CANLILIĞIN TEMEL BİRİMİ ‘HÜCRE’ Hücrenin Keşfi ve Hücre Teorileri Gözle görülemeyecek kadar küçük olan yapıları büyüterek görmemize yarayan aletlere mikroskop denir. Hücrenin keşfi, mikroskobun kullanılmasıyla yapılmıştır. İlk defa 1665 yılında İngiliz bilim adamı Robert Hooke , şişe mantarından (mantar meşesi bitkisinin mantar dokusundan yapılmış) aldığı ince kesiti, kendi yaptığı mikroskopta incelemiştir. Robert Hooke Bu incelemelerinde bunların mantar peteği şeklinde duvarlarla çevrili olduğunu görmüştür.Robert Hooke, gördüğü bu odacıklara hücre (cellula) adını vermiştir. Robert Hooke’un mikroskobu Mantar tıpasının mikroskoptaki görünüşü Leeuwenhoek adlı bilim adamı, kendi yaptığı mikroskopla kirli suları inceleyerek sularda hareket eden organizmalar görmüştür. 1838 - 1839 yıllarında Mathias Schleiden ve Thedor Schwann yaptıkları mikroskobik gözlemlere dayanarak günümüzde de geçerliliğini koruyan hücre teorisini kurdular. Günümüzdeki şekliyle hücre teorisi: Bütün organizmalar bir veya daha fazla hücreden meydana gelir. Hücreler, canlıların en küçük yapı birimidir. Hücreler, kendilerinden önceki hücrelerin bölünmesiyle meydana gelir. Hücrelerin kimyasal bileşenleri ve metabolizma olayları birbirine benzer. Çok hücreli organizmalarda hücreler bir araya gelerek aralarında iş bölümü yaparlar. Bu hücre gruplarına doku denir. Canlıların kalıtım maddeleri, hücrelerinde bulunur. Daha sonraki yıllarda bir başka bilim adamı Rudolf VIRCHOF ‘ bugünkü hücreler daha önceki hücrelerin bölünmesiyle meydana gelir ‘diyerek hücre teorilerini tamamlamıştır. Tek hücreli organizmalarda bütün hayatsal olaylar bir hücrenin içinde gerçekleşir. Çok hücreli canlılarda ise hücreler beraber çalışabilecek şekilde özelleşerek organizmayı meydana getirirler. Organeller Hücreler Dokular Organlar Sistemler Organizma HÜCRENİN YAPISI Canlıların canlılık özelliği gösteren en küçük yapı birimine denir. HÜCRELER;çekirdek yapılarına göre ikiye ayrılırlar. 1.Prokaryot hücreler 2.Ökaryot hücreler 1. PROKARYOT HÜCRE •Zarlı organeli bulunmaz. •Organel olarak sadece ribozom bulundurur. • Çekirdeği yoktur. • DNA molekülü sitoplazmada dağınık olarak bulunur. • Bakteri ve arkeler prokaryot hücre yapısındadır. 2. ÖKARYOT HÜCRE Zarlı organelleri bulunur. (Golgi, mitokondri, lizozom...) Çekirdegi vardır. Metabolik olayların çogunu organellerde gerçeklestirir. DNA molekülü belirgin bir zarla sitoplazmadan ayrılmıstır. !!! Ökaryot ve prokaryot hücrelerde Sitoplazma , hücre zarı , ribozom ortak olarak bulunur. ÖKARYOT HÜCRELER 3 KISIMA AYRILIR HÜCRENİN BÖLÜMLERİ HÜCRE ZARI SİTOPLAZMA ÇEKİRDEK 1.HÜCRE ZARI Canlı, esnek ve saydamdır. Seçici geçirgendir.Bu özelliği sayesinde hücre içine zararlı maddeleri almadığı gibi yararlı maddeleri de dışarıya geçirmez.Madde alış verişini kontrol eder.Bu kontrolü porlar ve enzimler sayesinde yapar. Por zar üzerinde bulunan açıklıklara denir. Hücreyi çepeçevre sararak dış etkilerden korur ve ona şeklini verir. Çift katlı yağ tabakasıyla bu tabakalar arasına gömülmüş proteinlerden oluşmuştur. Yapısında az sayıda karbonhidrat molekülü bulunur. Hücre zarının bugünkü yapısını açıklayan akıcımozaik zar modeli 1972 yılında Singer ve Nicholsan adlı iki bilim adamı tarafından ortaya atılmıştır. Bu zar modelinde zarın hareketli kısmında iki sıra yağ tabakası (fosfolipid) bulunur.Bu yağların suyu sevmeyen kısımları birbirine dönük olarak yer alır. Proteinler ise zarı oluşturan yağların içine gömülü olarak veya zarın iç ve dış yüzeyinde tutunmuş olarak bulunur. Hücre zarının bu canlı modeline göre ; zardaki protein ve yağ molekülleri sürekli hareket halindedir. Her hücrenin hücre zarında bulunan protein, yağ ve karbonhidratların dağılımı farklıdır. Bu farklılık hücreye özgünlük kazandırır. Zardaki karbonhidratlar : Glikolipid Glikoprotein Halinde bulunurlar. Hücrenin bu özgünlüğü zarın yapısındaki glikoprotein , glikolipid ve lipoprotein moleküllerinin dağılımına bağlıdır. Hücrelerin birbirini tanıması , kendisine uygun hormonları seçebilmesi ve maddeleri ayırt edebilmesi zardaki bu moleküllere bağlıdır. Asagıda verilen moleküllerden hangisi hücre zarının yapısında bulunmaz? A)Enzim B) Fosfat C) Karbonhidrat D) Vitamin E) Lipit Hücre Zarının Görevleri Hücreye belirgin bir sekil verir. Hücrenin dıs ortamla madde alısverisini saglar. Hücre içeriginin dagılmasını önler. Hücreye desteklik saglar. Doku olusumu sırasında hücrelerin birbirini tanımasında görev yapar. Hücre Zarının Özellikleri Canlı ve saydamdır. Yapısında porlar bulunur. Lipoprotein yapılıdır. Az miktarda karbonhidrat içerir. Esnek ve hareketlidir. Seçici geçirgendir. HÜCREDEN MADDE GEÇİŞ YÖNTEMLERİ Hücre zarı seçici geçirgendir. Bu nedenle; ( – ) iyonlar ( + ) iyonlardan daha kolay zardan geçer. Çünkü zarın dış yüzü genelde ( + ) yüklüdür. Yüksüz(nötr) moleküller, iyonlardan daha kolay geçer. Yağda çözünen maddeler zardan kolay geçer. Yağı çözen maddeler(eter, alkol, kloroform) zarın yapısını bozarak zardan kolay geçerler. Monomer durumundaki ya da küçük moleküller(glikoz, yağ asidi, gliserin, amino asit, vitamin, su, tuzlar, gazlar) hücre zarından kolay geçerler. Komplex büyük moleküller(Protein, polipeptit, dipeptit, yağ, maltoz, nişasta, glikojen vb) hücre zarından geçemez. Hücre zarından madde geçişi Küçük moleküllerin geçişi Pasif Taşıma Difüzyon Büyük moleküllerin geçişi Aktif Taşıma Osmoz Endositoz Fagositoz Ekzositoz Pinositoz 1. PASİF TAŞIMA Pasif taşınmada ATP harcanmaz, enzimler görev almaz. Madde moleküllerinin çok olduğu yerden madde moleküllerinin az olduğu yere doğru, Her tarafta yoğunluk eşit oluncaya kadar moleküllerin yayılması şeklinde olur. A) Difüzyon (Yayılma) ATP harcanmadan, madde yoğunluğunun çok olduğu yerden madde yoğunluğunun az olduğu yere doğru, moleküllerin yayılmasına difüzyon denir. Difüzyon molekül hareketine bağlı olduğundan katı ortamda difüzyon olmaz. Enerji harcanmaz. Enzim kullanılmaz. Canlı ve cansız ortamda görülebilir. Canlılık delili değildir. Örneğin; yazın otobüslerde ter kokusunun yayılması, canız ortamda gerçekleşen bir difüzyondur. Akciğerdeki oksijenin kana geçmesi. (canlı ortam) DİFÜZYON HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER a.Sıcaklık: ortam sıcaklığı arttıkça moleküller daha hızlı hareket eder ve difüzyon hızı artar. b. Moleküllerin büyüklüğü:Moleküllerin büyüklüğü ile moleküllerin difüzyon hızı ters orantılıdır. Çünkü küçük moleküller, büyük moleküllerden daha hızlı hareket ederler. c.Hücre zarındaki por sayısı ve por büyüklüğü: 10 kişi binanın önünde bekliyorsunuz. 1 kapıdan mı daha hızlı girersiniz, 3 kapıdan mı? Kapı küçük olduğunda mı daha hızlı girersiniz, büyük olduğunda mı? Moleküllerin difüzyon hızı da hücrenin kapısı olan porların sayısı ve büyüklüğü arttıkça artar. d. Ortamlar arasındaki yoğunluk farkı: iki ortam arasındaki yoğunluk farkı arttıkça, moleküllerin difüzyon hızı da artar. e. Maddenin hali: Maddenin katı, sıvı, gaz olmasına göre, moleküllerin hareket hızları da değişir. Gazlar sıvılara göre, sıvılar katılara göre daha hızlı difüzyona uğrar. 2. Kolaylaştırılmış Difüzyon: Kolaylaştırılmış difüzyon da, moleküllerin yoğunluğun fazla olduğu ortamdan, yoğunluğun az olduğu ortama doğru geçmesidir. Bu olayda özel taşıyıcı proteinler ve enzimler kullanılır. Hücre zarındaki taşıyıcı proteinler kanallar oluşturur. Taşınacak olan moleküller enzimler yardımıyla taşıyıcı proteine bağlanır.Taşıyıcı protein şekil değişikliği yaparak kanallını zarın diğer tarafına açar. Molekül zarın diğer tarafına taşınır. 2. OSMOZ Suyun yarı geçirgen zardan difüzyonudur Suyun çok olduğu yerden az olduğu yere geçmesidir. X çözeltisi Y çözeltisi Hücre içindeki çözeltiye yani hücre özsuyuna göre 3 tip çözelti vardır: 1. Hipertonik çözelti (ortam) Çok yoğun ortam Hücreye göre çözünen madde yoğunluğunun fazla olduğu ortamlardır. Örneğin ; yoğun şekerli ya da tuzlu su çözeltileri 2. İzotonik çözelti (ortam): Denge ortamıdır. Çözünen madde yoğunluğu hücre öz suyu ile eşit olan ortamlardır. Bir hücre izotonik bir ortama konursa hiçbir değişikliğe uğramaz. Hücrelerimiz için % 0,9 luk tuzlu su izotoniktir. 3.Hipotonik çözelti (ortam): Az yoğun ortamdır. Hücreye göre çözünen madde yoğunluğu azdır. Hücre kendisinden farklı yoğunluktaki su içeren ortamlara konursa şu durumlar gözlenir: Bir hücre kendisinden daha yoğun bir ortama (hipertonik) konursa su kaybederek büzülür.Bu olaya plazmoliz (büzülme) denir. Hayvan hücresi Hipertonik ortamdaki hayvan hücresi Bir hücre kendisinden daha az yoğun bir ortama ( hipotonik ) konursa su alarak şişer ve eski haline geri döner. Bu olaya deplazmoliz denir. Plazmoliz olmuş hayvan hücresi Hayvan hücresi Bitki hücrelerinde deplazmoliz devam ederse hücre gereğinden fazla su alarak şişer ve turgor durumuna geçer. Hayvan hücrelerinde deplazmoliz devam ederse hücre patlar.Buna hemoliz denir. Yani hayvansal hücrelerin turgor basıncı nedeniyle patlamasıdır. !!! Bitkisel hücreler hemolize uğramaz. Çünkü hücre duvarı turgor basıncına dayanır. OZMOTİK BASINÇ Hücre içerisindeki çözünmüş maddenin hücre zarına yaptığı basınçtır. Çözünmüş madde miktarı (hücrenin yoğunluğu) arttıkça ozmotik basınç artar. TURGOR BASINCI Hücre içerisindeki suyun hücre zarına (yada çepere) yaptığı basınçtır. Kofullar tarafından ayarlanır. Turgor çok artarsa su girişi durur. Turgor, otsu bitki ve yaprakların dik durmasını sağlar. Küstüm otundaki hareket turgor basıncından kaynaklanır. EMME KUVVETİ : →Bir hücreye su girişini sağlayan net kuvvete emme kuvveti denir. →Osmotik basınç hücreye su girişini sağlar. →Turgor basıncı ise suyun hücreye girişine karşı koymaya çalışır. Bu nedenle; Hücrenin emme kuvveti; osmotik basınç ile turgor basıncı arasındaki fark alınarak hesaplanır. Emme kuvveti = osmotik basınç – turgor basıncı E.K. > 0 ise hücre su alır. E.K. < 0 ise hücre su verir. E.K. = 0 ise hücre osmotik dengededir. AKTİF TAŞIMA Osmoz ve difüzyonun tersine, madde moleküllerinin az olduğu yerden, moleküllerin çok olduğu yere doğru maddenin taşınmasıdır. Aktif taşımada enzimler kullanılır. Aktif taşımada ATP harcanır. Aktif taşımada taşıyıcı özel proteinler görev alır. Aktif taşıma sonunda her tarafta madde yoğunluğu eşit olmaz. Porlardan geçebilecek büyüklükteki maddeler aktif taşıma ile taşınır. Sadece canlı hücrelerde görülür. ÖRNEK:İnce bağırsaktaki glikozun kana geçmesi.Böbrekteki geri emilim. BÜYÜK MOLEKÜLLERİN GEÇİŞİ 1.Endositoz: Hücre dışındaki katı ve sıvı maddelerin , hücre zarı tarafından koful oluşturarak hücre içine alınmasına endositoz denir. Enerji harcanır. Enzim kullanılır. Hücre zarı azalır.Hücrenin içeriği artar. Hücreye alınan bu büyük maddeler lizozomdaki ve besin kofulundaki hücre içi enzimlerle parçalanır. Tek hücrelilerde ve alyuvarlar da çok görülür. Canlılık delilidir. Denge yoktur. Bitki hücrelerinde ve diğer çeperi olan hücrelerde görülmez. İkiye ayrılır: Fagositoz , Pinositoz a.Fagositoz(yeme): Büyük moleküllü katı maddelerin enerji harcanarak hücre içine alınmasıdır. Fagositoz bir hücrelilerde, akyuvarlarda ve karaciğerdeki bazı hücrelerde görülür. Fagositoz yapan hücreler , hemen hemen bütün organlarda vardır. Fagositoz yapan hücre, hücre zarının oluşturduğu yalancı ayakla katı besini sarar ve onu koful içine alır.Yani hücre katı besini bir anlamda yer. Koful içinde hücre sitoplazmasına geçen besinlerin sindirimi, lizozom organeliyle gerçekleşir. Sindirim kofulunda, sindirim işlemi bittikten sonra, sindirilmiş besinler sitoplazmaya geçer. Atık maddeler de hücre dışına atılır. b. Pinositoz (içme) :Büyük moleküllü sıvı maddelerin enerji harcanarak hücre içine alınmasıdır. Bu olayda yalancı ayak oluşturulmaz. Sıvı moleküller hücre zarına değdiğinde zar içeri doğru çöküntü yapar ve pinositik cep oluşur Sıvı moleküllerin pinositik cebe dolmasından sonra cep boğumlanır ve pinositik koful oluşarak sıvı moleküller sitoplazmaya koful içinde alınmış olur. Yani hücre, sıvı besini bir anlamda içer. Lizozom organeliyle besinlerin sindirimi gerçekleşir. Fagositoz ve pinositozda ortak olarak: Enerji harcanır, Hücre zarı küçülür. Koful oluşturulur (fagositozdaki koful, pinositozdakinden büyüktür). 2. Ekzositoz: Zardan geçemeyen büyük moleküllerin hücre dışına vermesi olayına ekzositoz denir. Ekzositoz olayında: Enerji harcanır , enzim kullanılır. Hücre zarının miktarı artar. Canlı hücrelerde meydana gelir. Gerçekleşmesinde golgi ve koful rol oynar. Bitki ve hayvan hücrelerinde görülür. ENDOSİTOZ Fagositoz Katı moleküllerin hücre içine alınması Yalancı ayak oluşumu ile sağlanır. Hücre zarının yüzeyi küçülür. ATP harcanır, enzim kullanılır. EKZOSİTOZ Pinositoz Sıvı moleküllerin hücre içine alınması Moleküllerin hücre dışına verilmesi Pinositik cep oluşumu Boşaltım kofulu ile ile sağlanır. sağlanır. Hücre zarının yüzeyi küçülür. ATP harcanır, enzim kullanılır. Hücre zarının yüzeyi büyür. ATP harcanır , enzim kullanılır.