Canlıların en küçük yapı birimi hücredir. Bir hücreyi Venedik şehri gibi hayal edebiliriz. Hücre şehrinde; yönetim birimi, iletim birimi ve şehri çevreleyen surlar bulunmaktadır. Şehrin yönetim birimi, şehirde gerekli olan malzemelerin üretilmesi için emir verir ve önceki kralların bilgilerini saklar. İletim birimi ise üretilen malzemeyi şehrin farklı bölgelerine ulaştırır. Şehir sulardan oluştuğu için taşıyıcı görevliler şehirde mevcuttur. Bu şehir öyle iyi korunur ki surlarından izinsiz bir geçişe izin verilmemektedir.
Hücrenin Yapısı Nasıldır?
Hücre; tıpkı bu Venedik şehrindeki birimler gibi çekirdek, sitoplazma ve hücre zarından oluşur. Çekirdek yönetim birimidir, içerisinde DNA bulunur, genetik bilgilerimiz DNA’da depolanır. Ökaryot hücrelerde çekirdeğin etrafı bir zar ile çevrilidir. Sitoplazma, hücrenin içini tamamen dolduran hücre sıvısıdır ve jöle kıvamındadır; enzimler, aminoasitler, iyonlar ve büyük oranda sudan oluşur. Organellerin tümü sitoplazma içerisinde yer alır. Hücre zarı ise tıpkı surlar gibi sitoplazmanın etrafını çevreler. Hücre dış ortamdan ayrılır ve sadece bazı moleküller içeriye alınır.
Ökaryot ve prokaryot hücre sular ile yani sitoplazma ile kaplıdır, her ikisinde de yönetim birimi; çekirdek ve hücre sınırı -hücre duvarı- bulunur. Ancak, prokaryot hücreler ökaryot hücrelere göre daha az gelişmiştir. Prokaryot hücrede imkanlar daha sınırlıdır, ökaryotlarda bulunan kanal sistemi yani endoplazmik retikulum ve iç zar sistemi bulunmaz. Bu nedenle yönetimden gelen emirler hızlı bir şekilde şehre ulaştırılır. Ökaryotlarda ise çekirdekten gelen emirler iletim birimindeki endoplazmik retikulum (ER) ve golgi cisimciğine uğrar ve düzenlenir ancak bundan sonra şehre ulaştırılabilir.
Hücredeki temel unsurlar olan çekirdek, sitoplazma ve hücre zarı prokaryotik ve ökaryotik canlılar arasında ortaktır. İkisi arasındaki en büyük gelişmişlik farkı organel çeşitliliği ve çekirdeğin etrafının zarla çevrili olmasından kaynaklanır. Bunun yanında hücre zarları arasında farklılıklar bulunur. Prokaryotların hücre zarı tuğladan oluşurken ökaryotlarda taş ve tuğla olan iki farklı malzemeden oluşur. Bakteri hücre zarında ökaryotlarda bulunan sterol molekülü bulunmaz bunun yerine farklı bileşikler yer alır. Bazı durumlarda hücre zarının desteklenmesi gerekebilir. Bu destek “hücre duvarı” ile sağlanır. Hücre duvarı, bitki hücrelerinde ve bakterilerin çoğunda bulunurken hayvan hücrelerinde bulunmaz.
Hücre Duvarının Görevi Nedir?
Bütün hücrelerin dışı hücre zarı ile kaplıdır. Bakteri, alg, mantar ve bitkilerde hücre zarının dış kısmı hücre duvarı ile çevrelenmiştir.
Hücre duvarı;
- Hücreyi destekleme
- Dışsal zararlara karşı koruma
- Su ve besin geçişlerinin kontrol edilmesinde
- Hücre gelişiminin desteklenmesi ve şeklinin korunmasında görev alır.
Hayvan hücrelerinde, hücre duvarı yerine protein ve polisakkarit (karbohidrat) moleküllerinden oluşan “ ekstraselüller matriks (ECM)” bulunur. ECM, hayvan hücrelerinde yapısal destek sağlamanın yanında hücre sinyallerinin dolayısıyla davranışlarının düzenlenmesinde görev alır.
Bakteri ve bitkilerde hücre duvarı ortak olarak bulunsa da hücre duvarları arasında yapısal ve görevsel farklılıklar bulunur.
Bakterilerin Hücre Duvarı Peptidoglikan Yapıdadır
Bakterilerde bulunan hücre duvarı “peptidoglikan” olarak adlandırılır. Peptidoglikan, karbonhidrat ve amino asitlerden oluşur. Peptit, amino asit yapıyı temsil ederken glikan karbonhidrat yapısını temsil eder. Peptidoglikan, hücrenin şeklini destekler ve hücreyi dış etmenlerden korur. Bu kısım tıpkı bir bariyer gibidir. Dışarıdan gelen zararlı bir madde bu bariyerde kalıp hücre içine giremez ya da ısı geçişi yavaşlatıp engellenebilir. Peptidoglikan, bakteriler için bir savunma ve korunma mekanizması olarak düşünülebilir.
Bakteriler arasında peptidoglikan yapısında farklılıklar bulunur. Buna göre bakteriler gram pozitif ve gram negatif olarak ikiye ayrılır. Gram-pozitif bakterilerin hücre duvarları, kalın bir peptidoglikan tabakasından oluşur. Gram-negatif bakterilerin hücre duvarları ince peptidoglikandan oluşur, ancak gram pozitif bakterilerde olmayan bir dış zar daha içerirler. Bakteriler, gram boyası ile boyanabilmektedir; ancak hücre duvarındaki farklılık sebebiyle bazı bakteriler boya ile boyanırken diğerleri boyanmaz. Boyanabilen bakteriler gram pozitif, boyanamayan bakteriler ise gram negatif olarak sınıflandırılır. Gram pozitif bakterilerde bulunan kalın peptidoglikan tabakası boyayı emer ve içinde tutar bu şekilde mikroskop altında mor/koyu lacivert renkte görünür. Gram-negatif bakterilerde ise daha ince bir peptidoglikan yapısı vardır.
Penisilin gibi bazı antibiyotikler peptidoglikan tabakasının arasına girerek hücre duvarı oluşumunu engeller dolayısıyla bakteri büyümesi engellenmiş olur.
Bitki Hücre Duvarının Görevleri Nedir?
Mantar, alg ve bitkilerde bulunan hücre duvarı, bakterilerden farklı olarak tamamen karbonhidratlardan oluşur. Mantar hücre duvarı bir karbonhidrat polimeri olan “kitin’den” oluşur. Bitkilerin hücre duvarı ise yeryüzünde en çok bulunan polimer olan “selülozdan" oluşur. Selüloz, kâğıt yapımında kullanılan en temel malzemedir. Bitki hücre duvarında bulunan bir diğer karbonhidrat ise “pektindir". Pektin, negatif yüklüdür ve kalsiyum iyonlarına bağlanarak jelimsi bir yapı oluşturur bu sebeple meyve sularında kullanılır.
Hücre duvarı, bitkiye hem yapısal destek hem de koruma sağlar. Bu koruma mekanizmasını, nohut yemeği yaparken gözlemleyebiliriz. Nohut yemeği yapmadan önce nohutlar suda bekletilir. Suda bekletilen bu nohutları hiç gözlemlediniz mi? Eğer gözlemlerseniz, minicik olan nohutların kocaman olduğunu görürsünüz. Bu durum ozmotik basınçtan kaynaklıdır. İlk başta nohutlar içerisindeki su miktarı çok azdır. Su dolu ortama bırakılan bu nohut'a ortamdan su geçişi olur ve nohutlar şişmeye başlar. Nohut şişmeye başladıkça hacim büyür ve hücre zarı üzerinde basınç oluşturur bu basınçla beraber hücre duvarı da genişlemeye başlar. Bu genişleme “turgor basıncını" oluşturur. Turgor basıncı, bitkinin daha sert ve dik durmasını sağlar. Turgor basıncının ne kadar etkili olduğunu verilen örnekle anlayabiliriz. Küstüm otu veya dokunma bana çiçeğine tek bir dokunuşta bulunduğunuzda çiçek yapraklarını kapatarak aşağı doğru eğilir. Normalde, çiçek turgor basıncının sağladığı destekle açmış şekilde kalır. Bitkiye dokunulduğunda, turgor basıncını sağlayan su geri çekilir ve hücreler hızla küçülür. Bu etkiyi, bitkinin kapanması olarak gözlemleriz.
Hücre zarı ve hücre duvarı, hücreleri dış etkenlerden korur, dayanıklılık sağlar, hücrenin belirli bir şekilde kalmasını ve madde geçişlerini kontrol eder. Özellikle hücre zarı madde geçişlerinde önemli bir göreve sahiptir ve madde geçişini akışkan zar modeli yapısı sayesinde gerçekleştirir.
Flip-Flop Akışkan Mozaik Zar Modeli Nedir?
Hücrenin keşfinden beri hücrenin özellikleri araştırma konusu olmuştur. Hücrenin yapısı ve içerdiği birimler ortaya çıkarılmıştır. Hücre boyutunun mikro ölçekte olması ve temelde üç birimden oluşmasından dolayı hücrenin basit bir yapı olduğunu düşünebilirsiniz. Ancak hücrenin keşfinden şimdiki zamana kadar yapılmış birçok çalışma olmasına rağmen hücre ile ilgili yanıtlanmamış birçok soru var. Bu sorulardan bazıları teoriler ile yanıtlanmaya çalışılıyor. Akışkan mozaik zar modeli bu teorilere verilebilecek en iyi örneklerden biridir.
Akışkan mozaik zar modeli, hücrenin en aktif yapılarından biri olan hücre zarının yapısını açıklamak için kullanılmaktadır. Hücre zarı, hücrenin en dış katmanında bulunur ve hücrenin dış ortam ile temas ettiği birimdir.
Canlılığın devam edebilmesi için enerji gerekir, bu enerji yiyeceklerden sağlanır. Günlük hayatta yediğimiz yiyecekler parçalanır ve hücre zarından geçebilecek hale getirilir. Ancak hücre zarı seçici geçirgendir, her molekül zardan geçemez. Peki, hücre zarı hangi maddenin geçeceğine nasıl karar verir?
Hücre zarı; fosfolipit, yağ ve karbonhidratlardan oluşur. Fosfolipit yapı suyu sevmeyen bir kuyruk ve suyu seven bir baştan oluşur. Bu yapı hücrenin içindeki maddeleri bir arada tutar ve dış ortamdan geçebilecek suyu seven veya sevmeyen yapıları seçer. Hücrenin çevresinin su ile dolu olduğunu hayal edelim ve bu suda yüzen çeşitli maddeler hücre içine girmek ister. Fosfolipit, yapının suyu seven kısmı suya yakın olmak ister, dışa dönüktür ve kendine benzeyen suyu seven yapıları hızlıca kabul eder. Kendine benzemeyenleri ise daha zor kabul eder. Bu maddelerin girişi için hücre zarına özel giriş proteinleri gömülmüştür, bu proteinleri sınır kapılarına benzetebiliriz.
Hücre zarı, içinde gömülü olan yapılarıyla birlikte üstten bakıldığında bir mozaiğe benzer. Mozaik, farklı parçaların olduğu resimlerdir. Hücreye bu sebeple mozaik denmektedir. Akışkan kısım ise hücrede bulunan kolestrol gibi yapılardan gelmektedir. Yağ yapıları hücrenin dağılmayacak kadar bir arada tutulduğu ancak maddelerin geçebileceği, yapıların yer değiştirebileceği kadar akışkan bir kıvamdadır. Hücre zarında gözlemlenen bir diğer hareket ise flip-flop hareketidir. İsmi kadar eğlenceli olan bu hareket fosfolipitlerde görünür. Baş yukarı duran bir fosfolipit 180 derece dönerek yön değiştirir. Hücre zarı tüm bu hareketlilik sayesinde hücrenin içi ve dışı arasındaki bariyer görevini düzgün bir şekilde devam ettirebilir.
