HÜCRE BİYOLOJİSİ

HÜCRELER ve HÜCRE ARAŞTIRMALARI

• Hücrelerin moleküler biyolojisini anlamak tüm biyolojik bilimlere temel olan aktif bir araştırma alanıdır.

• İnsan genomunun diziliminin tamamlanmasıyla hücre ve moleküler biyolojideki gelişmeler tıp uygulamalrında yeni ufuklar açmıştır.– Kanser hücrelerinin çoğalmasını durdurmayı hedfleyen özgün

ilaçların geliştirilmesi– Diyabet– Parkinson– Alzheimer– Omurga yaralanmaları ve kalp hastalıklarında hasar görmüş

dokunun yerini almak üzere kök hücrelerin kullanılması gibi

• İlk insan hücre kültürü 1951 yılında John Hopkins Üniversitesinden George Gey tarafından başlatıldı.

• Hücreler malign tümörlerden elde edildi ve vericisinin adından “Henrietta Lacks” dolayı “HeLa” olarak adlandırıldı.

• Günümüzde hücrenin biyolojisini anlamak için yapılan tüm çalışmalar “in vitro” dediğimiz vücut dışında üretilen (kültürü yapılan) hücrelerde yapılır.

Hücreler Çok Karmaşık ve Organize Yapılardır

• Karmaşıklık: Kompleks yapı, çok parçalı ve doğru yerleşimli oluşum; doğada hataya karşı düşük tolerans, parçalar arasında etkileşim ve daha fazla kontrol olarak açıklanabilir.

• Hücresel aktiviteler ise oldukça düzenli ve yüksek düzeyde kontrol altındadır.

• DNA duplikasyonu sırasında her 10 milyon nukleotit katılımında sadece 1 hata olabilmekte ve hata derhal tanınarak, onarım sistemleri tarafından düzeltilmektedir.

AtomlarOrganizasyon:Küçük boyutlu moleküller

Polimerler

Farklı polimerler

Organeller

HÜCRE

Farklı küçük boyutlu moleküller

Her hücre tipi için herbir kademede yüksek düzeyde TUTARLILIK

İncebarsak Epitel Hücresinde Hücresel ve

Moleküler Organizasyonun Aşamaları

Aktin monomerleri mikrovili flamentini oluşturur.

Protein sentezi, kimyasal enerjinin dönüşümü ya da membran yapısı gibi temel

süreçler tüm canlılarda yüksek derecede benzerlik gösterir.

Hücreler bir genetik programa sahiptir

• Organizmalar genlerinin kodladığı bilgiye göre oluşurlar.

• İnsan genetik programı eğer kelimelere dökülseydi, milyonlarca sayfadan oluşan bir metin oluşurdu.

• Bu çok büyük miktardaki bilgi nukleus içinde yeralan kromozomlar üzerinde paketlenmiştir.

• Genlerin moleküler yapısı genetik yapının değişmesine izin verir (mutasyon).

• Mutasyon bireyler arasındaki çeşitliliğin oluşmasına neden olur ve biyolojik evrimin temelidir.

Hücreler kendilerini çoğaltma yeteneğine sahiptir.

• Herbir organizma kendini çoğaltabilirse hücrelerde bunu yapabilirler.

• Bir ana hücreden iki yeni yavru hücre oluşmadan önce genetik materyal iki katına çıkar ve herbir yeni yavru hücre ana hücre ile aynı genetik materyali taşır.

• Genellikle iki yavru hücrenin hacmi de eşittir. Bazı durumlarda insan oositi bölünme geçirdikten sonra bir yavru hücre genetik materyalin yarısını içerse de sitoplazmanın tamamına yakını taşır.

Hücreler Enerjiyi Kazanır ve Kullanır

• Karmaşıklığın oluşumu ve devamlılığı sürekili bir enerji girdisini gerektirir.

• Işığın enerjisi fotosentetik hücrelerin membranlarında bulunan ışık absorblayan pigmentler tarafından tutulur. Işık enerjisi fotosentez ile kimyasal enerjiye dönüştürülür ve nişasta ve sukroz gibi karbonhidratlarda enerji şeklinde depolanır.

• Glukozun parçalanmasıyla oluşan enerji ATP’de depolanır.

• Hücre makromolekülleri, organelleri parçalayarak ve yeniden oluşturarak çok fazla miktarda enerji harcar.

• Böylece hücre devamlılığını sağlar, değişen koşullara kolaylıkla uyum sağlar.

Spirogyra flamentli algi kurdeleye benzer zig-zag çizen bir kloroplasta sahiptir.

Hücreler çok çeşitli kimyasal reaksiyonu başarıyla gerçekleştirirler

• En basit bakteri hücresi bile yüzlerce farklı kimyasal transformasyonu gerçekleştirebilir.

• Bu reaksiyonların hızını artırmak için “enzimlere” gereksinim duyulur.

• Hücredeki kimyasal reaksiyonların toplamına METABOLİZMA denir

Hücreler Mekanik Aktivitelere Sahiptir

• Materyaller bir yerden bir yere taşınır.• Çeşitli yapılar yıkılır yeniden yapılır,

bazıları birleşir veya ayrılır.• Hücrenin kendisi bir yerden başka bir

yere taşınabilir. • Bu tip aktiviteler dinamik motor

proteinlerindeki şekil değişmeleriyle başlayan hücre içindeki mekanik değişmeleri temel alır.

Hücreler Uyaranlara Cevap Verebilir

• Bazı hücreler uyaranlara karşı bildik yolla tepki verir. Ör: protistler karşılarına çıkan objelerden kaçar veya besin maddelerine doğru hareket ederler.

• Çok hücreli bitkilerde ve hayvanlarda ise hücreler, çok özgün bir yolla çevrelerindeki maddelerle ilişkiye giren reseptörlerle kaplıdır.

• Hücreler hormonlara, büyüme faktörlerine, hücre dışı maddelere ve diğer hücrelerin yüzeyindeki maddelere karşı reseptörlere sahiptir.

• Böylece hücreler; hedef hücreye karşı özgün cevap, metabolik aktivitelerini değiştirerek spesifik uyarana karşı özgün cevap, hareket veya ölüm gibi cevaplar verebilir.

Hücreler Kendi Regülasyonlarını Yapabilir

• Karmaşıklığın devamı ve düzeni sürekli bir regülasyon gerektirir.

• Bu regülasyonun bozulması çok önemli sonuçlara neden olur.

• Ör: DNA’daki hataların düzeltilmesinde onarım mekanizmasının bozulması, hücrede mutasyona ve çeşitli hastalıkların ortaya çıkmasına neden olur.

• Hücrelerin kendi aktivitelerini nasıl kontrol ettikleri konusu ise yavaş yavaş aydınlatılmaya başlanmıştır.

Prokaryotik ve Ökaryotik

Hücreler temelde iki büyük sınıfa ayrılır.