Hücre Bölünmesinin Gerekliliği

Hücre Neden Bölünür?

Hücrenin bölünmesine neden olan bazı durumlar şunlardır:

1. Yüzey/Hacim Oranının Bozulması

► Her hücrenin bir yaşam döngüsü vardır. Bu döngü sırasında hücreler büyür.

► Hücrenin büyümesi ile birlikte sitoplazma miktarı artmaya başlar. Sitoplazmadaki bu artış hücrenin hacminin artmasına neden olur.

► Hücrede hacim (sitoplazma) artışı, yüzey (hücre zarı) artışından daha fazla olduğu için yüzey/hacim oranı bozulur. Hücrenin hacmi r³ (yarıçapının küpü ile) büyürken, yüzeydeki büyüme r² (yarıçapının karesi ile) şeklinde olur. Böylece hücrede hacim/yüzey oranı artar. (r³/r² şeklindedir.)

Bunun sonucunda;

♦ Hücre zarındaki madde alışveriş hızı, sitoplazmanın besin ve oksijen ihtiyacını karşılayamaz hâle gelir. Çünkü hücreler madde alışverişini yüzeyleri ile (hücre zarı) yapmaktadır.

♦ Atık maddelerin dışarı atılması zorlaşır.

♦ Madde iletimi ve gaz alışverişi güçleşir.

♦ Çekirdek hücreyi yönetmek ve denetlemekte güçlük yaşar.

♦ Bu durumda hücre, hacmine oranla yüzeyini artırmak için bölünür.

3. DNA'nın Kendini Eşlemesi

► Hücrede hacim/yüzey oranı ile çekirdek/sitoplazma oranı bozulduğu zaman çekirdekte bulunan DNA, hücreye "Bölün" emrini verir.

► Bu durumda; DNA kendini eşlemeye başlar.

► Hücre; DNA eşlenmesi tamamlandıktan sonra bölünmeyi durduran herhangi bir uyarı gelmediği sürece hücre bölünmeye devam eder.

► DNA'nın kendini eşlemesi ile kalıtım materyali doğru ve eşit bir şekilde oluşacak yavru hücrelere aktarılmış olur.

4. Hormonların Uyarıcı Etkisi

► Bölünmenin temel nedenlerinden birisi de hücredeki kimyasal sinyaller ve hormonlardır. Örneğin; insanlardaki büyüme hormonu hücre bölünmesine uyarıcı etki yapar.

Hücrelerin Bölünmesinin Sonuçları

1. Doku ve Organların Onarımı

► Çok hücreli canlılarda zarar gören doku ve organların onarımı için hücreler bölünür. Yaralar bu şekilde onarılır.

2. Büyüme ve Gelişme

► Çok hücreli canlılarda hücre bölünmeleri ile büyüme ve gelişme gerçekleşir.

► Bütün vücut hücreleri zigot hücresinin mitoz bölünmeleri sonucunda oluşur.

3. Üreme ve Çoğalma

► Tek hücreli canlılarda hücre bölünmesi çoğalmayı sağlar.

► Bazı çok hücreli canlılar hücre bölünmeleri ile eşeysiz üreme gerçekleştirirler. Örneğin; gelişmiş bitkilerdeki vejetatif üreme yolları buna örnektir.

► Bölünmenin ön koşulu, hücrenin belirli bir büyüklüğe ulaşmasıdır. Ancak bazı hücreler belirli bir büyüklüğe ulaşmadan bölünebilirler. Örneğin; embriyonik dönemde oluşan hücreler bu şekilde hızla çoğalır.

► Hücre bölünmesinin çekirdeğin denetiminde gerçekleştiğini ispatlamak için amipler üzerinde bazı deneyler yapılmıştır.

► Çekirdek, hücrenin denetim ve yönetim merkezidir.

► Hücrede meydana gelen metabolik olayların tümü çekirdeğin denetiminde gerçekleşir.

► Çekirdeğin içinde yer alan DNA, genetik bilgileri bölünme sayesinde yeni oluşan hücrelere aktararak kalıtsal devamlılığı sağlar.

► Çekirdeği olmayan ya da çıkartılan ökaryot hücre, bölünemez ve uzun süre yaşayamaz. Bununla ilgili deneyler amip kullanılarak yapılmıştır.

Hücre Bölünmelerinde Kullanılan Bazı Kavramlar

Hücre döngüsünün anlaşılabilmesi için bazı kavramları bilmemiz gerekir. Bu kavramlar şunlardır.

1. DNA (Deoksiribonükleik Asit)

► DNA tüm canlı hücrelerde (bazı virüsler dahil) ortak bulunan ve canlıdaki kalıtsal bilgiyi taşıyan organik bir moleküldür.

► Birbirine paralel olan iki zincirden oluşur.

DNA Molekülünün Bazı Özellikleri Şunlardır:

► Kalıtsal özellikleri depolar ve kendini eşleyerek çoğaltır.

► Bu kalıtsal özellikleri sonraki nesillere aktarır. (Hücre bölünmeleri ile)

► Hücredeki yaşamsal olayları kontrol eder.

► DNA'daki bu kalıtsal bilgiler mutasyonlarla değişime uğrayabilir.

► DNA'nın yapı birimi nükleotitlerdir.

► Bu nükleotitler karşılıklı ve alt alta bağ kurarak iki zincirli sarmal DNA molekülünü oluştururlar.

► DNA; dört çeşit nükleotitten (adenin, guanin, sitozin, timin nükleotitleri) oluşur.

► Her canlının DNA'sı kendine özgü nükleotit dizilimine sahiptir.

2. GEN

► DNA çok sayıda nükleotitin bir araya gelmesi ile oluşur.

► DNA üzerinde belli sayıdaki nükleotitlerin (ortalama 1.500 nükleotit) oluşturduğu bölümlere gen denir.

► Her türde belli sayıda gen bulunur. Örneğin insanda yaklaşık 30 - 33 bin gen (alel) olduğu tahmin edilmektedir.

► Her bir protein çeşidinin sentezinden DNA'daki bir gen (alel) sorumludur.

► Türlerdeki kalıtsal özellikler genler tarafından belirlenir.

► Genler genellikle baskın ve çekinik şekilde olabilirler ve harflerle ifade edilirler. Baskın genler büyük, çekinik genler küçük harflerle ifade edilir. (A, a, B, b gibi)

3. GENOM : Bir organizmadaki genlerin tamamıdır.

4. KROMATİN İPLİK

► Ökaryot hücrede DNA ve histon proteinlerinin oluşturduğu nükleoprotein yapıdır. (DNA ve proteinden oluştuğu için)

► Hücre bölünmesinden önce DNA eşlenir, etrafını histon protein çevirir ve kromatin iplik oluşur.

► Böylece çok uzun olan DNA molekülü küçük bir bölgeye sıkıştırılmış olur.

► Ökaryot hücrelerde bölünme evresinin dışında DNA çekirdek içinde kromatin iplik halinde bulunur.

5. KROMOZOM

► Hücre bölünmesi sırasında kromatin ipliklerin kısalıp, kalınlaşıp, katlanması sonucunda oluşan kalıtsal yapılardır.

► Hücre bölünmesi ile genlerin yeni oluşacak hücrelere eşit ve hatasız aktarılması kromozomlar ile olur. Çünkü; kromozom karmaşık olan DNA molekünün paketlenmiş halidir.

► Hücre döngüsünün hazırlık evresinde DNA kendini eşleyerek (kromatin ipliklerde eşlenir) birbirinin kopyası olan iki kromatitli yapı oluşur. Bu iki kromatitli yapı aynı genlere sahip olduğu için her birine Kardeş Kromatit adı verilir.

► Bu iki kardeş kromatitli yapılar yoğunlaşarak Kromozom adını alır.

► Kromozomlarda, kromatitleri bir arada tutan yapılar vardır. Bunlara Sentromer Bölgesi denir.

► Sentromer bölgesinde iğ ipliklerinin bağlandığı protein kısımlar bulunur. Bunlara Kinetokor adı verilir.

► Genellikle, bir türün tüm bireylerinde kromozom sayısı aynıdır.

► Ancak kromozom sayısı türü ayırt eden bir özellik değildir. Çünkü; aynı kromozom sayısına sahip olan farklı türler bulunabilir. Örneğin; insan, moli balığı ve kurt bağrı bitkisinde kromozom sayısı 2n = 46'dır.

► Kromozom sayısı ile canlının gelişmişliği arasında bir ilişki yoktur. Önemli olan kromozom üzerindeki genlerin taşıdığı türe özgü kalıtsal özelliklerdir.

6. HOMOLOG KROMOZOM

► Diploit (2n) canlılarda biri sperm ile diğeri yumurta ile yavruya geçen kromozomlardır.

► İnsan türü için homolog kromozomların 23 tanesi anneden 23 tanesi babadan gelir.

► Bu kromozomlar üzerinde aynı karaktere etki eden genler karşılıklı bölgelerde bulunur.

► İnsanda 23 çift (46 kromozom) homolog kromozom bulunur.

► Homolog kromozomların karşılıklı bölgelerinde, aynı karaktere etki eden genin alelleri yer alır.

► Bu alel genin kromozom üzerinde bulunduğu yere Lokus denir.

► Kalıtsal bir özelliğe etki eden alel genler, homolog kromozomların karşılıklı lokuslarında yer alır.

► İnsan vücut hücrelerinde 2n = 46 kromozom bulunur. Vücut hücrelerinin tamamı ve eşey ana hücreleri 46 kromozom taşır. Ergenlik dönemi ile eşey ana hücreleri mayoz bölünme geçirerek üreme hücrelerini (gamet) oluştururlar. Gametler; erkekte sperm (n = 23 kromozomludur), dişide yumurta (n = 23 kromozomludur) hücreleridir. Bunların döllenmesi ile 2n = 46 kromozomlu zigot oluşur. Zigot yeni oluşan yavrunun ilk hücresidir. Mitoz bölünmeler geçirerek önce embriyoyu sonra yavruyu oluşturur. 

Homolog kromozom çiftlerinin biraraya gelmesi ve döllenme olayı şemada gösterilmiştir.

► Canlılar hücrelerinde taşıdıkları homolog kromozom sayılarına göre çeşitlilik gösterir. Buna göre; monoploit, diploit, triploit vb. hücrelere ayrılırlar.

Monoploit = Haploit Hücre (n)

► Homolog kromozomları birlikte bulundurmayan hücrelerdir.

► Bu hücreler homolog kromozom çifti taşımaz. Tek takım kromozoma sahiptirler.

► n kromozomlu canlılarda her karakteri bir gen belirler. Yani alel gen bulundurmazlar. Örneğin; tüm prokaryot canlılar (bakteriler ve arkeler), erkek arı, sperm, yumurta, spor hücreleri n kromozomludur ve haploit hücrelidirler.

► Örneğin insanda yumurta ve sperm hücresi n = 23 kromozomludur.

Diploit Hücre (2n)

► Homolog kromozomları birlikte bulunduran hücrelerdir.

► Diploit canlılarda yarısı anneden yarısı babadan gelen homolog kromozom çiftleri bulunur.

► Her bir karakteri bir çift gen belirler. Yani alel gen bulundurular.

► Diploit canlılar döllenmiş yumurtadan gelişen canlılardır. Yani eşeyli üreme ile oluşurlar.

► Vücut hücreleri (somatik), kraliçe ve işçi arılar, eşey ana hücreleri (mayoz geçirecek hücrelerdir.) diploit hücrelerdir.

İnsanda Kromozom Formülleri

► İnsan türü 2n = 46 kromozomludur.

► Bu kromozomlardan 44 tanesi vücut özelliklerini belirleyen genleri taşırlar. Bu kromozomlara Otozom (Vücut) Kromozomları denir.

► Otozom kromozomlar dişi ve erkeklerde 44 tanedir.

► Geriye kalan 2 tanesi ise Gonozom (Eşey) Kromozomlarıdır.

► Gonozom kromozomlar hem cinsiyeti belirleyen genleri taşır hem de bazı vücut özelliklerimizi belirleyen genleri taşırlar. (Renk körlüğü, hemofili gibi özellikler gonozomlar üzerinde taşınan genlerle ortaya çıkar.)

► Dişide bulunan gonozom kromozomlar XX'tir. Erkekte ise XY'dir.

             

Hücre Döngüsü

► Hücrelerin yaşam devri genelde döngü şeklinde gerçekleşir.

► Bir hücrenin yaşam döngüsü hücre bölünmesi ile tamamlanır.

► Bölünme sonucu oluşmuş yeni bir hücreden iki yeni hücre oluşuncaya kadar geçen zaman aralığına hücre döngüsü denir.

► Hücre döngüsü; Bu zaman aralığında gerçekleşen ve birbirini takip eden olaylar bütünüdür.

► Hücre bölünmesi, hücre döngüsünün bir parçasıdır.

► Hücre döngüsünün süresi; canlı türü, hücre ve doku çeşidi gibi pek çok faktöre bağlı olarak farklılıklar gösterir.

► Örneğin; derimizdeki epitel hücresi 24 saatte bir bölünür.

► Embriyonik dönemde oluşan hücreler belli bir büyüklüğe ulaşmadan 30 dakikada bir bölünürler. DNA eşlenmesinden sonra hızlı ve kısa sürede bölünerek çoğalırlar.

► Ayrıca bazı hücreler bölünme yeteneğini yitirmiştir. Örneğin; sinir hücreleri, kas hücreleri ve gözdeki retina hücreleri bölünemezler.

► Hücre döngüsü özel proteinlerle kontrol edilir.

Hücre Döngüsünün Evreleri

♦ Hücre döngüsü birbirini izleyen iki evreden oluşur. Bu evreler;

1. İnterfaz (G₁, S, G₂ evrelerinden oluşur.)

2. Mitotik Evre (Mitoz bölünme ve Sitoplazma Bölünmesinden oluşur.)

1. İnterfaz

► Ökaryot bir hücrenin yaşamsal olaylarını devam ettirdiği, büyüdüğü ve bölünme için gerekli hazırlıklarını yaptığı sürece İnterfaz denir.

► Bu evre bir bakıma bölünmeye hazırlık evresidir.

► İnterfaz hücre bölünmesinin (mitotik evrenin) bir parçası değildir. Ancak hücre döngüsünün bir parçasıdır.

► Döngünün en uzun evresidir. Bir hücrenin yaşamının %90'ı interfaz evresinde geçer.

► Hücrenin bölünme emri İnterfazda verilir.

İnterfaz evresinde gerçekleşen en önemli olay DNA eşlenmesidir. (Replikasyon)

► Eşlenen DNA; histon protein kılıfla çevrilerek Kromatin İpliklere dönüşür.

► Ayrıca sentrozom bulunduran canlılarda; sentrozomlar da eşlenir.

► Hücre gerekli büyüklüğe ulaştığında, organeller yeterli sayıda çoğaldığında, gerekli enzimler yeteri kadar üretildiğinde mitotik evreye geçilir.