeteneğini kaybederken, derideki epitel hücreleri, kemik iliğindeki hücreler, karaciğer hücreleri ve sindirim kanalını döşeyen epitel hücreleri bölünme yeteneklerini korur.
1.1.2. Mitoz
Mitoz ökaryot (çekirdekli) hücrelerde gerçekleşir. Tek hücrelilerde üremeyi; çok
hücrelilerde doku onarımını, yenilenmeyi, büyümeyi ve gelişmeyi sağlar. Ayrıca çok hücreli
canlıların bazıları mitozla eşeysiz ürer.
Bir hücrenin bölünmeye başlamasından itibaren onu takip eden diğer hücre bölünmesine kadar geçen zaman aralığına hücre döngüsü denir.
Hücre döngüsü, çok uzun süren interfaz evresi ile kısa bir bölünme evresinden (mitotik evre) oluşur. Bölünme evresi ise çekirdek bölünmesi (mitoz) ve sitoplazma bölünmesinden (sitokinez) meydana gelir.
İnterfaz: İnterfaz evresinde hücre, sitoplazmasını ve içeriğini artırarak bölünmeye hazırlanır. DNA kendini eşler ve genetik materyal iki katına çıkar. Böylece kalıtsal madde oluşacak iki yeni hücreye eşit olarak dağıtılır. nterfaz evresinin sonunda her kromozom yeni oluşan kopyası ile birlikte iki kardeş kromatiti oluşturur. Kardeş kromatitler sentromer kısımlarından birbirine tutunur.
İnterfaz tamamlandıktan sonra bölünme evresi (mitotik evre) başlar. Mitoz (çekirdek bölünmesi) profaz, metafaz, anafaz ve telofaz aşamalarından oluşur.
Profaz:Mitozun ilk evresidir. İnterfaz evresinde DNA’nın kendini eşlemesiyle oluşan kardeş kromatitler bu evrede kısalıp kalınlaşarak kromozom hâlini alır. Profazın sonuna doğru çekirdek
zarı, çekirdekçik ve endoplazmik retikulum erimeye başlar.
Metafaz: Mitozun ikinci evresidir. Kromozomlar kardeş kromatitler hâlinde iğ ipliklerine tutunarak hücrenin ekvator bölgesinde düzlem üzerinde dizilir. Kromozomların mikroskopta en belirgin olarak görüldüğü evredir.
Örnek : Mitoz geçiren bir hücrenin metafaz evresinde 32 tane kromatit tespit
edilmiştir. Buna göre bu hücrenin kromozom sayısı kaçtır?
Çözüm:1 kromozom = 2 kromatit olduğuna göre, 32/2 =16 kromozom bulunur.
Anafaz: Anafaz aşaması, genetik maddenin ikiye bölüştürüldüğü aşamadır. Bu evrede iğ ipliklerinin boyları kısalır. Böylece iğ ipliklerine sentromerlerinden tutulu olan kardeş kromatitler birbirinden ayrılarak zıt kutuplara çekilir. Kromatitler birbirinden ayrıldıktan
sonra kromozom adını alır.
Telofaz: Mitozun dördüncü ve son evresidir. Kutuplara ulaşmış olan iki kromozom seti çekirdek zarı ile çevrilir, iğ iplikleri kaybolur, çekirdekçik görünür hâle gelir, kromozomlar kromatin hâlini alır.
Sitoplazma Bölünmesi (Sitokinez): Telofazın başlangıç aşamasında çekirdek zarının oluşması ile aynı anda sitokinez adı verilen sitoplazma bölünmesi başlar. Sitokinezin tamamlanması ile iki hücre meydana gelir. Bitki hücrelerinde hücre çeperi bulunduğundan hayvan hücrelerinde olduğu gibi hücre zarı boğumlanamaz. Bu yüzden bitki hücrelerinde sitokinez sırasında golgi aygıtından kopan kesecikler hücrenin ortasında hücre plağı (orta lamel) oluşturur. Hücre plağı hücre zarıyla kaynaşıncaya kadar büyümeye devam eder. Hücre zarıyla kaynaşır kaynaşmaz bitki hücresi iki yavru hücreye bölünmüş olur. Böylece ana hücre ile kromozom sayısı ve genetik yapısı aynı olan iki yeni hücre oluşur.
Örnek: 20 kromozomlu bir hücrenin arka arkaya üç kez mitoz geçirmesi sonucu
toplam kaç hücre oluşur ve oluşan hücreler kaç kromozomludur?
Çözüm: Mitoz sonucu oluşan hücre sayısını bulmak için 2ⁿ formülünden yararlanılır.
“n” ile ifade edilen mitoz bölünme sayısıdır. Mitoz bölünme sayısı soruda 3
olarak verilmiştir. Buna göre; 2ⁿ = 23 = 2.2.2 = 8 hücre oluşur. Mitoz sonucu
oluşan hücrelerin kromozom sayısı değişmediği için oluşan hücrelerin
kromozom sayısı 20’dir.
Hücre Bölünmesinin Kontrolü ve Kanserle İlişkisi
Hücre döngüsünün, belirli bazı kontrol noktaları ve kontrol sistemleri vardır. Bu sistemler hücrede döngüsel olarak işlev gören bazı molekül grupları ile çalışır. Çeşitli nedenlerle bu
kontrol ortadan kalkarsa hücreler kontrolsüz olarak bölünüp çoğalır. Bu da tümör oluşumuna ve kanser hastalığına neden olur.
Kanserli hücreler, kan ve lenf dolaşımı ile bütün vücudu dolaşarak diğer dokulara yayılabilir. Bu hücrelerin tümör oluşturdukları ilk dokudan daha uzak dokulara sıçramasına yani yayılım göstermesine metastaz denir.
Onkoloji ise kanser bilimi demektir. Kanser araştırmaları, tedavi yöntemleri ve korunma yolları gibi konular onkolojinin çalışma alanlarını oluşturur.
1.1.3. Eşeysiz Üreme
Üreme eşeyli ve eşeysiz üreme olmak üzere iki şekilde gerçekleşir. Eşeysiz üreme mitoz temeline, eşeyli üreme mayoz temeline dayanır. Eşeysiz üremede, üreme hücreleri yoktur. Üreme hücreleri olmadığı için döllenme olayı da olmaz. Bu üreme tipinin temeli mitoza dayanır.
Eşeysiz üreme çeşitleri:
a) Bölünerek üreme, bir hücreli canlılarda görülen ve hızlı gerçekleşen bir üreme yöntemidir. Büyüyen ve olgunlaşan hücrenin ikiye bölünmesiyle gerçekleşir.
b) Tomurcuklanma ile üreme, tomurcuklanma ile üreme; ana bireyin vücudunda oluşan bir çıkıntının, başka bir deyişle tomurcuğun, büyüyerek ana canlıdan ayrılıp yeni bir canlı oluşturması veya ayrılmayıp ana canlı üzerinde yaşayarak koloniler meydana getirmesidir.
c) Sporla üreme, spor; sağlam yapılı örtüleri olan, elverişsiz koşullara dayanıklı, özelleşmiş hücrelerdir. Çevre şartları uygun değilse spor hücresi bu dayanıklı yapısı sayesinde hayatta kalabilir. Uygun şartlarda ise gelişerek yeni canlıyı oluşturur.
d) Rejenerasyon ile üreme, canlının zarar gören kısımlarını onarmasına rejenerasyon, canlıdan kopan bir parçanın kendini tamamlayarak yeni bir canlı oluşturmasına rejenerasyonla üreme denir.
e) Partenogenez, döllenmemiş yumurta hücresinin gelişerek yeni bireyi oluşturmasına partenogenez denir. Eklem bacaklılarda, arılarda, su pirelerinde, karıncalarda, yaprak bitlerinde ve bazı kelebeklerde görülür.
f) Bitkilerde vejetatif üreme, bitkiler, eşeyli üremenin yanında eşeysiz üreme çeşidi olan vejetatif üreme ile de çoğalır. Vejetatif üreme mitoz ve yenilenme esasına dayanır.
2. Bölüm Mayoz ve Eşeyli Üreme
Eşeyli üreyen bir türün bireylerinin kromozom sayıları eğer bir anormallik gerçekleşmediyse hep sabittir, değişmez. Eşeyli üremede iki ayrı eşeyin üreme hücresinin oluşması ve döllenmesi gerekir. Eşeyli üremede tür içinde kromozom sayısının sabit tutulması mayoz ile sağlanır.
2.1.1. Mayoz
Mayoz ile eşeyli üreyen canlılar üreme hücrelerini (gamet) oluşturur. Mayoz geçirecek olan hücreye üreme ana hücresi denir. Üreme ana hücresi interfaz denilen uzun bir hazırlık evresinden sonra Mayoz I ve Mayoz II olarak adlandırılan iki bölünme evresi geçirir. Mayoz
tamamlandıktan sonra dört tane hücre oluşur. Bu hücreler farklılaşarak üreme hücrelerine
(gametlere) dönüşür.
İnterfaz: İnterfaz üreme ana hücresinin bölünme için hazırlık yaptığı evredir. Bu evrede üreme
ana hücresi büyür, bölünme için gerekli olan proteinleri üretir, DNA kendini eşler, ATP ve RNA sentezi artar. İnterfazdan sonra sırasıyla Mayoz I ve Mayoz II adı verilen iki bölünme gerçekleşir.
Mayoz I : İnterfazdan hemen sonra Mayoz I başlar. Mayoz I’in evreleri; Profaz I, Metafaz I,
Anafaz I ve Telofaz I‘dir.
Profaz I : Kendini interfaz evresinde eşlemiş olan iki kromatitli homolog kromozomlar yan yana gelerek dört kromatitden oluşmuş tetrat adı verilen yapıyı oluşturur. Tetratların sayısı haploit (n) kromozom sayısına eşittir.
Homolog kromozom; biri anneden diğeri babadan gelen, aynı karakterlerle ilgili genleri taşıyan kromozom çiftleridir.
Metafaz I : Metafaz I kromozomların en belirgin olarak gözlendiği evredir. Kromozom sayısı bilinmeyen bir örneğin metafaz I’deki tetrat sayısı belirlenerek kromozom sayısı bulunabilir.
Anafaz I : Anafaz I evresinde, tetratı oluşturan iki homolog kromozom iğ ipliklerinin kısalmasıyla zıt kutuplara çekilerek birbirinden ayrılır. Homolog kromozomların ayrılması, oluşacak hücrelerdeki kromozom sayısının yarıya inmesini sağlar.
İnsanda 23 çift homolog kromozom vardır. Bu homolog kromozomların Anafaz I’de şansa bağlı olarak kutuplara gitmesiyle 223=8,4 milyon kadar farklı genetik yapıda gametin oluşması mümkün olur.
Telofaz I : Telofaz I ile eş zamanlı olarak ya da hemen ardından sitokinez (sitoplazma bölünmesi) meydana gelir. Sitokinez mitozda olduğu gibi hayvan hücrelerinde boğumlanma, bitki hücrelerinde ara plak oluşumu şeklinde gerçekleşir.
Mayoz II : Mayoz I sonunda meydana gelen haploit (n) kromozomlu hücreler mayoz II’de tekrar bölünür ve n kromozomlu 4 tane hücre meydana gelir. Mayoz II ana hatlarıyla mitoza benzer. Mayoz II’nin evreleri; Profaz II, Metafaz II, Anafaz II ve Telofaz II‘dir.
Profaz II : Profaz II’de çekirdek zarı eriyerek kaybolur. Kromatin iplik hâlinde olan genetik madde bu evrede kısalıp kalınlaşarak belirgin hâle gelir.
Metafaz II : Bu evrede kromozomlar hücrenin ekvator düzlemine tek sıra halinde dizilir. Kromozomları oluşturan kardeş kromatitler genetik açıdan birbirinin aynı olabileceği gibi
profaz I’de gerçekleşen parça değişimi olayından dolayı birbirinden farklı da olabilir.
Anafaz II : Bu evrede iğ ipliklerinin kısalmasıyla kardeş kromatitler birbirinden ayrılır ve zıt kutuplara doğru çekilir. Zıt kutuplara çekilen her bir kardeş kromatit kromozom adını alır.
Mayoz bölünmenin anafaz I evresinde homolog kromozomlar birbirinden ayrılırken anafaz II evresinde kardeş kromatitler birbirinden ayrılır.
Telofaz II : Telofaz II, mayoz bölünmenin son evresidir. Bu evrede kutuplara çekilen kromozomların etrafında çekirdek zarı oluşur. Hücre, iki çekirdekli hâle gelir. Her bir çekirdeğin
içerisinde tam bir haploit (n) kromozom takımı yer alır.
Bir türün bireyleri arasındaki genetik çeşitlilik ve tür içinde kromozom sayısının sabit
kalması mayoz ile sağlanır.
Mitoz ve Mayoz’un genel özellikleri tablodaki gibidir.
|Mitoz||Mayoz|
|Vücut hücrelerinde görülür.||Üreme ana hücrelerinde görülür.|
|Sonucunda iki hücre oluşur.||Sonucunda dört hücre oluşur.|
|Kromozom sayısı değişmez||. Kromozom sayısı yarıya iner.|
|Oluşan hücrelerin genetik yapısı ana|
hücreyle aynıdır.
|Oluşan hücrelerin genetik yapısı ana|
hücreden farklıdır.
|Çok hücrelilerde büyüme, gelişme ve|
yaraların onarılmasını sağlar.
|Eşeyli üreyen canlılarda eşey hücrelerinin|
(gamet) oluşmasını sağlar.
|Kromozomlar arasında parça değişimi|
(cross-over) olmaz.
|Kromozomlar arasında parça değişimi|
(cross-over) olur.
|Genetik çeşitlilik sağlanmaz||Genetik çeşitlilik sağlanır.|
2.1.2. Eşeyli Üreme
Eşeyli üremede dişi ve erkek olmak üzere iki ata birey vardır. Ataların her biri farklı genetik yapıda gametler (üreme hücresi) üretir. Dişi ve erkek bireyden gelen bu gametlerin
birleşmesiyle oluşan üreme şekline eşeyli üreme denir. Bitkiler âleminden tohumlu bitkiler eşeyli üreme ile çoğalır.
Eşeyli üreme mayoz ve döllenme olmak üzere iki önemli olaya dayanır. Mayoz ile farklı genetik yapıda gametler oluşur. Döllenme ile de dişi ve erkek bireyden gelen gametler birleşerek zigotu, zigotta gelişerek yeni bireyi oluşturur.