Hücre İskeleti ve Hücre Membranı
Hücre İskeletinin İşlevleri
- Mekanik kuvvet sağlamak
- Bir yerden belli bir yere taşınmayı (Lokomosyon) sağlamak
- Mitoz ve mayozda kromozom ayrılmasını gerçekleştirmek
- Organellerin intraselüler transportu, yani hücre içinde taşınımını ifade eder.
- Hücre iskeleti aktin filament, İntermediate filamentler ve Mikrotübüller olmak üzere üç çeşit proteinden yapılmıştır.
Aktin Filament
- Aktin proteinlerin monomerleri uzun, ince iplikçikler (fiber) oluşturacak şekilde polimerize olurlar.
- Hücre iskeletinin en ince filamentleridir. (mikrofilament)
- Hücreye mekanik destek, kuvvet sağlar.
- Transmembran proteinlerini sitoplazmik proteinlere bağlar.
- Sentrozomları mitoz sırasında hücrenin farklı kutuplarına yerleştirir.
- Sitokinez sırasında bölünen hayvan hücrelerinin ayrılmasını sağlar.
- Bazı hücrelerde sitoplazmik akışı gerçekleştirir.
- Beyaz kan hücreleri ve amobea gibi hücrelerde lokomosyon oluşturur.
- Kas kasılması sırasında destek sağlamak için iskelet kası iplikçiklerinde kalın miyozin filamentleri ile hareket eder.
İntermediate Filament
- Bir çok orta kalınlıkta (intermediate) filament türleri vardır.
- Her biri bir ya da daha fazla spesifik proteinden yapılmıştır.
- Saç, tırnak ve epitel hücrelerde bulunan keratinler
- Çekirdek zarfının içteki membranını stabilize eden ve bir ağ oluşturan (meshwork) çekirdek laminleri
- Nöronun uzun aksonlarını kuvvetlendiren nörofilamentler
- Kas ve diğer hücrelere mekanik destek sağlayan vimentinler
- Kimyasal çeşitliliğe rağmen, ara büyüklükteki filamentler hücrede benzer rolleri oynarlar; hücre içinde bir destek çerçevesi oluştururlar.
- Farklı epitel türleri, kendi intermedia filamentlerinin yapmak için farklı keratinleri oluşturur.
Mikrotübüller
- Mikrotübüller; düz, yani dallanmamış olan yuvarlak silindirlerdir.
- Alfa tübülün ve beta tübülin dimerlerinden oluşurlar.
- Kinezin ve diyenin olmak üzere iki ana grup mikrotübül motorları vardır
- Kinesinler mikrotübüllerin artı ucuna doğru hareket eder iken diyezin eksi uca doğru hareket eder.
- Kromozomların mitoz ve mayozda göç etmesi, iğ iplikçiklerini yapan mikrotübüllerin üzerinde gerçekleşir.
Plazma Membranı
- Özelleşmiş membran proteinleri ile iyon gradientleri kas ve sinir hücrelerinde elektrik üretmek ve geçirmek için kullanılır.
- Plazma membranı iki katlı (bilayer) bir yapıdadır.
- Lipit çift tabaka yapısı sadece bir kaç tane su, amonyak gibi küçük yüklü olmayan polar moleküllerin girmesine izin verir.
- Şeker, aminoasit ve protein gibi suda çözünen bir moleküle ve sodyum ve potasyum gibi önemli yüklü partiküllerin hücre içine girişine ve hücreden dışarı çıkışına izin vermez.
- Lipid bilayer yapının kendini onarma özelliği vardır.
- Ökaryotlarda plazma membranındaki büyük yırtıklar hücre içi veziküller ile tamir edilir.
- Lipid bilayer için kenarlara sahip olmamanın en iyi yolu kendi üzerine kapanarak onu kapalı bir bölme haline getirmektir.
- Plazma membranının yapısında bulunan fosfolipitler fosfoditiletanolamin, fosfoditil serin, sfingozin olmak üzere farklı gruplarda bulunurlar
- Membran yapısında sadece fosfolipitler bulunmaz, aynı zamanda kolesterol ve glikolipitler de bulunur.
- Kolesterol membrana sağlamlık kazandırır. Membranın geçirgenliğini düzenler. Genellikle suda erimiş olan küçük moleküllerin membrandan içeri girmesini engeller.
- Lipid tabakadaki asimetriyi yaratanlardan birisi de şeker bağlı olan glikolipidlerdir
- En karmaşık glikolipidler gangliozidlerdir.
- Glikolipidler reseptör moleküllerin bağlandıkları kapılardır.
- Lektinler glikolipidlerdeki ve glikoproteinlerdeki şeker gruplarına bağlanarak hücre-hücre ilişkisini sağlarlar.
- Asimetrik yapı kolesterol ve glikolipidlerin farklı yerlerde, dağınık ve farklı miktarda bulunmalarından kaynaklanır.
Membran Proteinleri
- Lipit tabakaya gömülü olan proteinlerin çeşitliliği, hücrenin çevresi ile olan ilişkisini kontrol eder.
Ligand kapılı kanallar: Asetil colin sinir hücrelerinde implusu, kas hücrelerinde ise kasılmayı sağlar. Ligand, karmaşık bir yapıda merkezi bir moleküle bağlanan bir grup, molekül veya iyonu ifade eder.
Voltaj kapılı kanallar: Sinir ve kas hücrelerinde bulunur.
Mekanik kapılı kanallar:
- Transmembran proteinlerinin bir kısmı membranı bir ya da daha fazla kez kat ederler.
- Bu proteinler ile yapılan taşınım konsantrasyon (belli bir hacimdeki madde miktarı) gradienti yönünde olursa kolaylaştırılmış diffüzyon; gradientin ters yönünde olursa aktif taşınım adını alır.
- Diğer membran ile ilişkili proteinler çift tabakaya bağlanmazlar, ancak membranın diğer tarafına bağlanırlar. Birçoğu transmembran proteinlerine kovalent olmayan bağlar ile bağlanırlar. Bunlara periferal membran proteinleri denir.
- Lipid çift tabakadaki lipid molekülleri ile bir arada tutulan ve diğer protein moleküllerine alışılmışın dışında, sıkıca bağlı olan proteinlere ise integral membran proteinleri denir.
- Fosfolipit moleküllerinin polar olmayan kuyruğu iç kısımda, polar olan baş kısmı ise dış kısımda bulunur.
- Lipit çift tabaka hücreyi örten akışkan, esnek bir örtü oluşturur.
- Plazma membranına gömülü olan proteinler hücre ile çevresi arasındaki ilişkileri düzenler.
- Plazma membranındaki yerlerine göre reseptör, taşıyıcı kanallar ve hücreyi tanımlayan göstergeler gibi farklı işlevleri vardır.
- Belirteç (marker) proteinler hücreyi diğer hücrelere tanıtan flamalar gibidirler.
- Transport proteinler göndermek ve almaktan sorumlu olan proteinlerdir.
- Reseptör proteinler hücre membranı boyunca yayılırlar. Hücrenin iletişim ve haberleşme bürosu olarak, hücreye diğer hücrelerle iletişimde bulunma olanağını sağlar.
Hücre Siklusu ve Hücre Bölünmesi
- İnterfaz G1, S ve G2 olmak üzere üç evrede incelenir.
- (G1,) hücre bölünmesi tamamlandıktan hemen sonra başlar.
- Birçok gen aktif duruma gelir, RNA ve protein sentezi olur ve hücreler yayılırlar. Bu evre hücrelerin sentez aktivitelerinin en yoğun olduğu evredir.
- G1 evresinin uzunluğu hücrelere göre değişkenlik gösterir.
- Bir hücrenin bölünmeye başlaması bir dizi genin karşılıklı etkileşimi ile sağlanır. Bunlara mitotik uyarıcılar denir (mitotik trigger).
- G1 evresinden sonra sentez fazı (S) gelir.
- Sentez ile anlatılan DNA sentezidir.
- Sentromer kromozomların bölünme esnasında doğru bir şekilde ayrılması için gereklidir.
- (G2) evresine girerler. Bu evre birinci aralıktan daha kısadır.
- Bölünen hücreler metabolik olayları bitirirler ve bölünmeye hazır olana kadar bu evrede kalırlar.
- Eğer S fazından sonra DNA’da bir hasar olursa tamir edilene kadar hücreler bu evrede bekletilir, bir anlamda tutuklanır.
Hücre Döngüsünün Kontrolü
- Büyüme faktörlerinin ve besin maddelerinin yoğunluğu azaldığında hücre bölünmesi durur.
- Protein faktörlerden bilinenleri
- Siklin
- Sikline bağlı kinaz birliği
- Mitozu uyaran birlik
- Anafaza yardım eden molekül birliği
- Proteazlar ve proteozom
- Siklinler hücre döngüsü süresince miktarları, seviyeleri değişen; azalıp, artan proteinlerdir.
- Her aşamanın kendine has siklinleri vardır.
- G1 aşaması siklinleri siklin D; S fazı siklinleri siklin A ve E; mitotik siklinler ise siklin B ve A olarak bilinir. Siklinlerin görevi hedef proteinler ile birleşmek ve böylece onların fosforillenerek aktive olmasını sağlamaktır.
- Protein kinazlar moleküllere fosfat grubu ekleyerek onları etkin (aktif) hale getirir.
- Moleküller harekete geçmek; işlevini görebilecek etkin hale gelmek için genellikle fosfat grubuna gerek duyarlar. Genellikle önceden sentezlenmişlerdir, ancak etkin halde değillerdir.
- Siklin, hedef proteine yani, fosforillenecek proteine bağlanıp, onu tutar; kinaz da proteine fosfatı ekler
- Siklin ve sikline bağlı kinazdan oluşan karmaşık yapı, mitozun olgunlaşmasına yardım eden faktör olarak da isimlendirilir
Siklusun Aşamaları
- Hücre siklusunun G1 aşamasında miktarları artan G1 siklinleri sikline bağlı kinaz (CDK) molekül birliğine bağlanır ve kromozomları replikasyona hazırlamak için hücrelere sinyal verir.
- DNA ve sentrozomu replikasyona hazırlar.
- Siklusun sentez aşamasında mitotik siklinler yükselmeye başlar.
- S fazı süresince genomun bir kere ve sadece bir kere kopyalanmasını garantiler.
- Hücreler büyüme faktörleri ve besin maddeleri olmaksızın sessiz durumda kalırlar; ancak büyüme faktörleri ve besin maddeleri varlığında hücre döngüsüne girerler.
- Kontrol noktalarının söz konusu olmadığı ya da çalışmadığı durumlar kromozom sayısının bir ya da daha çok artmasına, azalmasına, kromozom sayısının hücrelerdeki seti (n) kadar artmasına ve çok sayıda mutasyona neden olur
Kontrol Noktaları
- G1, metafaz ve G2 evresinde olmak üzere esasen üç kontrol noktası
- Kontrol noktaları siklusun herhangi bir hatayı kaldıramayacak kadar önemli olan dönüm noktalarında devreye girer.
- G1 aşamasındaki kontrol noktası ancak hücre yeteri kadar büyüdüğünde, büyüme faktörleri ve besin maddeleri varlığında geçilir.
- Metafaz evresi, ancak tüm kromozomlar iğ ipliklerine bağlandığında ve sentromer ikiye bölündüğünde geçilerek kontrolü sağlanır.
- Kromozom replikasyonu başarılı bir şekilde tamamlandığında G2 aşamasındaki son kontrol gerçekleşmiş olur. Bu noktalarda meydana gelen hatalar giderilinceye kadar hücre olduğu evrede bekletilir. Hatalar giderilemezse hücre ölüme gönderilir (apoptozis).
- DNA hücre bölünmeden sadece bir kere replike olur.
- Geç gelen DNA ipliğindeki Okazaki kısa dizilerinin (fragmanları) yerini kesintisiz tüm bir ipliğin alması replikasyonun tamamlanmadığını gösterir.
- S fazından önce (G1 kontrol noktası), S fazı süresince ve DNA sentezinden sonra (G2 kontrol noktası) olan DNA hasarları fark edilir.
- Kaderinde bölünme olmayan hücrelerin bölünmeden uzak durmaları G0 kısıtlayıcı (restriction) nokta ile sağlanır.
- Bölünmeyen hücreler hücre döngüsünün G0 noktasında kalırlar.
- Büyüme faktörleri, besin maddeleri, siklin ve sikline bağlı CDK molekül birliği hücreleri G0 noktasından atlatarak, hücre döngüsünün yürümesini sağlar.
Mayoz ve Mitoz Bölünme Konuları İçin TIKLA
Apoptoz
- Apoptoz sürecinde siklin ve sikline bağımlı kinaz oluşumlarını engelleyen, etkinsizleştiren CDK baskılayıcı proteinlerin varlığı bilinmektedir.
- DNA molekülünde bir hasar olursa hücre döngüsünü ilerleten sikline bağlı kinazların harekete geçmesi engellenerek DNA molekülündeki hasar giderilinceye kadar hücre G1 aşamasında bekletilir.
- Hücre döngüsünün kontrolü demek ki esas olarak hücrelerin bulundukları evreden çekilmesi ve hücre bölünmesinin durdurulması ile gerçekleşir.
- Hücrelerin zedelenmesine, hasarına neden olan durumlar mekanik hasar ve toksik kimyasallara maruz kalmalarıyla meydana gelir.
- Plazma membranının iyon ve su geçişini kontrol etme yeteneğinin bozulması ile hücreler ve mitokondri gibi bazı hücre bölmelerinin şişmesi sonunda hücre içindekiler dışarıya sızarak çevre dokularda iltihaba neden olurlar.
- Hücrelerin bu şekilde ölmeleri nekroz olarak adlandırılır.
- Nekroz; enzimlerin hücre grupları, bir yapı ya da bir organın üzerindeki parçalayıcı fonksiyonundan kaynaklanan morfolojik değişikliklerdir.
- İntihara sürüklenen hücrelerde yaşanan olaylar farklıdır.
- Hücreler büzülürler. Yüzeylerinde hava kabarcığı şeklinde oluşumlar meydana gelir.
- Çekirdeklerindeki kromatin parçalara ayrılır.
- Apoptoz komşu hücrelere zarar vermezken nekrozda meydana gelen iltihabi süreç patolojik bir durum yaratır.
- Sitokinler: lökositler ve bazı lökositik olmayan hücreler tarafından salgılanan ve antikor olmayan proteinlerdir.
- Hormonlardan farklı olarak özelleşmiş bezler tarafından üretilmezler; birçok doku ve hücrelerden salgılanırlar.
- DNA’ya hasar veren UV, X ışını, kemoterapik ilaçlar ve hücre içinde oksidanların seviyesinin artması, üçüncül yapısına düzgünce katlanamayan birikmiş proteinler ile hücre yüzeyinde bulunan ve apoptozu tetikleyen moleküller negatif faktörlerdir.
- Apoptoz normal koşullarda da gerçekleşir.
- İribaşın kurbağaya dönüşüm sürecinde (metamorfoz) kuyruğunun yok olması apoptoz ile gerçekleşir.
- Fötüsün el ve ayak parmaklarının oluşumunda, aralarındaki doku apoptoz ile ortadan kaldırılır.
- Ortamda olmaması gereken, yeteri kadar fonksiyon göremeyen hücrelerin programlı olarak yok edilme yolu apoptozdur.
- Kazpaz 9 (caspase) bir düzine kazpazdan oluşan bir ailenin üyesidir. Hepsinin ortak özelliği proteaz olmalarıdır.
- Adlarını bir proteini genellikle aspartik asit rezidülerinden keserek yapmalarından almışlardır.
- Bir kazpazın diğerini etkinleştirmesi şelale gibi yayılan ve sitoplazmadaki yapısal proteinlerin ve kromozomal DNA’nın parçalanması ve hücrelerin fagosite olmasına yol açan kompleman etkinliği ve kan pıhtılaşmasında olduğu gibi bir dizi proteolitik aktivite yaratır.
- DNA molekülünde hasar meydana geldiğinde, gen düzenleyici molekül olan ve normalde az miktarda bulunan p- 53 geninin konsantrasyonu (derişim) ve etkinliği arttırılır.
- P- 53 proteini genel bir kopyalama faktörüdür.
- P- 53; sikline bağlı kinaz (CDK) inhibitör proteini olan p- 21 kodlayan genin transkripsiyonunu arttırır
- P- 21 proteini G1 aşamasındaki siklin D ve sentez aşamasındaki siklin E ve A’ ya bağlanarak CDK ile moleküler yapı birliği (kompleks) oluşturmasını engeller.
- Apoptozom kazpazları harekete geçirir; proteolitik bir etkinlik zinciri meydana gelir.
- P-53, bcl-2, bax ve kazpazlar’ın apoptoz ve kanser gelişiminde önemli rollerini unutmamız gerekir.