HÜCRE FİZYOLOJİSİ 1 Hücre Kuramı 1. Tüm canlı organizmalar hücreler ve hücrenin ürünlerinden oluşmuştur. 2. Bütün hücreler kimyasal yapı yönünden birbiriyle temelde benzerdir. 3. Yeni hücreler daha önce var olan hücrelerin bölünmesi sonucu oluşur. 4. Bir organizmanın aktivitesi, kendi hücrelerinin etkileşimi ve aktivitelerinin toplamıdır. 2 HÜCRE Hücre, ilk defa 1665 yılında Robert HOOKE tarafından tespit edilmiş ve cellula (odacık=hücre) olarak adlandırılmıştır. Hücre, ancak mikroskop yardımıyla görülebilmektedir. Organellerinin görülebilmesi için elektron mikroskobu gereklidir. İnsan vücudunda trilyonlarca hücre vardır. Bu sayının yaklaşık 1/3'ünü eritrositler oluşturur. 3 HÜCRE • Hücreler, yapı ve görevleri bakımından büyük farklılıklar gösterir. • İnsan vücudunun en küçük hücresi spermdir (3-5 µm). • En büyük hücreyse çıplak gözle görülebilen oosittir (120 µm). • Hücrelerin boyları büyük farklılıklar gösterir. Bazı hücrelerin boyları birkaç mikronken, sinir hücrelerinin boyları, uzantılarıyla beraber 1 metreyi bulabilmektedir. • Yapılarının %70-85'i su, %10-20'si protein, geri kalan %510'u da lipidler, karbonhidratlar ve elektrolitlerdir. 4 5 HÜCRE • Hücrelerin şekilleri de farklıdır. Oluşumuna katıldıkları doku ve organların yapısına göre yuvarlak, yassı, ipliksi, iğsi, prizmatik ve küp biçiminde olabilirler. • Vücudumuzdaki tüm hücreler belli bir görevde uzmanlaşmıştır. Örneğin; savunma, O2-CO2 taşımak, hareketliliği sağlamak, çeşitli maddeler (protein, kimyasal madde, enzimler, hormonlar vb.) üretmek, depolamak, üremeye yardımcı olmak gibi. 6 HÜCRE Başlıca iki tip hücre tanımlanmıştır: Prokaryotik hücre (önce çekirdek) Ökaryotik hücre (gerçek çekirdek) 7 Prokaryotik Hücre  Bakteriler, mavi-yeşil algler, mikoplazma, aktinomisetler gibi.  Hücre zarı dışında bir hücre duvarı ile çevrelenmiştir.  Organeller ve karmaşık sitoplazma yapısı bulunmaz.  Çekirdek yoktur, genetik materyal (DNA) hücre içinde serbest bulunur. 8 Prokaryotik Hücre 9 Ökaryotik Hücre • Hücre içinde zarla çevrili pek çok organel bulunur. • Genetik materyal zarla çevrili bir çekirdek içinde bulunur. • Hücre duvarı yoktur. • Amip, protozoa ve evrimsel basamaklarda bunu izleyen tüm bitki ve hayvan hücreleri. 10 HÜCRE • Hücreler basitçe hücre zarı, ortasında çekirdek, içerisinde çeşitli organeller ve bunlar arasında kalan boşluğu dolduran sitoplazmadan oluşur. 11 Hücre içi sıvı (İSS)  Hücrede sitoplazma ve çekirdek içerisinde sıvı bulunur. Her ikisi birlikte hücre içi sıvı olarak adlandırılır.  Vücuttaki toplam sıvının %60„ı  Yüksek yoğunlukta potasyum, düşük yoğunlukta sodyum ve klor; hücredeki elektriksel potansiyeli dengelemekle görevlidir.  Hücredeki metabolik olaylar, tümüyle burada gerçekleşir.  Miktarı normal koşullarda değişmez. Ancak herhangi bir nedenden dolayı azalma olursa, interstisyel (hücreler arası sıvı=doku sıvısı) sıvıdan bu eksiklik karşılanır. 12 ÇEKİRDEK (NUKLEUS) 13 Çekirdek (Nukleus) Genellikle hücrenin merkezinde Şekli hücrenin şekli ile uyumlu Çoğu hücre tek nukleuslu 14 Çekirdek (Nukleus) • Hücrede olup biten tüm olayları denetler. • Genetik materyali (DNA) içerir. – – – – Çekirdek zarı (nukleus membranı) Nukleoplazma Kromatin Çekirdekçik (nukleolus)  DNA (deoksiribonukleik asit) sentezi ve onarımı  RNA (ribonukleik asit) sentezi Eritrositlerde nukleus bulunmaz! 15 Çekirdek Zarı (Nukleus membranı) • İki katlı yapıya sahiptir. • İçteki zara kromatin yapışabilir (periferal kromatin), dışta olan ise endoplazmik retikulumla devamlıdır. • Çekirdek ve sitoplazma arasında madde alışverişini sağlar (porlar vasıtasıyla). 16 Nukleoplazma • Çekirdekte kromatin ve çekirdekçik arasındaki boşluğu dolduran kısımdır. • Başlıca proteinler, metabolitler, iyonlar, su ve yapısal fibrillerden oluşmuştur. 17 Kromatin • Genetik materyal olan DNA ve ilişkili proteinlerin oluşturduğu yapıdır. • Hücre bölünmesi sırasında kromatin belli bir düzende yoğunlaşarak kromozomları oluşturur. 18 Kromozomlar • Kalıtsal özellikleri içeren genleri taşıyan kromozomlar, yalnızca hücre bölünmesi sırasında izlenebilir. • Kromozom sayısı insanda 23 çift olup, bunun 22 çifti otozomal, bir çifti ise gonozomal dır. Kromozamlar erkekte 44+ XY, kadında ise 44+ XX şeklinde bulunurlar 19 Çekirdekçik (Nukleolus)  RNA‟nın işlenmesi  Ribozom sentezi 20 Sitoplazma - Yapısı  Yarı akışkan, renksiz ve saydam bir sıvıdır  Sitoplazma, hücrenin en büyük ve en önemli maddesidir. Çekirdek dışında kalan ve hücre zarıyla çevrili boşluğu dolduran tüm oluşumlar  %60-90 su,  Protein, karbonhidrat, yağ, enzim, hormon gibi organik ve inorganik (iyonlar, mineraller) maddelerden oluşmuştur. 21 Sitoplazma - Görevleri  Biyokimyasal reaksiyonlar için zemin oluşturmak,  Organelleri barındırmak,  Organellerin hareketini sağlamak. 22 Sitoplazma Bileşenleri şu biçimde sınıflandırılabilir: • Organeller – Hücre işlevlerinin yürütülmesi için çeşitli metabolik aktivitelerin gerçekleştiği canlı hücre birimleridir • Sitoplazma inklüzyonları – Kullanılmaya uygun olan ya da olmayan çeşitli maddelerin hücre içindeki depolarıdır • Sitoplazma matriksi – Sitozol 23 Sitoplazma - Organeller • Zarla çevrili ya da zar yapısındaki organeller: – Hücre zarı, – Mitokondri, – Granüllü endoplazma retikulumu (GER), – Düz yüzlü endoplazma retikulumu (DER), – Golgi cisimciği, – Lizozom, – Kaplı kesecikler (veziküller), – Salgı granülleri, – Peroksizomlar.  Zar yapısında olmayan organeller:  Ribozomlar,  Mikrotübüller,  Sentriyoller,  Mikrofilamentler. 24 ORGANELLER 25 Mitokondri Küremsi veya silindirimsi, çift membranla çevrili, İçteki zar kıvrımlıdır. Bu kıvrımlara “krista” denir. Kendine ait DNA, RNA ve ribozomları var. 26 Mitokondri • Hücrenin enerji üretim merkezleri (ATP) • Hücresel (oksijenli) solunum • Gıdalarla alınan yağ ve şeker, mitokondrilerde son ürün CO2 ve suya (H2O) kadar yıkılarak ATP (adenozin trifosfat) sentezlenir. Bundan dolayı bu yapıya enerji üretim ve solunum merkezi de denilebilir. Hücrede kendini bölünerek yenileyebilen tek organeldir 27 Mitokondri  Enerji ihtiyacı artan hücrelerde mitokondri sayısı da bölünerek artar (kas, karaciğer, sperm gibi)  Eritrositlerde mitokondri yoktur 28 Ribozom  Hücrenin en küçük organelidir.  Protein sentezi; Salgı, sinir ve karaciğer hücrelerinde daha çok bulunur.  Sitoplazmada serbest halde, çekirdek zarında, endoplazmik retikulum zarları üzerinde, kloroplast ve mitokondride bulunur.  Serbest ribozomlar hücre içinde kullanılacak yapısal proteinlerin sentezinden sorumludurlar 29 RIBOZOM  Ribozomlarda sedimantasyon (çökme) kat sayısı 80 S (60S + 40S)  Yapısı, RNA (ribozomal RNA) ve proteinlerden oluşmuştur. 30 Ribozom DNA  mRNA  Protein Nukleus Ribozom 31 Endoplazmik Retikulum Sitoplazma içinde geniş alanlara dağılmış olarak bulunan, zarlardan oluşmuş kanalcıklar sistemi Hücreyi bir ağ gibi sarar, hücre zarından, çekirdeğe kadar uzanarak, tüm sitoplazmaya yayılır Hücre içinde veya hücre zarı ile çekirdek arasında madde taşınmasını sağlar Yapı ve fonksiyon bakımından iki farklı ER:  Granüllü ER (GER)  Düz ER (DER) 32 33 Granüllü Endoplazmik Retikulum (GER) Üzerinde çok sayıda ribozom bulunur. Salgı proteinleri, lizozomal enzimler, hücre zarının yapısına katılacak glikoproteinlerin sentezi Proteinlerin hücre içinde membrana ve diğer yerlere taşınması Yeni sentezlenmiş proteinlerin katlanması, yanlış katlananların düzeltilmesi (şaperonlar) 34 Granüllü Endoplazmik Retikulum (GER) • Yeni sentezlenmiş proteinlerin değişime uğraması (modifikasyon) • Polipeptid zincirlerine şeker gruplarının eklenmesi (glikozilasyon) (glikoprotein sentezi) GER‟de başlar, golgide sona erer. • Kimyasal grupların eklenmesi: metal, asetil, formil, sülfat, hidroksil gruplarının eklenmesi, • Lipitlerin eklenmesi: Hücre membranındaki lipoprotein moleküllerin oluşumu, • Çok alt birimli proteinlerin oluşturulması. 35 Granüllü Endoplazmik Retikulum (GER) 36 Düz Yüzlü Endoplazmik Retikulum (DER) DER tübül veya veziküller şekildedir. Protein sentezine katılmaz. 37 Düz Yüzlü Endoplazmik Retikulum (DER) • Fosfolipid, yağ asidi ve steroid sentezi, • Kas hücrelerinde Ca++ depolama, • Karaciğer hücrelerinde glikojen depolanması, kolesterol sentezi, • Detoksifikasyon (ilaç). Kas hücrelerinde sarkoplazmik retikulum denir 38 Golgi cisimciği Nukleusun yakınında birbirine paralel, ağ biçiminda bir dizi membran kanal. Salgı yapan hücrelerde GER‟de sentezlenen proteinler taşıma kesecikleri (transfer vezikülleri) ile golgi cisimciğine aktarılır ve burada karbonhidrat (glikozilasyon), sülfat gibi maddelerin eklenmesiyle olgunlaştırılır ve salgı granülü olarak stoplazmaya verilir. 39 40 Golgi cisimciği • Proteinlere şeker ve lipid eklenmesi • Salgı maddelerinin sentezi ve salgılanması; salgı yapan bez hücrelerinde çok miktarda 41 Golgi cisimciği  Sekresyon (salgılama) yapan hücrelerde (süt, ter ve tükürük bezleri vb.) sayıları daha fazladır.  Ribozomlarda sentezlenen proteinlere gerektiğinde, golgi cisimciğinde şeker ve sülfatlar eklenir.  Lipoproteinler, glikoproteinler, mukopolisakkaritler, bağ doku maddeleri vb.  Hücre içinde sentezlenen çeşitli hormon ve enzimler de golgi aygıtı tarafından, son şekilleri verilip paketlenerek hücre dışına gönderilir. 42 Lizozom  Tek membran ile çevrili, vezikül yapıda organel  Sindirim enzimleri, asidik yapı  Hücre içi sindirim, protein, karbonhidrat ve nükleik asitlerin sindirimi,  Yaşlanan ya da hasarlı organellerin yıkımı,  Dışarıdan hücreye alınan bakteri, antijen, yabancı protein vb. maddelerin etkisiz hale getirilmesi ve parçalanması. Lizozomlar, golgi cisimciğinden oluşurlar. 43 Lizozom  Primer lizozom; golgiden ayrılan ve lizozomal enzim içeren olgun lizozomlar,  Sekonder lizozom; hücre dışından alınmış yabancı maddeyi içeren vezikülle birleşmiş olan lizozomlar. 44 Peroksizom  Hidrojen peroksit (H2O2) metabolizmasıyla ilgili enzimleri taşır. Birçok hücrede bulunur.  Endoplazmik retikulumla (ER) aralarında sıkı bir ilişki vardır. Sanki ER'nin genişleyip bir kese yapmasıyla oluşmuş gibidir.  Membranı, tek katlı olup ER membranının devamı gibidir.  H202'yi parçalayan katalaz enzimini taşırlar. H2O2, hücre için toksik bir maddedir. Katalaz enzimiyle H20'ya (su) ve 02'ye dönüştürülerek etkisiz hale getirilir. 45 Sentrozom  Hücrede çekirdek yakınında yerleşik,  İçerisinde bir ya da iki adet sentriyol ihtiva eden küçük yuvarlak organellerdir.  Hücre bölünmesi esnasında, ikiye bölünür. Mitoz bölünme sırasında, gelişiminin en üst noktasına ulaşır. Sonra tekrar küçülür.  Hücre bölünmesinde aktif role sahip olan sentriyoller, mikrotübüllerden yapılmıştır. 46 Sentriyoller • 0.3–0.5 mikronmetre çaplı, hücre bölünmesinde rol oynayan silindir biçimli organellerdir • Duvarını 9 adet 3‟lü yapıda mikrotübül oluşturur 47 Hücre İskeleti  Hücre şeklinin korunması,  Hücrenin hareketi, şekil değişiklikleri,  Hücre içi vezikül transportu,  Hücre sinyalleşmeleri,  Sitoplazmada protein filamentlerden oluşan kompleks bir ağ sistemi  Mikrotubuller  Mikrofilamentler  Ara çaplı filamentler 48 Mikrofilamentler  Mikroflamentlere örnek; aktin ve miyozindir.  Hücre içi hareket,  Hücre içine madde alımı, dışarı madde atımı,  Mitozda hücrenin ikiye bölünmesi,  İskelet kasında kasılma ve gevşemenin sağlanması. 49 Mikrotubuller • Hücrenin iskeleti görevi görürler. • Hareketin sağlanması ve ATP enerjisi kullanarak bazı organellerin taşınmasında görev alırlar. • Hücrenin şeklinin korunmasında ve hücre bölünmesinde de görevlidirler. • Siliya ve flagella gibi yapıların oluşumunda bulunurlar. 50 Mikrofilamentler Mikrotubuller Ara filamentler 51 HÜCRE ZARı (MEMBRANı) 52 Hücre zarı (membranı)  Hücreyi sınırlayan yarı sıvı-mozaik modelinde bir yapıdır  8-10 nm kalınlığındadır  Fosfolipid ve kolesterol içeren iki tabakalı bir lipid yapısı ve  bunların arasına gömülmüş integral (intrensek) ve periferal (ekstrensek) proteinlerden oluşmuştur. 53 Hücre zarı (membranı) • Proteinler ve lipidlere hücre zarının dış yüzünde eklenmiş olan polisakkarit zincirleri glikaliksi (glikoprotein ve glikolipid yapısında) oluşturur. 54 Hücre zarı (membranı)  Karbonhidrat, protein ve yağ  Seçici geçirgen =SELEKTİF PERMEABİLİTE  Canlı, saydam ve esnek  Akışkan mozaik model 55 Hücre zarının görevleri Hücreyi dış etkenlerden korur, hücreye şekil verir. Hücrenin madde alış verişini sağlar. Seçici geçirgen özelliğinden dolayı geçişler kontrol altındadır. Hücrelerin birbirlerini tanımalarını sağlar. Hücrelerin birbirlerine tutunmalarını sağlar. Hücreye gelen elektriksel, kimyasal uyarılar hücre zarı aracılığı ile (reseptörler) yapılır. 56 Hücre zarı  Bütün hücre zarları,  yapı olarak birbirine benzer  fakat yapısındaki moleküller dağılımın farklılığı nedeni ile  her hücre zarı kendine özgü özellikler taşır. 57 Membran proteinleri  Hücre zarı, farklı hücre tiplerinde, değişik oranlarda lipid, protein ve karbonhidrat içerir.  Hücre protein oranının fazla olması, hücrenin biyokimyasal etkinliğinin çok olduğunun bir göstergesidir.  Zara yerleşik proteinler; almaç (reseptör)  Hormonlar ya da 'ileticiler' hücre yüzeyinde bulunan bu yapılara bağlanarak hücresel tepkimeleri başlatabilirler,  Enzim ya da zarın her iki yönüne geçişi düzenleyen bir kanal işlevi görürler.  Bu bağlamda yüksek oranda protein içeren bir zarın işlevlerinin de o oranda fazla olduğu düşünülmektedir. 58 HÜCRE ZARıNDAN GEÇIŞ VE TAŞıNMA MEKANIZMALARı 59 Membran transportu  Lipid çift tabakası suda çözünen moleküllere karşı impermeabeldır.  Hücrelerin suda çözünmüş besinlerin girişine (şekerler, amino asitler, vs), son ürünlerin atılmasına ve iyon konsantrasyonlarının kontrol edilmesine (H+, Na+, K+, Ca2+, vs) ihtiyaçları vardır.  Membran transport proteinleri spesifik moleküllerin giriş çıkışını sağlarlar (örn Na+ ; K+ değil, glukoz ; fruktoz değil)  Her bir tip membran hücreye veya organellere girip çıkacak solütlerin miktarını ayarlayan karakteristik transport proteinlerini bulundurur. 60 Hücre zarından geçiş (transport) Pasif transport Basit difüzyon Kolaylaştırılmış difüzyon Aktif transport Küçük moleküllerin geçişi Endositoz Ekzositoz Büyük moleküllerin geçişi 61 Basit difüzyon • Moleküllerin yüksek konsantrasyonlu ortamdan düşük konsantrasyonlu ortama geçişi (konsantrasyon gradyeni yönünde) • Porlar aracılığıyla (suda eriyen maddeler) ya da membrandan doğrudan (yağda eriyen moleküller) geçiş • O2, N2 gibi non-polar, küçük ve yüksüz gazlar • Üre, etanol gibi yüksüz bileşikler • Lipofilik bileşikler • Su • İyonlar (yüklerine göre) • Enerji harcanmaz. 62 Basit difüzyon hızını etkileyen faktörler • Molekül ne kadar küçükse katman arasından o kadar hızlı diffüze olur • Molekül su ile ne kadar zayıf bağlanırsa çift katmandan o kadar hızlı diffüze olur • Lipitlerde eriyebilirliği, moleküler büyüklüğü, yükü. • Isı, zarın yüzey alanı, kalınlığı..... 63 Kolaylaştırılmış difüzyon • • • • Membranda taşıyıcı protein, Konsantrasyon gradyeni yönünde, Glukoz, aminoasitler gibi moleküller Enerji harcanmaz. 64 Aktif transport • Konsantrasyon gradyenine karşı düşük konsantrasyonlu ortamdan  yüksek konsantrasyonlu ortama • Enerji (ATP) kullanılır • Pompalar ve taşıyıcı proteinler 65 Pasif ve aktif transport özet Taşınacak madde taşıyıcı protein lipid katmanı konsantrasyon gradyanı basit kanaldiffüzyon aracılı taşıyıcı aracılı pasif transport aktif transport 66 Osmoz • Düşük solüt konsantrasyonundan yüksek solüt konsantrasyonlu bölgeye doğru suyun hareketi. • Su hücre zarı içerisinden, solütlerin az suyun fazla olduğu ortamdan, solütlerin yoğun suyun az olduğu ortama doğru hareket eder. 67 Osmoz 68 Endositoz • • • • • Hücre içine büyük moleküllerin alımı Endositik vezikül oluşumu Enerji (ATP) Fagositoz: büyük moleküller, bakteri, virus vb. Pinositoz: sıvı fazdaki moleküller 69 Fagositoz Pinositoz 70 Ekzositoz • Hücrede sentezlenen maddelerin hücre dışına salınması • Periferik proteinler • Ekstrasellüler matriks komponentleri • Hormonlar, nörotransmitterler 71 Ekzositoz 72 http://www.youtube.com/watch?v=uwnw4vg9I5Q http://www.youtube.com/watch?v=o1GQyciJaTA 73