Canlıların Evrimi (Evolusyon)
Evrim, kelime anlamı ile "gelişme" olarak tanımlanır. Bu deyim latince dış gelişim (evoluence) kökünden gelmektedir. Ontogenesis (embriyonal gelişme) ile evrimsel gelişme aralarında süreç bakımından fark vardır. Bir tavuk yumurtası belirli ısıda tutulduğu zaman embriyonal gelişim göstererek civciv haline gelir. Yumurta içindeki embriyo ontogenesis sonucu ergin canlıya dönüşür.
Modifikasyon ve mutasyonların incelenmesinden, canlılarda çeşitli iç ve dış etmenlerde devamlı bir takım değişmelerin olduğu ve bunların dölden döle geçebileceğini öğrendik. Böylelikle ilk çağlarda gerek çeşit gerekse yapı bakımından basit ve ideal olan canlıların değişmelerle yeni türlerle zenginleştikleri ve yapısal bakımdan daha evrinmiş oldukları söylenebilir. Bu düşünce şekli, canlılarda devamlı bir evrimin olduğu ve canlılarda yeni türlerin meydana geldiği şeklinde tanımlanan bir görüştür. İlk kez Lamarck adlı araştırmacı türlerin değişmezlik teorisine karşı, canlılarda devamlı bir gelişim meydana geldiği görüşü yani (Evolüsyon=Evrim) teorisini ortaya atmıştır.
Daha sonra Darwin (1809-1882) adlı İngiliz bilgini, "Doğal seleksiyon ile türlerin oluşumu" adlı yayınında ileri sürdüğü fikirleri açıklamıştır. Bu görüşler şu şekilde özetlenebilir:
1. Canlılar yaşadıkları doğal ortam içinde, devamlı olarak yaşam savaşı içindedirler.
2. Ortam koşullarına en iyi uyabilen canlılar, bu devam eden yaşam savaşından galip çıkarlar. Galip çıkanlar, diğerlerine üstün gelerek o ortamda çoğalıp yaşamalarını ve döllerinin devamını sağlarlar. Böylelikle doğa koşulları canlılar arasında bir seleksiyona sebep olur. Buna doğal seçim denilmektedir.
3. Genetik farklılaşmalar, seleksiyon sonucunda ortaya çıkar.
Darwin'in ortaya attığı bu görüşler, genetik bilimin babası Mendel (1822-1884) çaprazlamalarının sonuçlarını ve kalıtım yoluyla dölden döle karakterlerin geçişleri ile ilgili kanunları açıklamıştır. Ayrıca doğal bilimler alanında yapılan embriyolojik, sitolojik, fizyolojik ve antropolojik araştırmalarda sağlanan kanıtlar da LAMARCK ve DARWİN'in ortaya attıkları görüşleri destekler niteliktedir.
Evrim Kanıtları: Canlılarda evrimin oluştuğuna dair, çeşitli ve farklı kanıtlar ileri sürülmektedir. Bu bakımdan özellikle bitki ve hayvan fosillerinden öğrenilen gerçeklerle, karşılaştırmalı morfoloji, coğrafık dağılış bakımından bulunmuş kanıtlar çok önemlidir.
Hayvansal ve bitkisel fosiller incelendiğinde, dünyada canlıların değişmez olmadığını; aksine değişik devirlerde farklı hayvan ve bitkilerin dünyada egemen oldukları ve farklı devirlerde görülen hayvan ve bitki türleri arasında tipik geçit formlarının bulunduğu ortaya konulmuştur. Aynı şekilde canlılarda morfolojik bakımdan saptanan yakın benzerlikler de, onların aynı kökenden evrinmiş olduklarının kanıtı sayılır. Canlıların gelişim kademelerindeki ortaklık ve fizyolojik fonksiyonlarındaki yakın benzerlik canlılarda evrimin meydana geldiğini çok açık delillerle ortaya koymuştur.
Genetik ve Evrim
Son zamanlarda, genetikte ayrı bir inceleme alanı olarak tartışılan konulardan biri genetiğin canlılardaki evrim problemi ile ilişkisidir. Sitolojik araştırmalarda, türler arası genetiksel deneyler yapılmaktadır. Bu deneylerin koşullarını belirlemek yoluyla tür ve alt tür bağıntıları, sitolojik esasları ve ortamla ilişkileri saptanarak, evrimin daha iyi anlaşılmasına çalışılmaktadır. Bu konuda yapılan araştırmalarla saptanmış olaylar, doğada varolan canlı tiplerinin kökenini ve evrimini tam formüle edememektedir. Yeni evrim kuramına göre evrim, doğal seleksiyondan ziyade genetiksel değişmelerin bir sonucudur ve genetiksel değişmelerle yaratılan mutasyonlardır. Kalıtsal olayların temelinde mutlaka genler vardır.
Genlerin devamlılığını ve dölden döle geçmesini sağlamak ancak çiftleşme olması durumunda mümkün olabilir. Çiftleşme yapamayan veya yapsa bile (at, eşek çiftleşmesi gibi) verimli döller veremeyen canlılarda gen geçişi olamaz. O halde canlıların ortak atadan geldiği yani evrimleştiği kabul edilmektedir.
Darvvin'in sonuçlarına göre populasyonlar arası ilişkiyi inceleyen genetiğin dalı olan populasyon genetiği bugün evrim kurallarım açıklayan genetik dalıdır. Genetiğin diğer bir dalı da son yıllarda çok popüler olan moleküler biyolojidir.
Öte yandan 1980 li yıllardan beri güncel hale gelen genom analizleri sonucu gen teknolojisindeki ilerlemeler evrim hakkında ayrıntılı bilgiler edinmemizi sağlamıştır.
Canlıların Evrimi (Evolusyon)
Biyoteknolojik Çalışmalar
Teknolojik gelişmelerin en göze çarpıcı olanı biyoteknolojidir. Biyoteknoloji genelde "insanın yararlanabileceği, ürün ve hizmetlerin mikroorganizmalar, mikrobiyal parçacıklar ve diğer biylolojik materyaller kullanarak endüstriyel işlem yoluyla sağlanması" olarak tanımlanmaktadır.
1970 yıllarından başlayan süreç içerisinde biyolojik gelişmelerden yararlanan biyoteknoloji; eczacılık, tıp, ziraat vs. gibi bilim dallarında devrim sayılacak büyük gelişmeler göstermiştir. Biyoteknoloji yoluyla insanlığın hizmetine giren teknolojik yenilikler büyük toplumsal değişimler ortaya koymuştur. Biyoteknolojik gelişmelerden yararlanan sektörler şunlardır:
1-Ziraat uygulamaları ve hammaddeler
Biyoteknolojik uygulamalarla birçok hammadde için gerekli enzimatik reaksiyonlarda kullanılan çok farklı enzimler kullanılmaktadır.
Tarımsal atıklardan bugün örneğin metanol gibi maddeler bol ve kolaylıkla elde edilebilmektedir. Gıda maddeleri piyasaya sürülmeden önce test edilip aflotoksin bulunup bulunmadığı kontrol edilmektedir. Bu teknoloji ile bitkilerin besin değerleri artırılmış ve örneğin bünyesinde kükürt bulunan bitkilerle beslenen koyunların yünlerinin daha kaliteli olduğu görülmüştür. Yeni teknoloji ile bitkilerden örneğin tütünden hemoglobin elde edilebilmektedir. Ayrıca biyoteknolojik yöntemlerle bugün memeli hayvanların sütlerinden yararlı ilaçlar üretilebilmektedir.
2-Çevre Uygulamaları
Bugün kimyasal atıklar değiştirilerek çevreye zarar vermeyecek maddelere dönüştürülmektedir. Atıkları parçalayan mikroorganizmalar bu teknikle elde edilmektedir. Bugün biyoreaktör denilen toprak ve sudaki civayı temizleyen kolibasilileri elde edilmiştir. Rekombinant DNA teknikleri kullanılarak çevreyi kirleten toksik atıkları parçalayan mikroorganizmalar elde edilmiştir.
3-Sağlık Uygulamaları
Bioteknolojik gelişmelerle bugün antibiyotikler, interferon, aşılar gibi tıpta yoğun kullanılan preparatlar kolaylıkla ve daha ucuza elde edilebilmektedir. Bugün birçok hormonun yanısıra insülün gibi maddeler de insanlık hizmetine sunulmuştur. Genetik hastalıkların çoğunun, mutasyonlar sonucunda işlevini yitiren bir gen nedeniyle ortaya çıktığı bilinmektedir. Bir hastanın hücrelerine normal gen kopyasının aktarılması ile tedavi edilmesine gen tedavisi denilmektedir. Gen tedavisi somatik hücrelere yada eşeysel hücrelere gen nakli yapılması ile mümkün olabilir. Bu yöntemde normal genler işlev yapamayan bozuk geni bulunan vücut hücrelerine aktarılır. Tek gen mutasyonlarında hemofili, kas körelmesi vb. gibi yaklaşık 250 hastalık biyoteknolojik yöntemlerle tedavisi yapılabilmektedir. Kanser, şeker hastalığı, yüksek tansiyon gibi hastalıklarda da birden fazla gen etkili olduğundan biyoteknolojik yöntemlerle çok başarılı ümit verici gelişmeler elde edilmiştir. Genetik mühendisliği enfeksiyon hastalıklarının hızlı ve güvenli bir biçimde tanımlanmasında önemli görev üstlenmektedir. Burada kullanılan teknikler monoklonal antikorlar ve DNA prob teknolojisi'dir. Bu teknikler tıpta AİDS ve kanserin kesin tanısında kullanılmaktadır.
4- Enerji sektörü
Bugün biyoteknolojik uygulamalarla metan eldesi ve enerji tasarrufu sağlayacak enzimatik reaksiyonların yaygınlaştırılması mümkün olabilmektedir.
Gen Teknolojinin Genetik ve Evrimde Sunduğu Olanaklar
2000 yılından itibaren, genom projesi adı verilen ve insanın gen dizilerinin ve işlevinin büyük oranda açıklığa kavuşturulması ile genler hakkında inanılmaz bilgi birikimi ortaya çıkmıştır. Bugün bu teknoloji, genetik hastalıkların moleküler temellerini aydınlatmada kullanılan temel bir yöntem haline gelmiştir. Bunun yanısıra astım vb. gibi çok yönlü karmaşık hastalıklarda genom analizleri çok başarılı olmuştur. Bugün genomdaki değişimlerin izlenmesi ile bireyler arası genetik farklılıklar saptanabilmektedir. Bir veya birçok genin etkisi ile ortaya çıkan basit ve karmaşık genetik hastalıklarda genom çalışmaları birçok özel durumları ortaya çıkarmıştır. Örneğin insanlarda ortaya çıkan birçok hastalığın, aslında insan genomu ile çevrenin yoğun etkileşimi ile meydana geldiği anlaşılmıştır. Hatta yüksek tansiyon damar, hastalıklarının, psikolojik bozuklukların sebebi hep aynıdır. Gen teknolojisi metoduyla bugün yeni doğan bebeklerin bazı genetik kökenli hastalıkları için tarama yapılabilmekte ve aileler bu konuda ayrıntılı olarak bilgilendirilmektedir.
İnsan genom çalışmaları sonucunda ilginç evrimsel ipuçları da ortaya çıkmış bulunmaktadır. Bugün insandaki 30.000 dolayındaki genlerin çok azının aktif olduğu, belli kromozomlarda yoğunlaştığı ve protein kodlayan bölgelerin büyük bölümünün tekrarlanan dizilerden (hurda DNA) oluştuğu tespit edilmiştir. Bunların tarihlerinin belirlenmesi ve başka canlı türleri ile karşılaştırılması sonucu evrimin moleküler düzeyde incelenmesine olanak sağlanmıştır. Evrim sürecinde vücudumuzu enfekte eden bakteri ve virüslerin, genomumuza entegre olduğunu görüyoruz. Bunlarda bağışıklık sistemimizde rol almışlardır.
Mutasyonlar, Mutasyon Nedir
Çeşitli etkilerle bir canlıda aniden idiotipik değişmeler meydan gelebi-lir.Bu ani değişmelere mutasyon adı verilir. Mutasyonlar, onları meydana getiren etmenler ele alınarak iki grupta incelenir.
Mutasyon Çeşitleri
1. Doğal (Spontan) mutasyonlar: Bunlar doğada kendiliğinden oluşan mutasyonlardır. Örneğin, dikenli bir bitkiden dikensiz bir bitkinin meydana gelişi, kan gruplarının oluşumu gibi.
2. Yapay (Eksperimental) mutasyonlar: Örnek, insanların, bitkilerin ve hayvanların kromozomlarına ve genlerine müdahale ederek sayısını arttırması ve formunu değiştirmesiyle yeni bireylerin oluşumu. Çekirdeksiz karpuz, iri elma, portakal, şeker pancarı gibi meyveler insanlar tarafından yapay olarak elde edilmiştir.
Canlılarda Cinsiyet (Eşey) Belirleyen Faktörler
Eşey canlılar arasında önemli ve büyük bir karekteristik bir farktır. İster hayvan, ister bitki olsun bir bireyin dişi veya erkek oluşu, onun fenotipik ve genotipik farklılığını belirler. Eşeyle ilgili farklılaşmalarda çeşitli faktörler etkilidir. Bunlar;
1. Ortam faktörleri: Eğrelti bitkisinde dişi (Arkegon) ve erkek (Anterid) organlarını veren ön çim (protal) bol azotlu gübreyle beslenirse irileşir. Hepsi dişi organları verir.
2. Döllenmeden önce yumurtayı etkileyen faktörler: Bazı canlılarda bir birey belli bir zamanda dişi olduğu halde, bazı zamanlarda ise erkek rolündedir. Örnek, yeşil alglerden Spirogyra'nın iplikçikleri arasındaki döllenme şekli.
3. Kromozomal farklılıklar: Örnek, insanlarda XX ve XY kromozomlarının durumu
DNA'dan RNA sentezi (Transkripsiyon)
Erkek bir canlıdan gelen spermin taşıdığı bir miktar DNA ile dişi bir canlıdan gelen yumurtanın taşıdığı DNA birleşerek tam bir DNA'yı verir. Bu DNA meydana gelecek yavrunun tüm özelliklerini içinde barındırır.
İlk aşama RNA sentezidir. Bu işlem DNA'nın açılmasıyla başlar. DNA'nın çift zincirli yapısını tıpkı bir "fermuar" gibi açmaya başlar. DNA çözülmeye başladıkça "RNA polinıeraz" adı verilen özel bir protein DNA'nın üzerinde gezerek onu okumaya ve RNA'yı sentezlemeye başlar.
Üretilen RNA'nın DNA'dan tek farkı Adenin bazının karşısına Timin yerin "U" harfiyle gösterilen "Urasil" bazının gelmiş olmasıdır.
Bu işlemler sırasında RNA kaba olarak DNA'dan üretildikten sonra üzerinde düzeltmeler yapılır.
RNA'dan Protein Sentezi (Translasyon)
Düzeltme işlemleri tamamlanmış olan m-RNA daha sonra çekirdek (nükleus) den çıkarak "Ribozom" adı verilen bir hücre organeline doğru yol almaya başlar. Ribozoma ulaşan m-RNA ribozoma bağlanır. m-RNA'nın bir özelliği ise DNA'daki gibi sıralanan bazların 3'lü gruplar halinde ayrılmış olmasıdır. Paylaştırılan bu üçlü gruplara "kodon" adı verilir.
Bu şekilde üretilen m-RNA ribozoma bağlandıktan sonra 3'lü grupların okunmasına başlanır. t-RNA adı verilen bir başka RNA çeşidi ise bildiğimiz m-RNA veya DNA kadar uzun değildir. t-RNA (Taşıyıcı RNA) üzerinde yalnızca 15-20 baz sırası bulundurur. t-RNA'nın diğer bir özelliği ise birbiri ardına sıralanan bazların bir daire oluşturacak şekilde bağlanmasıdır.
t-RNA halkasının üzerinde iki önemli bölge vardır. Bu bölgelerden ilki, taşıyacağı aminoasidin tanınmasını sağlayan bölgedir. Diğer bölge ise t-RNA'nm m-RNA'ya bağlanacağı, 3 adet baz sırasından oluşan bölgedir. Bu bölgeye ise "anti-kodon" adı verilir. Aminoasiti taşıyan RNA "t-RNA'lar aminoasitleri taşıyıp sırasıyla kodonlara bağlandıkça, t-RNA'ların sırtlarındaki aminoasitlerde birbirleriyle bağlanmaya başlarlar.
Gen Yapılarının Anlaşılmasında Proteinlerin Yeri
Genler proteinlerin özelliklerini belirlemektedir. Proteinlerin anlaşılması, her proteinin tüm bileşenlerinin çözümlenmesi anlamına gelmektedir. Bu konuyu inceleyen bilim dalına proteomik denilmektedir.
Proteomik araştırmalarda bilim adamlarının karşı karşıya kaldığı ö-nemli bir güçlük bulunmaktadır. Bu da proteinlerin, genlerden çok daha karmaşık yapıda oluşur. Bilindiği üzere gen dizilişinde geni oluşturan DNA baz dizilişini tanımlarlar. Proteinler farklı moleküllerin bir araya gelme özellikleri nedeniyle daha karmaşık ve daha çok çeşitlilik gösterirler. Öte yandan proteinler çevre koşullarının değişmesiyle hücredeki yerlerini değiştirebilir, parçalanabilir, hatta başka bir moleküle kolaylıkla bağlanabilirler.
Genler Arası Bağlantı ve Krossingover Olayı
Her kromozomda çeşitli karakterlerin kalıtımını etkileyen birçok gen, kromozom ekseni boyunca belli bir düzende sıralanmıştır. Homolog kromozomlarda belli karakterlerin kalıtımını idare eden genler beraberce gen grupları halinde döllere geçerler. Genler arasında daima bir bağlantı vardır. Bu bağlantıya genler arası bağlantı denir. Bazen bu genler arasında bağıntı çeşitli olaylarla çözülebilir. Buna krossingover olayı denir. İki gen birbirinden ne kadar uzakta ise parça değişimi olma olasılığı o kadar yüksektir. Bu verilerden yararlanarak birçok canlı türünün kromozom haritası çıkarılmıştır. Aynı teknikle son yıllarda insandaki bütün kromozomların haritası, hazırlanarak özellikle hastalık yapan genlerin konumu ayrıntılı bir biçimde ortaya konmuştur.
DNA ve RNA’nın Yapısı ve Özellikleri
Genetik olayların hücrede moleküler düzeydeki temeli genetik materyal görevini üstlenen nükleik asitlerin yapı ve özelliklerine dayanır. Nükleik asitlerin iki türü olan deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) temelde aynı yapısal özelliklere sahiptir.
DNA ve RNA Arasındaki Farklar
DNA
Bulunduğu yer Çekirdek, mitokondri, kloroplast, prokaryotların sitoplazmalarında
Zincir şekli Çift zincir
Yapısındaki bazlar A, T, G, C
Yapısındaki şeker Deoksiriboz
Sentezlenmesi DNA polimeraz enzimleri sayesinde kendi kendini eşleyerek
Hücredeki sentez yeri Prokaryotlarda sitoplazmada, ökaryotlarda, çekirdek ve bazı organellerde
Görevi Genetik bilginin depolanması, nesiller arasında aktarılması ve hücredeki metabolik faaliyetlerin yönetimi
Nükleotitlere ayrılması DNA-az enzimleri ile
Çeşidi1 çeşit
RNA
Bulunduğu yer Sitoplazma, çekirdek ve hücre organellerinde
Zincir şekli Tek zincir
Yapısındaki bazlar A, U, G, C
Yapısındaki şeker Riboz
Sentezlenmesi RNA polimeraz enzimleri sayesinde DNA tarafından
Hücredeki sentez yeri Prokaryotlarda sitoplazmada, ökaryotlarda çekirdekte
Görevi Protein sentezi, genetik bilginin taşınması
Nükleotitlere ayrılması RNA-az enzimleri ile
Çeşidi 3 çeşlit: m-RNA, t-RNA, r-RNA
Genler, DNA'daki bazı kimyasal dizilimler olan nükleotidlerden meydana gelmiştir. Çoğunlukla kromozomların içerisinde bulunurlar. Ayrıca DNA molekülü prokaryotlarda (bakteriler) kromozom dışı genetik sistem olan plazmidlerde, Ökaryotik hücrelerde genetik materyalin kromozomlar (Nükleus) dışında temel olarak (hayvan ve bitkilerde ) mitokondri ve (sadece bitkilerde ve alglerde ) kloroplastlarda bulunduğu bilinmektedir.
1953 yılında Watson ve Crick DNA molekülünün kendine has özelliklere sahip bir çift sarmal yapı halinde bulunduğunu ileri sürdüler. Bu araştırıcıların önerdikleri DNA yapısı o tarihlerde başka araştırıcılar tarafından ortaya konulan DNA'ya ilişkin önemli bulgulara dayanmaktadır.
Bir başka önemli bulgu da Chargaff tarafından saptanmıştır. Herhangi bir türe ait DNA'nın nükleotidlerine parçalandığında serbest kalan nükleotidlerde adenin miktarının timine, guanin miktarının da sitozine daima eşit olduğu görülmüştür.
Bu modele göre DNA molekülü, heliks (sarmal) şeklinde kıvrılmış, iki kollu merdiven şeklindedir. Merdivenin kollarını, şeker (deoksiriboz) ve fosfat molekülleri meydana getirir. Deoksiriboz ile fosfat grupları ester bağlarıyla birbirlerine bağlanmıştır. İki kolun arasındaki merdiven basamaklarında gelişigüzel bir sıralanma yoktur. Her zaman guanin (G), sitozin'in (C yada S); Adenin (A) de Timin'in (T) karşısına gelir. Hem pürün (yani adenin ve guanin ) ile pirimidin (yani sitozin ile timin) arasındaki hidrojen bağlan, hem de diğer bağlar, meydana gelen heliksin düzgün olmasını sağlar. Pürin ve pirimidin bazları, yandaki şekerlere (riboz), glikozit bağlarla bağlanmıştır. Baz, şeker ve fosfat kombinasyonu, çekirdek asitlerinin temel birimleri olan nükleotidleri meydana getirmiştir. Dört çeşit nükleotid vardır. Bunlar taşıdıkları bazlara göre isimlendirilirler (Adenin, Guanin, Sitozin, Timin).
DNA molekülü kendini oluşturan nükleotidlerin sayısına bağlı olarak, büyüklüğü türden türe değişen, uzun zincir şeklinde bir yapı gösterir.
İki polinükleotid zincirdeki nükleotidler karşılıklı olarak birbirlerine hidrojen bağları ile bağlanmıştır. Bu bağ fosfor bağları kadar kuvvetli olmadığı için pH değişikliği, sıcaklık basınç gibi faktörlerde kolaylıkla birbirlerinden ayrılabilmektedir. DNA'nın kendi kopyasını yapması ve gen açılımı, nükleotidler arasındaki hidrojen bağlarının ayrılması ile gerçekleşir.
Nükleotidler birbirlerine fosfat bağlarıyla bağlanarak, şeker ve fosfat kısımlarının birbirlerini izlediği serilerden oluşan bir omurgaya sahip uzun ve dallanmış polinükleotid zincirlerini meydana getirmiştir. Kovalent ester bağları olarak da bilinen bu bağlar son derece kuvvetlidir. Genetik mühendisliğinin hedeflerinden biri olan klonlama çalışmaları, doğal yolla gerçekleşmesi mümkün olmayan kovalent bağ kırılmalarını gerçekleştirerek yeni türler oluşturma çabalarını içerir.
Nükleotidlerin yapısı bazik olmasına karşın omurgadaki fosforik asit grubunun varlığı polinükleotid zincirlerin asit özellikte olmalarına yol açar ve nükleik asit terimi de bu özellikten kaynaklanır.
Hidrojen bağları daima bir pürin (A,G) ile bir pirimidin (T,C) bazı a-rasından meydana gelir. A-T baz çiftinde 2 hidrojen bağı, G-C baz çiftleri arasında ise 3 hidrojen bağı bulunmaktadır. Hidrojen bağlarının özelleşmesi; anahtar kilit modelini andıran, uygun nükleotid moleküllerinin karşılıklı gelerek birbirlerine yine uygun sayıda hidrojen bağları ile bağlanmasını sağlar. Böylece zincirin bir kolunda bulunan nükleotidlerin dizilişi, karşı kolda bulunan nükleotidlerin dizilişini bir çeşit dikte ve kontrol eder. Tesadüfe bırakmayan bir titizlikle molekül yapısı oluşturulur ve kontrol edilir.
DNA çift sarmalının dikkate değer ve önemli bir özelliği, molekülü oluşturan zincirlerin birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilmesi ve yeniden birleşebilmesidir. Protein sentezi ve DNA replikasyonu (kendi kopyasını oluşturması) bu özellik sayesinde meydana gelebilir. DNA'nın iki zinciri, birbirine sadece H bağları ve hidrofobik etkileşimlerle bağlı olmaları nedeni ile nükleotidleri arasındaki kovalent bağlardaki herhangi bir kopma olmaksızın çözülebilir (denatürasyon) . Aynı şekilde çözülmüş molekülün zincirleri tamamlayıcı bazları arasında H bağlarının oluşumu ile birleşip sarmal yapıyı yeniden oluşturabilir (renatürasyon).
Nükleotidler arasındaki fosfor bağlarının kopması nedeniyle nükleotidlerin yerine başka nükleotid veya nükleotid dizisinin geçmesi mutasyonlara yol açar. Mutasyonların neticeleri ölümcül olabilir. Günümüzde viral hastalıkların başında gelen AİDS'in önüne geçilememesinin en geçerli nedeni, genomu tek zincirli RNA olan virüsün sürekli mutasyonlar geçirerek kendini sürekli yenilemesi gösterilebilir.
Dikkatli ölçmeler sonucu elde edilen değerlerden aynı tip hücrelerde DNA'nın hem kimyasal özelliğinin hem de toplam miktarının, dölden döle sabit kaldığını biliyoruz. DNA'nın hem niceliği ve hem de niteliği, aynı ana hücreden meydana gelen benzer hücrelerde aynı kalmak zorundadır. Bu nedenle hücre mitoz bölünmeye hazırlanırken DNA molekülü boyunca, bütün kromozomlarda bir uçtan diğer uca doğru kendini eşler. Bir DNA molekülü replikasyon (eşleme) yapacağı zaman DNA molekülünün ikili sarmal dizilerini birbirine bağlayan zayıf hidrojen bağları bir fermuar gibi açılır. Eğer molekülün bir ucundan başlarsak teker-teker her pürini, pirimidin eşinden fermuarı açar gibi ayırabiliriz. Bu açılma her iki dizide eşlerinden ayrılan pürin ve pirimidinin uçlarını açıkta bırakır.
Hücrenin hammadde deposunda çeşitli nükleotitler vardır. Bu nükleotitler yüksek enerjili fosfat bağlan taşırlar (ATP molekülünde olduğu gibi). DNA'nın iki dizilişi birbirinden ayrıldığı zaman, depodan gönderilen nükleotitlerin uygun olanları denenerek yerlerini alırlar. Diğerleri uymadıkları için geri çevrilirler. Diğer dizideki eski timin ise ikili sırayı tamamlamak için yeni bir adenin nükleotitle birleşir. İkili sarmal, bir uçtan diğer uca doğru boylu boyunca bir fermuar gibi azar azar açıldıkça uygun tipteki nükleotitler zincirdeki yerlerini alırlar, ikili sarmal dizinin sonuna ulaşıldığında, sonuçta DNA replikasyonu sağlanır.
Mendel Yasaları
1-Monohibritler ve Dominant Resesif Kanunları
Kırmızı renkli homozigot bir bezelye ile homozigot beyaz çiçekli bir bezelyenin çaprazlanması sonucu elde edilen Fi dölünde kırmızı renkli bireyler elde edilmektedir. Elde edilen kırmızı bireylerin kendilenmesi yani aynı genotipte bir birey ile çaprazlanması sonucunda F2 dölünde 3 kırmızı ve 1 beyaz birey oluşmaktadır. Bu durumda belli karakterlerin döllere geçişinde dominansinin varlığından sözedilir. Bu örnekte kırmızılık renginin dominant (baskın) karakter olduğu buna karşılık beyaz rengin resesif bir karakter olduğunu anlıyoruz.
Buna karşılık aslan ağzı bitkisinin kırmızı çiçekli bir bireyi beyaz çiçekli bir bireyle çaprazlandığı zaman meydana gelen F1 dölü pembe renkli olmaktadır. Bu birey tekrar pembe renkli bir bireyle çaprazlandığı zaman 1 bireyin kırmızı, 2 bireyin pembe, 1 bireyin ise beyaz renkte olduğu görülmektedir. Anne ve baba olarak ele alınan kırmızı ve beyaz bireyler renk bakımından homozigottur. Çünkü kırmızı çiçekli bireyler KK buna karşılık beyaz çiçekli ise kk olan renk genini taşımaktadır. F1 dölü heterezigottur. Çünkü bu döldeki bireylerle anneden gelen K, kırmızılık renk geni ile babadan gelen k beyazlık geni bir arada bulunurlar, bunlar farklı değer ve özellikteki allel genlerdir.
Taşıdığı farklı özellikteki K=kırmızılık ile k=beyazlık geni eşit etkiye sahip oluşu ile renk pembe olmaktadır.Bu olaya eş baskınlık veya yarı do-minantlık denilmektedir. Fenotipi pembe çiçekli F1 dölü yine kendi gibi heterezigot pembe çiçekli bir bireyle çaprazlanırsa (kendileşirse) F2 dölünde 1:2:1 oranı ortaya çıkar.
2- Dihibrit Kalıtım
Atasal dölün bireyleri iki karakter çifti bakımından farklı yani heterezigot iseler buradaki kalıtıma dihibrit kalıtım denilmektedir.
3- Trihibrit Kalıtım
Benzer kurallar ve prensiplere göre karakterlerin dölden döle geçişini gördüğümüz ikiden fazla bağımsız gen bakımından farklı olan homozigot bireyler melezlendiğinde daha karışık fakat belli bir açılım gösteren durumlar görülür. Örneğin; 2 farklı mısır varyetesinde yapılan bir çaprazlama ele alınabilir. Taneleri düzgün, endospermi sarı ve mavi renk taşıyan bir mısır çeşidi ile taneleri buruşuk, taneleri san olmayan ve kabuğun üst kısmı mavi o-lan bir diğer mısır varyetesi çaprazlandığmda 27:9:9:9:3:3:3:1 gibi bir oran ortaya çıkmaktadır. Bu çaprazlamalara trihibrit (polihibrit) kalıtım denilmektedir. Hayvanlarda da yapılan bu çaprazlamaların sonuçlan aynı oranlarda ortaya çıkmıştır.
Tüm bu çaprazlama deneylerine göre Mendel üç önemli kanun ortaya koymuştur. Bunlar:
1) Farklı karakterde homozigot iki canlının çaprazlanması sonucunda oluşan melezde bireylerin hepsi birbirine benzerler. Yani izotipiktirler. Bu kanuna izotipi (benzerlik) kanunu denir.
2) Bir melezde bir araya gelmiş bulunan anne ve babadan geçmiş genler o melezden dişi ve erkek gametler yaratılırken birbirinden ayrılırlar. Melez bireye geçen ve ayrı karakterlere ait genler aynı gamette bir arada bulunamazlar. Buna ayrılma kanunu denir.
3) Heterozigot Fİ dölünün meydana gelişinde birbirinden bağımsız ayrılabilen ve birbirine bağlı olmadan yeni gen kombinasyonlarını yapabilen genlerle ilgilidir. Buna bağımsızlık kanunu denir.
Genlerin Karşılıklı Etkileri ve Melez Döllerde Mendel Kurallarına Uymayan Oranlar
Modern genetik alanında yapılan deneylerde genlerin birbirine karşı olan davranış etkilerinde, yukarıda belirtilen mendel kurallarına uymayan sonuçlar ortaya çıkmıştır. Genlerin birbirine karşı gösterdiği ekivalent, dominant ve resesif davranışların dışında çeşitli bazı etkilerinde var olduğu kanıtlanmıştır.
Bir genin iş gördüğü ortamdaki değişmelerin, bir gen çiftinin karşılıklı etkileşiminin sonucunda o genin farklı özelliklere sebep olabileceği anlaşılmıştır. Bu sapmalara aşağıdaki örnekler verilebilir:
1-Komplementer (Tamamlayıcı) Genler
Bağımsız iki gen çiftinin biri tek başına idiotipte bulunduğu zaman bir karakterin belirmesini sağlayamaz. Ancak ikisi bir araya geldiği zaman kararkter ortaya çıkabilir. Örnek; Beyaz çiçekli iki burçak bitkisi çaprazlandığı zaman F1 dölünde erguvan renkli, F2 dölünde ise çoğunlukla erguvan renkli bitkilerin ortaya çıkması.
2-Epistazi Olayı
Allel olmayan genlerden birinin, diğeri üzerinde dominansi göstermesi durumudur. Örnek; meyveleri beyaz renkli olan bir kabak bitkisi ile, meyveleri yeşil renkli olan bir kabağın birleşmesinden çoğunlukla beyaz renkli meyveler meydana gelir.
3-PoIimeri (Kat Faktörlülük) Olayı
İki veya daha fazla bağımsız gen çiftinin, aynı karakterin ortaya çıkmasında aynı yönde etki göstererek o karakterin fenotipte belirmesine etken olması haline denir. Bu tip etkilere sahip genlere de polimer genler denir. Örnek; kalpsi ve oval meyveli çoban çantası bitkisinin çaprazlanması ile büyük oranda kalpsi meyvelerin meydana gelişi.
Karakterlerin Döllerdeki Devamı Hibritler ve Mendelizm
Yeni bir bireyin meydana gelmesi için ana ve babanın çiftleşmesi ve sonuçta bu bireylerin eşey organlarında meiosis bölünmesi ile meydana gelen erkek ve dişi gametlerin (örneğin; yumurta ve spermler) birleşmesi gerekir. Bu olaya kısaca döllenme denir.
Her organizmanın kalıtsal faktörleri, hücrelerin çekirdeklerinde bulunan ve hücre bölünmesinde belli safhalarda belirgin hale geçen kromozomlarda yer alan genlerde toplanmıştır. Hücre bölünme evrelerinde kromozom sayısı sabittir. Kromozomlar mitoz bölünme evrelerinde eşit sayıda, meiosis bölünme evrelerinde ise yarıya inmiş halde her hücreye dağılır.
Karakterler sadece hücre nukleusundan oluşan kromozomlarda yer almaz, bunun yanı sıra plastidlerde ve hücre sitoplazmasınında da bulunur. Buna göre sitoplazmada bulunan ve bu yolla dölden döle geçen kalıtsal birimlerin tamamına plazmon, plastidlerde toplanan birimlere ise plastidom denir.
Doğadaki çeşitli canlıların kendine özgü çeşitli idiotipleri bulunmaktadır. İdiotipleri bir veya birden fazla karakter bakımından aynı olan 2 farklı birey arasında bir çiftleşme olabilir. Bunun tersine bir veya birden fazla karakter bakımından farklı idiotipteki bireyler arasında da çiftleşme olabilir. Bu gibi deneyleri ilk gerçekleştiren bilim adamı Mendel'dir. Mendel'in kuralları Mendelizm olarak tanımlanmaktadır.
Aynı genetik yapıda olmayan iki bireyin çaprazlanması (Mendellenmesi) sonucu oluşan bireye Hibrit (Melez) denir. Çaprazlanma yapmaya ise hibridizasyon adı verilmektedir. Hibritler kendilerini veren bireyler arasındaki farklı genlerin sayısına göre 3 grupta incelenirler.
1-Monohibritler: Sadece bir tek gen bakımından farklı iki bireyin çaprazlanması ile elde edilen melez bireylerdir.
2-Dihibritler: İki gen bakımından farklı iki bireyin çaprazlanması sonucu oluşur.
3-Polihibritler: Böyle bir hibrit birçok gen bakımından farklar gösteren iki bireyin birleşmesiyle oluşmaktadır.
Canlılarda Kalıtım
Canlılarda cinsel ve cinsel olmayan üreme sonucunda daima yeni bir birey meydana gelir. Bu bireyler anne ve babasına büyük benzerlik gösterirler. Örneğin bir bezelye bitkisinden bir bezelye bitkisi, bir tavşandan bir tavşan meydana gelir. Ancak bezelye bitkisinden alınan tohumlar çimlenirken farklar gösterirler.
Aynı şekilde aynı ailede göz, saç rengi bakımından farklı bireyler görülebilir. Bu farklara genel olarak varyasyon denir. Tüm canlılardaki benzerlik ve değişiklikleri (varyasyon'u) inceleyen bilim dalına genetik veya kalıtım denilmektedir.
Bir organizmanın dış görünüşünü kapsayan özelliklerin tümü o organizmanın fenotipini oluşturur. Buna karşılık organizmanın kalıtsal olarak ana ve babasından aldığı yetenekler toplamını oluşturan içsel karakterlerin tümüne o canlının idiotipi veya genotipi denir.
Bir organizmanın dış görünüşünü ortaya koyan en önemli etmenleri hücrelerinde var olan ve gen olarak tanımlanan kalıtım faktörleri birimleridir. Genler, bitki ve hayvanlarda çeşitli karakterlerin çıkmasında etken birimlerdir. Genler, hücre nukleusunda hücre bölünme evrelerinde belirgin hale geçen kromozonlarda yer almaktadır.
Tek bir karakter birçok genin etkisi ile meydana geliyorsa buna poligeni, birçok karakter bir gen tarafından beliriyorsa buna polifeni adı verilir. Aynı ana babadan gelen yani homolog olan kromozomlar üzerinde karşılıklı yer alan genlere allel genler denir.
Her birey, taşıdığı her genin biri anneden biri de babadan gelen allelomorflarını taşır. Bunlar homolog kromozomların aynı lokusuna yerleşmiş birbirinin yerini alabilen karakter çiftleridir. Yumurta ve sperm birer allel gen içerirler. İkisi birleşince yani zigot olunca iki allel bir araya gelir.
Anne ve babadan gelen genler idiotip bakımından benzerse böyle oluşan zigotlara honıozigot denir (AA gibi). Ancak farklı genler zigotta karşı karşıya gelirse bunlara ise heterezigot denir (Aa gibi).
Canlıların varyasyon gösterme yeteneğine varyabilite adı verilir. Ortam koşulları ile oluşmuş varyasyonlara ise modifikasyon olarak adlandırılır. Örneğin; çuha çiçeğinde (Primula verna) yüksek dağlarda pembe çiçeklidir. Ancak sıcak yerlerde yetiştirilirse yeni açan çiçekleri beyaz olmaktadır. Bu varyasyonlar canlının genotipini etkilerse mutasyon meydana gelir. Örneğin; kırlangıç otu bitkisinin (Chelidonium majus), yapraklan basit yaprak tipindedir. Ancak bir mutant formunda yaprak kenarları parçalıdır.
Diğer taraftan tek bir bireyden eşeysiz üreme ile meydana gelmiş, aynı idiotipteki birey topluluğuna klon adı verilir. Örneğin; bir anaç gül bitkisinden, birçok dal kesip çıkarırsak gelişen tüm bireyler klondur. Bunun yanısıra eşeyli oluşan aynı idiotipteki döllerin toplamına arı döl denir. Buna karşılık aynı türe ait farklı idiotipteki bireyler topluluğu populasyon olarak tanımlanır. Örneğin; bir sınıftaki öğrenciler bir populasyonu olutururlar.
Günümüzde canlıların ortam ilişkilerini, uyumlarını ve çevre dengelerini inceleyen populasyon genetiği denilen bir bilim dalı da ortaya çıkmıştır. Populasyon genetiğinde matematiksel kurallara göre bazı karakterlerin kalıtımı açıklanabilmektedir.
Burada seleksiyon terimini de açıklamakta yarar vardır. Seleksiyon (seçim), bir ortama en iyi uymuş ve o ortamda herhangi bir nitelik bakımından iyi gelişme gösterebilen bireylerin seçilmesidir.
Bu bölümde kısa tanımlarını verdiğimiz tüm prensip ve problemler Genetik Bilimi tarafından açıklanmakta ve genel bazı kurallar çıkarılmaktadır.
Canlılarda Kalıtım
Karakterlerin Döllerdeki Devamı Hibritler ve Mendelizm
Mendel Yasaları
DNA ve RNA’nın Yapısı ve Özellikleri
DNA ve RNA Sentezi
Canlılarda Cinsiyet (Eşey) Belirleyen Faktörler
Mutasyonlar
Biyoteknolojik Çalışmalar
Canlıların Evrimi (Evolusyon)
Kontrolsüz Hücre Bölünmesi
Canlılarda hücre bölünmesi hücrenin ve organizmanın kontrolü altında meydana gelir. Bu kontrol hormonlar yardımıyla sağlanır. Her dokuda bulunan hücrelerde meydana gelen bölünme o dokunun görevine bağlıdır. Bazı dokularda hücre bölünmesi çok hızlı olduğu halde bazılarında yavaştır. Bir organ ya da dokudaki hücre bölünme programı bozulur ya da hücre bölünme hızı birdenbire artarsa gereğinden fazla sayıda hücreler oluşur. Bu hücrelere kanser hücreleri, oluşturdukları kitleye de tümör (ur) denir. Kanserli hücreler organizmanın kontrolünden çıkmış kendi bağımsız programını uygulayan hücrelerdir. Yapı ve davranış bakımından farklılık gösterirler. Bu tip hücrelerde çekirdek iri, DNA ve RNA belli bölgelerde dengesizdir. Kromozomların belli noktalarda şifrelerin değişmesi ya da yapısal olarak bozulması söz konusudur. Bu durum fizyolojik bozukluklara sebep olur. Bu bozuklukların en önemlilerinden biri de hızlı mitoz bölünme olayıdır. Kanserli hücrelerde mitoz bölünme programsız ve kontrolsüz bir şekilde meydana gelir. Bu olay canlının işlevsel ve yapısal dengesini de bozar. Tümör geliştiği noktada kalarak etrafa yayılmamışsa iyi huylu tümör denir. Bunlar fazla zararlı değildir. Tedavi edilebilir. Eğer tümör bulunduğu yerde kalmayıp kan ve lenf yoluyla yayılıyorsa bunlara kötü huylu tümör denir. Erken teşhiste tedavi edilebilmektedir. Geç kalınmışsa tedavisi çok zor ya da olanaksız olmaktadır.
Mayoz Hücre Bölünme (Redüksiyon Bölünme)
Mayoz bölünme kromozom sayısının diploitden (2n kromozom) haploide (n kromozom) indirgendiği, eşey hücrelerinde (üreme hücreleri) izlenen bir hücre bölünmesi türüdür. Eşeysel çoğalmayı sağlayan ve yeni bir bireyi oluşturmak amacıyla erkek ve dişi bireylerdeki eşey hücrelerinin kromozom sayısının yarıya indirilmesi olayına mayoz, bunu sağlayan hücre bölünmesi tipine de mayoz bölünme denir. Mayoz bölünme türlerde kromozom sayısının sabit kalmasını sağlayan bir bölünme şeklidir. Dişilerin üreme organlarına ovaryum (yumurtalık), erkeklerin üreme organlarına da testis denir. Testis ve ovaryumdaki hücreler başlangıçta diğer vücut hücreleri gibi 2n kromozomludur. Mayoz bölünme sonucu bu hücrelerden oluşan yumurta hücresi (ovum) ve sperm hücresi (sperma) hücreleri yani gametler n kromozomludurlar (haploid). Gametlerin birleşmesi sonucu oluşan zigot da 2n kromozomludur. Bu nedenle zigotun birleşmesiyle oluşan yeni fert ataları gibi 2n kromozomludur.
Mayoz Bölünmenin Özellikleri
1) Üreme organlarında 2n kromozom taşıyan üreme ana hücresinde meydana gelir.
2) Mayoz türlerde kromozom sayısının sabit kalmasını sağlar.
3) Bölünme sonucu n sayıda (haploid) kromozom taşıyan 4 hücre bulunur.
4) Mayoz bölünmede bir tür içerisinde crossing-over (gen değiş-tokuşu) meydana gelir.
Mayoz bölünmede homolog kromozomlar birbirleriyle çiftler oluştururlar. Hücrede bulunan ve X ve Y olarak adlandırılan seks kromozomları şekil ve gen yapıları bakımından farklıdırlar. Ancak mayoz bölünme sırasında bunlar homolog kromozomlara benzer şekilde davranırlar. Mayoz bölünme bir çok bakımdan mitoz bölünmeye benzer. Ancak sonuçları farklıdır. Mitozdan farklı olarak mayozda iki bölünme olur ve dört nükleus oluşur. Bu bölünmeler mayoz I ve mayoz II olarak adlandırılır. Mayoz I 'de homolog kromozomlar eşleşir ve bu eşleşme bir süre devam eder. Sonra eşler birbirinden ayrılırlar. Ayrılan eşlerin her biri sanki yavru kromozom (kromatid) gibi metafaz I, anafaz I ve telofaz I'den geçerek kutuplara çekilirler ve sitokinez meydana gelir. Böylece oluşan iki yavru nükleusta homolog kromozomlardan sadece bir tanesi vardır. Mayoz I kromozom sayısının yarıya indirgenmesidir. Mayoz II 'de ise kromatidler birbirinden ayrılır ve her birisi bir yavru nükleusa gider ve yine sitokinez meydana gelir. Mayoz II hücre sayısının arttırılarak dörde çıktığı safhadır.
Mayoz I
Profaz I:_Mayozun en karmaşık ve en önemli evresidir. Bu evrede homolog kromozomlar yan yana gelirler. Homolog kromozomların birbirlerine değdikleri noktalara sinapsis adı verilmektedir. Bu dörtlü gruba tetrad denir. Sinapsis sırasında kromozomların kardeş olmayan kromatidleri arasında parça değişimi olur. Bu olaya crossing-over adı verilir. Crossing-over olayı yeni gen birleşmelerine olanak verdiğinden aynı türün fertleri arsında farklı özelliklerin ortaya çıkmasını sağlar. Profaz sırasında sentrozomlar sentriollerine ayrılırken iğ iplikleri oluşmaya başlar. Çekirdek zarı ve çekirdekçik kaybolur. Böylece profaz I son bulur.
Metafaz I: İğ ipliklerine sentromerleriyle homolog kromozomlar tutunarak hücrenin ekvator düzleminde sıralanırlar.
Anafaz I: İğ iplikleri üzerinde bulunan homolog kromozomlar zıt kutuplara doğru hareket ederler ve bu olayın sonucunda homolog kromozomlar birbirinden ayrılırlar.
Telofaz I: Kutuplara çekilen kromozomların etrafında çekirdek zarı meydana gelir. Çekirdek bölünmesini sitoplazma bölünmesi izler. Bu olay sonucunda (mayoz I) homolog kromozomlardan birini taşıyan haploid (n) sayıda iki hücre meydana gelir.
Mayoz II
Mayoz I' de oluşan haploid sayıda iki hücre mayoz II' de yeniden bölünür.
Profaz II: Telofaz I'den sonra görülür. Kromozomların her biri mitozda olduğu gibi kromatidleri belirginleşir. Çekirdek zarı erir. Sentrioller farklı kutuplara doğru çekilirken, iğ iplikleri oluşur.
Metafaz II: Kromozomlar hücrenin ortasında (ekvator düzleminde) dizilirler. Her bir kromozom birbirinin karşısına gelecek şekilde sıralanırlar.
Anafaz II: Kromozomlar sentromerlerinden ayrılarak her bir kromatid farklı kutuplara doğru iğ iplikleri üzerinde hareket ederler. Yavru kromatidler kutuplara ulaştığında anafaz II son bulur.
Telofaz II: Mayozun en son safhasıdır. Kutuplara doğru çekilirken kromatidlerin etrafında çekirdek zarı ve çekirdekçik yeniden oluşur. Yavru kromozomların uzayıp incelmesiyle iğ iplikleri oluşur. Bu olayda çekirdek bölünmesi son bulur ve bunu sitoplazma bölünmesi (sitokinez) izler. Mayoz I ve mayoz II olayları sonucunda dört tane haploid hücre meydana gelir. Mayoz bölünme erkek bireylerde testislerde meydana gelir ve bu olaya spermatogenez adı verilir. Testislerde 2n sayıdaki üreme ana hücresini mayoz bölünmeyle dört tane n sayıda kromozom taşıyan hücreyi meydana getirdiği görülmektedir. Bu hücrelerin her biri gelişerek spermleri meydana getirirler. Dişi bireylerde mayoz bölünme ise ovaryumlarda oluşur. Ovaryumda yumurta oluşmasına oogenez denir. Mayoz bölünme sırasında yumurta oluşurken dişi canlıların çoğunda hücreler eşit olarak bölünemedi-ğinden dört yumurta yerine bir yumurta oluşur. Diğer üç küçük hücre kutup hücresi adını alır ve bu küçük hücreler parçalanarak dışarıya atılır.
Mitoz ve Mayoz Bölünme Arasındaki Farklar
- Mitoz Bölünmede
Nükleusun bulunduğu bütün canlılarda görülür. Vücut hücrelerinin çoğalma biçimidir.
Büyüme, gelişme, yıpranan ve ölen hücrelerin yenilenmesinde büyük rol oynar.
Oluşan hücreler genellikle uzun ömürlüdür. Büyüme ve gelişmenin olduğu her dönemde görülmektedir.
Mitoz bölünme sonucunda meydana gelen hücrelerin kromozom sayıları birbirinin aynıdır. Aynı zamanda ana hücrenin kromozom sayısıyla farklılık göstermez. Kısaca kromozom sayısı sabit kalır.
Bir tek bölünmeden ibarettir.
Homolog kromozomlar sinapsis yapmaz, tetrad oluşmaz ve crossing-over görülmez.
Yavru hücrelerin kalıtsal özellikleri birbirinin aynıdır.
- Mayoz Bölünmede
Eşeyli üreyen canlılar ile spor oluşturan bazı canlıların üreme hücrelerinin (gametlerinin) oluşmasını sağlayan bir bölünmedir.
Üremede rol oynar.
Oluşan hücreler kısa ömürlüdür. Sadece üreme döneminde görülmektedir.
Mayozda ise oluşan hücrelerde üreme ana hücresinin yarısı kadar kromozom bulunur. Kromozom sayısı yarıya iner. Dört tane n kromozomlu hücre oluşur.
Arka arkaya iki bölünme görülür.
Homolog kromozomlar sinapsis yapar, tetrad oluşur ve crossing-over görülür.
Yavru hücrelerin kalıtsal özellikleri birbirinden farklıdır.
Mitoz Hücre Bölünme (Karyokinezis)
Mitoz bölünme, somatik (vücut) hücrelerinin bir bölünme şeklidir. Canlıların gelişmesinin yıpranan ve bozunan hücrelerin yeniden oluşması ve zigotun embriyoyu oluşturmak üzere geçirmiş olduğu bölünmelere mitoz bölünme denir. Bakteri ve mavi-yeşil algler hariç bitkiler ve hayvanlar aleminde bütün canlıların vücut hücrelerinde mitoz bölünme görülebilmektedir. Mitoz bölünme birbirini izleyen iki bölünme şeklinde olmaktadır. Bunlar sırasıyla çekirdek bölünmesi ve sitoplazma bölünmesidir. Çekirdeğin bölünme öncesinde dinlenme halinde olmadığı sürekli metabolik faaliyet gösterdiği elektron mikroskobunun bulunmasıyla net olarak açıklanmıştır. İki mitoz bölünme arasındaki bu evreye interfaz denir. İnterfaz evresinde hücre, bölünme için gerekli maddelerin hazırlanmasına çalışır. Bu sırada DNA molekülü kendini eşler ve kalıtım materyali iki katına çıkar. İnterfazın dışında çekirdek bölünmesi olan karyokinez dört evreden meydana gelir. Bu evreler;
a) profaz
b) metafaz
c) anafaz
d) telofaz
olmak üzeredir. Bu evrelerden her birinin belirgin bazı özellikleri vardır. Aralarında hiçbir dinlenme yoktur. Bu yüzden kesin sınırla birbirinden ayrılamaz.
a) Profaz: Bu evrede her kromozom sentromerinden bağlanmış iki kromatid parçasından meydana gelmiştir. Profazın başlangıcında kromatin iplikleri kısalıp kalınlaşmıştır. Daha sonra bu iplikler kromozom şeklinde tanımlanmaktadır. Profaz ilerledikçe kromozomlar çekirdeğin çevresine doğru yerleşmeye başlarlar. Çekirdek zarı erir, nükleolus kaybolur. Böylece profaz son bulur. Profazın sonunda sitoplazmada bulunan sentrozom sentriollerine bölünür. Kutuplara çekilen sentrioller arasında iğ iplikleri meydana gelir.
b) Metafaz: Kromozomlar ekvator düzleminde dizilmeye başlarlar. Bu evrede her bir kromozom sentromeriyle iğ ipliklerine tutunurlar. Bu safhada kromozomların şekli ve sayısı belirgindir. Her kromozomun iki kardeş kromatitten oluştuğu görülmektedir.
c) Anafaz: Bu evrede sentromerlerine bağlı iki kardeş kromatid birbirlerinden ayrılarak farklı kutuplara doğru çekilmeye başlarlar. Kardeş kromatitler yeni hücrelerin kromozomlarını oluşturacaklardır. Kardeş (yavru) kromatitlerin kutuplara doğru hareketleri iğ ipliklerinin kısalmasıyla olur.
d) Telofaz: Kutuplara ulaşan her bir kromatid artık bir kromozom şeklini almaya başlamıştır. Bu evrede hücrenin her iki kutbu da ana hücredeki sayıda kromozoma sahiptir. Bu arada her iki kutupta da çekirdek belirginleşir. Kromozom ve çekirdeklerin etrafını sitoplazma tarafından oluşturulan çekirdek zarı çevreler. Oluşan bu yavru kromozomlar uzayıp incelmeye başlar. Helezon şeklinde uzun ipliksi hal almaya başlar. Yani kromatin ağı durumuna dönerler. Bu fazda her iki çekirdek büyür ve her ikisinde de çekirdekçik oluşur. Böylece çekirdek bölünmesi (karyokinez) tamamlanmış olur. Çekirdek bölünmesini sitoplazma bölünmesi izler. Bitki ve hayvanlarda sitoplazma bölünmesi farklılıklar göstermektedir. Hayvanlarda sitoplazma bölünmesi hücrenin tam orta bölgesinden başlamak üzere dıştan içe doğru boğumlanarak meydana gelir. Bitki hücrelerinde ise selüloz çeperden dolayı boğumlanma olmaz. Hücrenin orta bölgesinden kenarlara doğru yayılan selüloz çeperin oluşumu ile hücre bölünmesi tamamlanır ve bir hücre tamamen ana hücreye benzeyen iki hücre meydana getirir. Mitoz bölünme sonucunda canlılarda kromozom sayısı sabit kalır. Hücrede sayıca çoğalma meydana gelir.
Hücre Bölünmesi İle İlgili Bilgiler
Canlılık özelliklerinden en önemlisi hücrelerin bölünüp yeni yeni hücreler meydana getirmesidir.Tek hücreli canlılarda bir tek hücre bölünür bunu bölünen hücrelerin tekrar bölünmesi izler. Çok hücreli canlılar ise başlangıçta tek bir zigot veya sporun bölünerek çoğalmasıyla oluşurlar.
Hücre bölünme gelişigüzel bir olay değildir. Ancak hücre bölünmeye başlamadan önce herhangi bir bölünme belirtisi göstermez. Ancak bölünmenin neye bağlı olarak ne zaman ve nasıl olacağı konusunda iki görüş vardır:
Hücreler dış ortamlardan difüzyon ve aktif taşımayla sürekli olarak besin aldıkları için sitoplazma hacimleri artar. Besinlerin hücre içerisinde yayılma hızları düşer ve hücrenin dengesi bozulur. Bu durumda hücreler ya ölür ya da bölünerek hacimlerini küçültür.
Hücre büyürken hücre zarındaki genişleme hacimdeki artmayı karşılamamaktadır. Bu durumda hücre zarı hücrenin iki yönlü madde alış verişine yanıt veremeyeceği için hücre bölünecektir. Hücre bölünmesine ait elde edilen bulgular ve bölünmede geçen olaylar 1880 yılında Walter Flemming tarafından açıklanmıştır. Hücrede geçen bu olaya araştırıcı karyokinezis yani mitoz adını vermiştir.
Bugün hücrelerde olağan dışı bölünmeler hariç mitoz ve mayoz olmak üzere başlıca iki tip bölünme görülmektedir
Prokaryot Hücre ve Ökaryot Hücre
Hücreler çekirdeğinin bulunup bulunmamasına göre iki bölümde incelenir:
a) Prokaryot Hücreler
Bir zarla çevrilmiş belirgin çekirdekleri olmayan hücrelerdir. Bunlarda hücre zan, sitoplazma ve ribozomlar olduğu halde çekirdek zarı ve diğer organeller yoktur. Çekirdek içerisinde bulunan kromatin ağı (kalıtım materyali), karyoplazma (çekirdek sıvısı) gibi yapılar sitoplazma içerisinde dağınık durumdadırlar. Çekirdekçik (nukleolus) de görülmez. Çekirdeği olmayan canlı hücreler monera alemi içinde incelenir. Mavi-yeşil algler ve bakteriler bu gruba girer.
b) Ökaryot hücreler
Bu tip hücreler dıştan içe doğru hücre zarı, sitoplazma ve çekirdek olmak üzere üç kısımdan oluşurlar. Gelişmiş canlıların ve protozoaların hücreleri bu grupta yer alır. Ökaryot hücre yapısında çekirdek zarı, çekirdek sıvısı ve kalıtım materyali belirgindir. Ayrıca belli görevleri üstlenmiş organeller ve yapıları rahatça görülebilmektedir. Ökaryot hücrelere; Kamçılılar, Kökayaklılar, Sporlular, Silliler, ileri yapılı hayvan ve bitki hücreleri örnektir.
Çekirdek (Nukleus)
Hücrenin yönetim ve kalıtım merkezidir. Hücrenin yaşamsal faaliyetlerinin sağlanması ve sürdürülmesi için gerekli bir organeldir. Bakteri, mavi yeşil algler ve bazı memelilerin alyuvarları hariç bütün hayvan ve bitki hücrelerinde bulunmaktadır. Bazı hücrelerde bir tane bazılarında birden fazla (çizgili kas hücreleri) ve bazılarında ise hiç bulunmaz (mavi-yeşil algler). Çekirdek genellikle yuvarlağımsı şekilde olup hücrenin ortasında bulunur. Sitoplazmadan çift katlı bir zarla ayrılmıştır. Hücrede bölünme, büyüme, onarım gibi olayları denetler. Protein ve enzim sentezini yönetir. Çıkarılması hücrenin ölümüne neden olur. İnterfaz evresindeki bir hücrede nukleus dört kısımda incelenmektedir.
Çekirdek zarı ( nukleus membranı)
Çekirdek öz suyu ( karyoplazma )
Çekirdekçik ( nukleolus )
Kromatin İplikleri
a) Çekirdek Zarı (Nukleus Membranı): Çift katlı olup kimyasal yapı bakımından hücre zarına benzer. Dıştaki zar üzerinde ribozom taşır ve kıvrımlar yaparak endoplazmik retikulum kanalcıklarını oluşturur. İç zar ise düzdür. Dış zara ekzin zar, iç zara ise intin zar adı verilmektedir. Bu iki zar bazı noktalarda birleşerek por adı verilen açıklıkları oluştururlar. Porlar si-toplazma ve çekirdek arasında madde alış verişini sağlarlar.
b) Çekirdek özsuyu (Karyopiazma): Kimyasal yapı bakımından si-toplazmaya benzer. Büyük oranda sitoplazmadan daha fazla protein ve mineral taşır. Homojen görünümlü olup içerisinde bir veya birkaç çekirdekçik ve kromatin ipliklerini bulundurur.
c) Çekirdekçik (Nukleolus): Işık mikroskobunda çok belirgin olarak görülür. Çekirdek sıvısından herhangi bir zarla ayrılmamıştır. Yapısında RNA ve protein bulunur. Hücre bölünmesi sırasında kaybolur ve sonra tekrar yapılır. RNA ve protein senteziyle yakın bir ilişkisi vardır. Protein sentezinin yüksek olduğu hücrelerde şekil bakımından büyük, düşük olduğu hücrelerde küçüktür.
d) Kromatin İplikleri: Çekirdek sıvısında uzun ağ ve yumak şeklinde görülen iplikler şeklindeki yapılardır. Hücre çekirdeğinin temel yapısı kromatindir. Kromatin hücrenin kalıtsal materyalidir. Hücre bölünmesi sırasında kromatinler kısalıp kalınlaşarak kromozom adı verilen yapıları oluştururlar. Bir kromozomun yapısında iki parça bulunur. Bunlardan her birine kromatid (yavru kromozom) denir. Bir kromozomun iki kromatidine kardeş kromatid denir. Bu kromatidler sentromerlerle birbirlerine bağlanırlar. Bölünme sırasında kromozomlar sentromerleriyle iğ ipliklerine tutunurlar. Kromozomların birbirlerine belirli bölgelerinde irtibat sağlayan DNA düğümleri vardır. Ayrıca canlıya özgü karakterleri taşıyan gen adı verilen birimler bulunmaktadır. Her canlı türünde belli bir sayıda kromozom vardır.
Ancak kromozom sayısıyla türün gelişmişliği ya da organizasyonu arasında bir ilişki yoktur. Vücut hücreleri anne ve babadan gelen birer takım kromozoma sahiptirler. Bu şekilde iki takım kromozom taşıyan hücrelere diploid hücreler denir ve 2n ile gösterilir. O halde biri anneden (yumurta hücresi), diğeri babadan (sperm hücresi) gelen şekil ve yapı bakımından birbirinin benzeri olan bu kromozomlara homolog kromozom denir. Üreme hücrelerinde ise kromozom sayısı vücut hücrelerindekinin yarısı kadardır. Bunlara haploit (monoploid) hücreler denir ve n ile gösterilir. Üreme hücrelerinin haploit olması, bunların birleşmesi sonucu diploit olmasını sağlar ve türdeki kromozom sayısını sabit tutar. Diploit kromozom sayısının iki tanesi eşey kromozomudur. Görevlerine göre kromozomlar iki kısımda incelenir. Bunlardan vücut kromozomları (otozomlar), üzerinde bulunan genler vücut özelliklerinin ortaya çıkmasını sağlar. Örneğin; insanda 23 çift kromozomun 22 çifti vücut kromozomudur. Eşey kromozomları (gonozomlar) üzerindeki genler eşeye bağlı özellikleri taşırlar. İnsanda bulunan 23 çift kromozomun bir çifti eşey kromozomudur. Vücut hücrelerinde; dişide XX, erkekte XY şeklindedir.
Sitoplazma ve Organeller
Sitoplazma hücre zarı ile çekirdek arasını dolduran yumurta akı kıvamında kolloidal bir sıvıdır.Yapısında organik ve inorganik maddeler bulunur. Sitoplazmada bulunan organik maddeler, yapısal proteinler, karbonhidratlar, yağlar, hormonlar, nükleotidler, enzimler ve vitaminlerdir. Sitoplazmada %60-90 su bulunur. Bu oran su bitkilerinde %98'e kadar yükselir. Buna karşın spor, tohum ve bakterilerde hücre yaşlandıkça su oranı %15'lerden %5'lere kadar düşer. Sitoplazma solunum, fotosentez, beslenme, sindirim, boşaltım gibi bütün yaşamsal olayların geçtiği yerdir. Yaşamsal olayların bir kısmı sitoplazma içerisine dağılmış enzimler tarafından gerçekleştirilirken bir kısmı da organel denilen yapılarla gerçekleştirilir. Çok hücreli ve gelişmiş organizmalarda temel yaşamsal olaylar organ ve sistemlerle gerçekleştirilir. Tek hücrelilerde ve her bir canlı hücrede bu olayları gerçekleştiren yapılara organel denir. Bu organellerin şekil, yapı ve görevleri farklı olabilmektedir:
1) Endoplazmik Retikulum: Hücre zarından çekirdek zarına kadar uzanan zarlı kanallar sistemidir. Bu yapı tüm bitki ve hayvan hücrelerinde bulunur. Ancak bakterilerde bulunmaz. Her hücrede endoplazmik retikulum sistemi kendine özgüdür. Endoplazmik retikulum besin maddelerinin taşınması, artık maddelerin atılması ve bazı besin maddelerinin depolanmasından sorumludur. Endoplazmik retikulum üzerinde granül (tanecik) bulunup bulunmamasına göre ikiye ayrılır:
Granüllü endoplazmik retikulum: Üzerinde bol miktarda ribozom bulunduran endoplazmik retikulumdur. Özellikle protein sentezi yapan hücrelerde görülür. Burada salgı ve membran proteinleri yapılır.
Granülsüz endoplazmik retikulum: Üzerinde ribozom taşımayan endoplazmik retikulumdur. Daha çok endokrin bezler ve yağ sentezi yapan hücrelerde bulunur. Granülsüz endoplazmik retikulum lipit sentezinde görev alır.
2) Golgi Cisimciği (aygıtı, apareyi): Endoplazmik retikulumdan meydana gelir. Üst üste sıralanmış yassı keseciklerden oluşmuştur. Genellikle çekirdeğe yakın bir yerde bulunur. Bir hücrede bir veya daha fazla sayıda bulunabilirler. Görevi lipo-protein, gliko-protein, mukus ve bitkilerde selüloz gibi maddelerin üretilip salgılanmasını sağlamaktır. Örneğin Drosera da salgılanan yapışkan madde golgi cisimciği tarafından salgılanır. Hücre zarı yapımında rol oynar. Gerektiği zaman yağları depolar.
Golgi cisimciğinde karbonhidratlar sentezlenir. Ayrıca hücrede sindirim olaylarında rol oynar. Örneğin; ince bağırsak epitel hücrelerinde besinler alındıktan sonra yağların sindiriminde etkilidir. Bunun yanında süt, tükürük, ter bezi gibi salgı yapan hücrelerde sayısı diğer hücrelere oranla daha fazladır.
3) Lizozom: Golgi cisimciğinden meydana gelir. Tek katlı zarla çevrili olup içerisinde sindirim enzimleri bulunur. Özellikle protein, yağ gibi moleküllerin sindiriminde görev alır. Bir hücreli canlılarda sindirim, çok hücreli canlılarda sindirimin yanı sıra yaşlı organellerin parçalanmasında görev alır. Lizozom canlının aşırı baskı altında kaldığı yanma, donma, zehirlenme gibi durumlarda kolayca parçalanarak hücrenin kendi kendini sindirmesine neden olur. Bu olaya otoliz denir. Canlıların ölümünden kısa bir süre sonra parçalamalarında da etkilidir. Ayrıca kurbağa larvalarında kuyruğun kopmasını sağlar. Lizozom hayvanların hücre içi sindirim yapılan karaciğer, dalak ve akyuvar gibi yerlerde çok sayıda bulunur. Bitkilerde ise lizozom benzeri yapılara fitolizozom denir.
4) Ribozom: Yapısında % 40 protein, % 60 RNA bulunur. Granüllü endoplazmik retikulum, çekirdek zarı, mitokondri ve kloroplast sıvısında, ayrıca sitoplazmada bulunabilir. Her hücre kendine özgü proteinleri ribozomlarda sentezler. Ribozomlar hücrede ya tek tek ya da çok sayıda ribozomun birleşmesiyle zincir şeklinde bulunurlar. Ribozomların bu şekildeki yapılarına polizom ya da poliribozom denir. Bir polizom içindeki ribozom sayısı polizomu oluşturan mRNA (mesajcı RNA)'nın uzunluğuna bağlıdır. Ribozomlar iki alt birimden oluşurlar. Biri büyük birim, diğeri küçük birim adını alır. Protein sentezi yapılırken bu iki birim birleşir. Diğer durumlarda ayrıdır.
5) Mitokondri: Küre, çubuk, ipliksi ve dallı formdadırlar. Çift katlı bir zar yapısına sahiptir. Dıştaki zar düz ve esnektir. Gerekirse şişer veya büzülür. İç zar ise kıvrımlıdır. Özellikle içteki yüzeyi genişletmek için krista adı verilen birçok kıvrımlardan meydana gelmiştir. Kıvrımların arasını
dolduran sıvıya matrix denir. Matrix içerisinde DNA, RNA ve ribozom bulunmaktadır. Matrix mitokondri içerisine giren maddeleri parçalayan enzimler taşır. Bu enzimler sayesinde oksijenli solunumla enerji üretilir. Mitokondrilerin kendilerine özgü bir DNA'sı vardır. Bu nedenle kendini eşleyebilirler. Enerji gereksinimi fazla olan kas ve karaciğer gibi hücrelerde mitokondri sayısı fazladır. Mitokondri DNA'sının fiziksel ve kimyasal etkilerle bozulması, oksijenli solunumda ATP sentezinin azalmasına neden olur. Yaşlanmaya bağlı olarak da mitokondrinin işlevleri ilerleyen yaşlarda azalmaktadır.
6) Sentrozom: İnsan, hayvan, bazı ilkel bitki ve mantar hücrelerinde bulunur. Çoğunlukla çekirdeğe yakın yerdedir. Sentrozom birbirine dik iki sentriolden oluşur. Her bir sentriol proteinden oluşmuş üçlü tüp grupları halinde dokuz iplik taşır. Hücre bölünmesi sırasında kendini eşleyerek kromozomların ayrılmasını ve kutuplara taşınmasını sağlarlar.
7) Plastitler: Ökaryotik bitkisel hücrelerde bulunur. Besin maddelerinin sentezlen-mesi ve depolanmasında görevli organeldir. Plastitler, genç hücrelerde renksiz bir yapıda olup, hücrenin yaşlanmasıyla görev ve yerine göre şekil ve renk alır. Başlıca üç tip plastit vardır. Bunlar;
a) Kloroplast: Fotosentezin yapıldığı organellerdir. Sadece bitki hücrelerinde bulunur. Çift katlı zarla kaplı bir yapıdır. Bitkilerin farklı organlarına ait hücrelerde farklı sayıda bulunur. Yapraklarda, genç dalda, olgunlaşmamış sebze ve meyvelerde çok miktarda bulunur. Kimyasal yapısını protein, karbonhidrat, yağ, klorofil, DNA ve RNA oluşturmaktadır. İki önemli bölümü vardır:
Stroma: Kloroplastın iç zarını dolduran protein yapısında sıvı bir kısımdır. Stroma içerisinde granum denilen lamelli yapılar bulunur. Ayrıca DNA, RNA, ribozom ve fotosentez enzimleri bulunur. Bu nedenle klorop-lastlar kendi enzimlerini yapabilir ve çekirdekten bağımsız çoğalabilirler.
Grana: Ara madde içerisine gömülmüş diskler ve diskleri birbirine bağlayan lamellerden oluşmuştur. Bu yapıların en küçük birimine tilakoid denir. Tilakoidler bir araya gelerek granumu meydana getirir. Bu lamelli yapı ışık enerjisinin en ekonomik şekilde kullanılmasını sağlar. Granalar içinde bitkiye yeşil rengini veren ve fotosentez için gerekli ışığı sağlayan klorofil pigmenti bulunur. Fotosentetik bakterilerde klorofiller sitoplazma içerisinde dağınık vaziyettedir.
b) Kromoplast: Bitkilerde meyve ve çiçeklere renk veren plastitlerdir. Likopin (kırmızı), ksantofıl (sarı), karoten (turuncu) rengi verir. Likopin domatese kırmızı, ksantofıl limona sarı ve karoten havuca turuncu renk verir. Kromoplast yapraklarda, meyve ve bazı yüksek bitkilerin köklerinde de bulunabilir. Kromoplast dışında bitkiye farklı renkleri veren antokyan ve flovan pigmentleri hücrenin kofulunda bulunur. Bu pigmentler koful öz suyunun asidik ya da bazik oluşuna göre farklı yönde etki eder. Koful özsuyu asidik ise kırmızıya yakın tonlar, bazik ise mavi, menekşe, mor gibi renkler oluşur.
c) Lökoplast: Renksiz plastitlerdir. Bitkilerin kök, yumru, soğan gibi ışık görmeyen toprak altı kısımlarında bulunur. Nişasta, yağ ve protein depo ederler. Örneğin; patates yumrusunda nişasta, baklagil tohumlarında protein, ayçiçeğinde yağ depolayan lökoplastlar vardır.
8) Koful (vakuol): Özellikle bitki hücrelerinde ve bir hücrelilerde görülür. Hayvan hücrelerinde kofullar az sayıda ve küçüktür. Kofullar bazı maddelerin depolanmasını ve bitkilerde turgor basıncının ayarlanmasını sağlarlar. Yapısı; iki katlı zardan oluşmuş içi sıvı dolu keseciklerdir. Kofulların içindeki sıvıda besinler, madensel tuzlar, vitaminler ve mayalar bulunur. Kofullar;
a) Kontraktil kofullar:
Tek hücreli bazı protozoalarda ozmotik basıncı düzenler. Tek hücrelilerde besin sindirimini yapan (besin kofulu) ve atıkların atılmasını sağlayan kontraktil koful (boşaltım kofulu) şeklinde bulunurlar.
b) Merkezi kofullar: Bu kofullar bazı aminoasitleri depolar. Fruktoz, elma asidi gibi maddeleri de depolar. Bunun yanısıra çevresindeki zararlılara karşı bitkiler, kofullarında zehirli maddeler de depolar, örneğin; alkoloitler.
c) Depo kofulları: Bu kofullar bazı bitki depo hücrelerinde bulunur. Örneğin; sıvı yağ vakuolleri.
Hücrenin Yapısı ve İşlevi
Hücreler şekilleri, büyüklükleri ve yapılarına bağlı olmaksızın beslenme, enerji üretip (ATP) kullanma, kalıtsal özelliklerini oluşturacakları yeni yavru hücrelere aktarma gibi temel yaşamsal faaliyetleri yürütürler. Canlı türlerine göre hücreler, şekil ve büyüklük bakımından farklılık gösterirler. Bitkilerde epidermis ve meristem hücreleri ile insanın kan hücreleri mikroskopta incelenirken, kuş yumurtası, limon, portakal gibi bitkilerin hücreleri gözle görülebilecek büyüklüktedir. Hücreler tek başlarına bir canlıyı oluşturabilecekleri gibi (tek hücreliler) farklı amaçlar için bir araya gelen gruplar halindeki hücreler de (çok hücreliler) bir canlıyı oluşturabilirler.
Hücreler şekil, büyüklük ve görev bakımından çok farklı olmalarına rağmen birçok ortak yapısal özellikleri vardır. Bir hücrede; hücre zarı, çekirdek ve sitoplazma olmak üzere üç kısım bulunur.
Hücre Zarı (Plazma Zarı )
Hücreyi dış ortamdan ayıran ve şeklini belirleyen, madde giriş çıkışını düzenleyen seçici geçirgen özelliğe sahiptir. Kalınlığı 75-100 A° arasındadır. Hücre zarı yapısında %65 protein, %33 lipid, %2 karbonhidrat bulunur. Zarın yapısı iki sıra halinde dizilmiş akışkan yağ tabakası ile yüzeyinde bu yağ tabakasına gömülmüş farklı büyüklükte protein moleküllerinden oluşmuştur. Proteinler belli yerlerde yağ tabakasına gömülü olarak ve daha fazla dış yüzeyde olmak üzere hücre zarının her iki yüzeyinde bulunurlar. Bunlara ek olarak hücre zarının dış yüzeyinde yağ ve proteinlere bağlı olarak uzanan glikolipid ve glikoprotein zincirleri bulunur. Bunların oluşturdukları yapıya glikokaliks denir. Hücre zarında protein ve yağ molekülleri sürekli olarak hareket halinde oldukları için buna "akıcı- mozaik zar" modeli de denir.
Genel olarak hücre zarından küçük moleküller büyük moleküllere göre daha kolay geçerler. Örneğin; su, oksijen ve karbondioksit gibi moleküller çok kolay olarak hücre zarından geçebilirler. Ayrıca yüksüz atomlar iyonlara göre, yağda çözünen vitaminler çözünmeyenlere göre daha kolay geçerler (A, D, E, K ). Bunun yanı sıra çözen maddeler de kolay geçerler. Örneğin; eter, alkol gibi.
Hücre zarından madde geçişi genel olarak üç yolla olmaktadır:
Pasif taşıma
Aktif taşıma
Endositoz ve ekzositoz
Pasif taşıma: Moleküllerin kendi kinetik enerjilerini kullanarak çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru hareketlerine denir. İki şekilde olur: a) Difüzyon b) Osmoz
a) Difüzyon: Madde moleküllerinin çok yoğun oldukları bir ortamdan daha az yoğun oldukları bir ortama doğru yayılmalarına difüzyon denir. Bu hareket maddelerin kendi kinetik enerjileri ile olur.
Örneğin: Bir beher içerisine konulan saf suya bir veya iki damla mürekkebin damlatılmasıyla oluşan mürekkepli su bir difüzyondur. Suyun içine atılan kesme şekerin eşit bir şekilde eriyerek dağılması, odanın herhangi bir yerine sıkılan parfüm kokusunun yayılması difüzyona örnektir.
Solunum yoluyla aldığımız oksijen kana ve oradan da diğer doku hücrelerine geçişiyle, solunum sonucu oluşan karbondioksit gazının hücrelere kana ve oradan da akciğerlere geçişi difüzyonla gerçekleşir.
Kolaylaştırılmış Difüzyon: Hücre zarının dışa bakan proteinleri, bazı maddelerle uyum yaparak onların hücre içerisine daha kolay girmesini sağlarlar. Enerji harcanmayan bu olaya kolaylaştırılmış difüzyon denir.
b) Osmoz (Suyun Difüzyonu): Suyun seçici-geçirgen bir zardan difüzyonuna osmoz denir. Osmoz suyun çok yoğun olduğu ortamdan az yoğun olduğu ortama doğru difüzyonudur. Saf suda su konsantrasyonu %100'dür. Su içerisinde şeker gibi madde çözündüğünde şeker molekülleri bazı su moleküllerini çekerek onların serbest hareket etmelerini engellerler. Özet olarak şeker çözeltisinde serbest hareket edebilecek moleküllerin sayısı saf suya göre azdır. Saf su ile şekerli su çözeltileri yarı geçirgen (semi-permeabl) bir zarla ayrıldıklarından saf su tarafındaki su molekülleri şeker çözeltisine doğru geçerler. Moleküllerin bu şekilde çok yoğun oldukları saf sudan az yoğun oldukları şeker çözeltisine geçişi osmoz olarak adlandırılır.
Aktif taşıma: Amino asit, glikoz ve hücre için gerekli bazı moleküller ve iyonlar yoğunluk farkı nedeniyle hücre zarından geçemezler. Bu tür maddelerin hücre içine veya dışına taşınması hücrenin enerji harcamasıyla gerçekleştirilir. Hücreler gereksinimleri olan molekülleri difüzyonla alamıyorlarsa ve bir maddenin az yoğun olduğu ortamdan çok yoğun olduğu ortama hücre tarafından belli bir enerji harcanarak taşınması söz konusuysa bu olaya aktif taşıma denir. Örnek olarak; suda yaşayan bazı balıkların vücudundaki fosfor miktarı deniz suyundan milyonlarca kez fazla olmasına rağmen bu tür balıklar gereksinimleri olan fosforu aktif taşıma ile vücutlarına alınırlar. Aktif taşıma ancak canlı hücrelerde gerçekleşir.
Endositoz ve Ekzositoz: Difüzyon, osmoz ve aktif taşıma ile porlardan (por; açıklık, delik) sığabilen maddeler geçebilmektedir. Halbuki hücreler büyük moleküllü maddelere de ihtiyaç duymaktadırlar. Büyük moleküllü maddeler hücre zarından oluşan bir kesecik ve ceple hücre içerisine alınıyorsa bu olaya endositoz veya bu maddeler hücreden salgılanarak atılıyorsa bu olaya da ekzositoz denir. Bu olaylarda enerji harcanır. Endositozda büyük moleküllü maddelerden sıvı olanlar pinositozla, katı olanlar ise fagositozla hücreye alınır. Pinositozda hücre zarı sitoplazmaya, çevresinde bulunan sıvı ve bu sıvı içerisindeki küçük taneciklerle bu cebi doldurur. Daha sonra cebin ağzı hücre tarafından kapatılarak bir kesecik (koful) şekline dönüşür. Koful sitoplazma içerisinde hareket ederken gereksinim duyulan maddeler sitoplazma içerisine geçer. Fagositoz olayında ise daha büyük parçalar hatta küçük canlılar bile hücre içerisine alınabilirler. Bu olayda yalancı ayak (pseudopod) denilen hücre uzantıları ile hücre içine alınacak parçacığa doğru ilerleyerek onu sararlar. Bu şekilde koful içerisine alınan maddelerden gereksinim duyulanlar daha sonra hücre içerisine aktarırlar. Bu olay daha çok bir hücreliler ve akyuvarlarda görülür.
Hücre içerisinde oluşturulan enzim, hormon, çeşitli proteinler, bitkilerde reçine ve eterik yağlar; hayvanlarda mukus ve diğer büyük salgı maddelerinin golgi organeli yardımıyla dışarıya atılmalarına ekzositoz denir. Bu olay bitkilerde salgı hücreleriyle de gerçekleştirilir.
Canlılığın Temel Birimi: Hücre İle İlgili Bilgiler
Canlıları cansızlardan ayırt ederken canlıların hücrelerden yapıldığını daha önce belirtmiştik. Bu bölümde hücre yapısı ve özelliklerinden bahsedilecektir. Hücre, yaşama ve çoğalma yeteneğine sahip en küçük birimdir. Hücreler çıplak gözle görülemezler ancak yumurta, Acetabularia vs. gibi bazı canlılar tek iri hücreden oluşmuştur. Çevremizde gördüğümüz her canlı hücrelerden oluşur. İnsan, yaşamının ilk evrelerinde tek hücreden ibarettir. Daha sonra geliştikçe milyarlarcası bir arada olan hücre topluluğundan meydana gelir.
Hücre, ilk kez 1665 yılında bir İngiliz bilim adamı olan Robert Hooke tarafından incelenmiştir. Hooke şişe mantarından aldığı kesiti mikroskop altında incelemiş ve gördüğü odacıklara hücre anlamına gelen "cellula" adını vermiştir. 1838 yılında Alman bilim adamları Theodor Schwann ve Matthias J. Schleiden, o güne kadar bilinenlere dayanarak hücre teorisini ortaya atmışlardır. Bu teoriye göre "bütün organizmalar hücrelerden yapılmıştır". Hücrelerin bölünerek yeni hücre oluşturması ilk kez Rudolf Virchow tarafından 1855'de izlenmiştir. 1930 yılında elektron mikroskobunun keşfedilmesinden sonra, hücrenin ayrıntılı yapısını gözlemek ve hücredeki yapıların görevini anlamak mümkün olmuştur. Bugünkü bilgilerimize dayanarak hücre teorisini özet olarak şu şekilde açıklayabiliriz:
1. Bütün canlılar hücrelerden oluşmuşlardır. Canlılığın devam etmesi hücrede oluşan kimyasal reaksiyonlara bağlıdır.
2. Hücreler kendilerinden önce yaşayan hücrelerden oluşurlar.
3. Hücre içinde oluşan kimyasal reaksiyonlar, hücre içinde belli görevleri yapmak üzere bir arada bulunan özelleşmiş yapılara (mitokondri, kloroplast ve çekirdek, gibi) bağlıdır.
4. Bütün canlı hücrelerin temel benzerliği, hücrelerde benzer kimyasal reaksiyonların olmasıdır.
Hücrenin Şekli ve Büyüklüğü
Yaşamın en basit şekli hücredir. Hayvan ve bitkilerin hücre ve şekilleri temel yapılar hariç farklılıklar gösterir. Hücrenin şekli ve büyüklüğü, görevine ve kalıtsal özelliklerine bağlıdır. Bu yüzden hücreler canlıdan canlıya ve canlıda yaptıkları işe göre şekil bakımından farklılıklar gösterirler. Genelde hücreler şekil bakımından sabittirler. Ancak bazı özel durumlarda görevlerinden dolayı şekil değişikliği görülebilir. Örneğin; Amip ve akyuvarlarda olduğu gibi şekil değişikliği görülebilmektedir.
Hücreler büyüklük bakımından farklılıklar göstermektedir. Boyları 0,2 - 0,5 mikron çapında olan bakteri ve parazit bir hücreliler olduğu gibi, çapları 10 mikrondan fazla olup evrilmiş hücrelerde vardır. Böyle evrilmiş yapıların sitoplazmalarında birçok organel bulunur. Memelilerdeki vücut hücreleri ve bazı ileri yapılı bitki hücreleri buna örnektir.