Transcript 2.a.Hücre ve Moleküler Organizasyon

Hücre ve Moleküler
Organizasyon
Yrd. Doç. Dr. İzzet Yelkovan
Tıbbi Biyoloji AD
Table 1 Vücudumuzu oluşturan maddeler ve oranları
Element
Sembol
%
Element
Sembol
%
Oksijen
O
65.0
Demir
Fe
Eser miktarda
Karbon
C
18.5
Çinko
Zn
Eser miktarda
Hidrojen
H
9.5
Bakır
Cu
Eser miktarda
Azot
N
3.3
Iyot
I
Eser miktarda
Kalsiyum
Ca
1.5
Manganez
Mn
Eser miktarda
Fosfor
P
1.0
Bor
B
Eser miktarda
Potasyum
K
0.4
Krom
Cr
Eser miktarda
Kükürt
S
0.3
Molibden
Mo
Eser miktarda
Sodyum
Na
0.2
Kobalt
Co
Eser miktarda
Klor
Cl
0.2
Selenyum
Se
Eser miktarda
Magnezyum
Mg
0.1
Flor
F
Eser miktarda
Biyolojik organisazyonun seviyeleri :
– Atomlar
– Moleküller
– Subcellular organeller
– Hücreler
– Dokular*
– Organlar*
– Organ sistemleri*
– Organizma: Tek bir hücre yada kompleks
multiselüler organizma.
* Organisazyon seviyesi tüm organizmalarda
bulunmaz.
•Hücre Teorisi: (1838’de Schleiden (botanikçi) ve 1839’da Schwann (zoolog))
Her organizma hücre ya da hücrelerden oluşur
Hücre canlılığın en küçük işlevsel birimidir
Her hücre sadece daha önce var olan bir hücrenin
bölünmesi (çoğalması) ile ortaya çıkar
Günümüzde yaşayan her organizma atasal bir hücrenin
soyundan gelir
Her hücre, hücresel düzeyde dengededir - homeostasis
-Hücre Biyolojisi:
Sitoloji hücrelerin yapısını ve işlevlerini inceler
İnsanda 200’den fazla (256) hücre çeşidi bulunur
Organizmaları 3 Önemli Özelliği Vardır
–
–
Çoğalabilme / Üreme
Madde ve enerji değişim ve dönüşümü
–
Çevrelerine uyum sağlayabilme
Viruslar ??
Santral Dogma
GENETİK BİLGİNİN AKIŞ YÖNÜ
2
DNA
3
RNA
PROTEIN
1
DNA
FENOTİP
GENOTİP
1. REPLIKASYON
(DNA SENTEZİ)
2. TRANSKRİPSİYON (RNA SENTEZİ)
3. TRANSLASYON
(PROTEİN SENTEZİ)
Hücreler Neden Küçüktür?
Yüzey alanı / Hacim
Yüzey Alanı / Hacim
r2 / r3
Hücrenin büyüklüğü
İnsan ovumu 200 mikron
 Balık yumurtası 5 mm
 Tavuk yumurtası 30 mm


Beyin hücrelerinin en küçüğü 4-5 mikron
Hücre sayısı, rengi, kıvamı




İnsanda Kan hücreleri hariç 1013-1014
MSS, retina, lens kristali hücre sayısı sabittir ve sonradan
çoğalamaz
Hücreler çoğunlukla renksizdir, pigmentli hücreler hariç
Hücrelerin kıvamları hücre çeşidine göre değişir
Beyin hücreleri- derinin stratum corneum hücreleri
Hücre Tipleri
Prokaryotik (bakteriler):
– Küçük, 1—5 µm
– Organelleri yok
– Çekirdek yok
– DNA çembersel halde
– Hücre duvarı var
Eukaryotik (ör: insan):
– Büyük, 8—100 µm
– Organelleri var
– Çekirdekli
– DNA lineer ve kromozomlar
halinde
– Hücre duvarı yok
Hücre Tipleri - Karşılaştırma
nukleoid bölge
Hücre duvarı
Metabolik Gruplar
• metanojenler
• halofiller
• termoasidofiller
Prokaryotik Hücre
Hücre zarı
•Protista
•Plantae
•Fungi ve
•Animalia
Eubacteria ve Archaebacteria
Ökaryotik Hücre
PROKARYOTİK ve ÖKARYOTİK
HÜCRELER
KARAKTERİSTİK
PROKARYOTİK
ÖKARYOTİK
Nukleus
Yok
Var
Tipik bir hücrenin çapı
1 µm
10 – 100 µm
Hücre iskeleti
Yok
Var
Sitoplazmik organeller
Yok
Var
DNA içeriği
(baz çiftleri)
1x106 – 5x106
1,5x107 – 5x109
Kromozomlar
Tek sirküler DNA
molekülü
Çoklu lineer DNA
molekülleri
Hayvan hücresi
Bitki hücresi
Hücreler ve Viruslar
Büyüklükler
Çok hücreli organizmalar
Görme Sınırları
Işık Mikrosk
Elektron Mikro
100 m
10 m
1m
10 cm
1 cm
1 mm
100 m
10 m
1 m
100 nm
10 nm
1 nm
0.1 nm
Eukaryotik Hücreler
Mitokondri
Bakteri
Virus
Proteinler
DNA
Atom
hücreler
organeller
Göz
Büyüklükler
Işık mikroskobu: > 0.2 m
•
•
•
•
•
klasik
faz kontrast
differential interferens kontrast
fluoresens
konfokal lazer
Işık 50 m
mikroskobu: > 0.2 nm
mikroskobu Elektron
• transmisyon
atomlar
moleküller
• scanning
5 m
Elektron 2 m
mikroskobu
Hayvan hücresi
Büyüklükler
Bazı Hücrelerimiz
Akyuvarlar
Endotel
Hücreleri
Alyuvarlar
Bir protozoan ve silleri
Sperm ve yumurta
Hayvan Hücresi
Porlar
DNA
Çekirdek zarı
Çekirdekcik
Düz Endoplazmik Retikulum
Serbest ribozomlar
Sitozol
Lizozom
Hücre iskeleti
Lizozom
Granüllü
Endoplazmik
Retikulum
Golgi
Hücre zarı
Transport vezikülü
Mitokonri
Hücre Anatomisi
1.
2.
Hücre Zarı / Plazma Zarı
Sitoplazma / Protoplazma (1839’da Purkinje (Alman fizyolog))
Sitozol
Su (çözücü)
İnorganik maddeler (tuz, mineral mad.)
Organik Moleküller
Monomerler
Vb. vb.
Organeller
İnklüzyonlar
Hücre İskelet Sistemleri
3.
Çekirdek
Nüklear zarf
Kromatin
Matriks
Hücre Anatomisi
1.
2.
Hücre Zarı / Plazma Zarı
Sitoplazma / Protoplazma (1839’da Purkinje (Alman fizyolog))
Sitozol
Su (çözücü)
İnorganik maddeler (tuz, mineral mad.)
Organik Moleküller
Monomerler
Vb. vb.
Organeller
İnklüzyonlar
Hücre İskelet Sistemleri
3.
Çekirdek
Nüklear zarf
Kromatin
Matriks
Hücre Zarı
Hücre Zarı
1. Hücre
2. Hücre
1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı
İşlevi:
Fiziksel izolasyon
Canlılığın sınırı
Çevre ile alış-verişi düzenleme (besin-atık)
Yapısal destek ve bütünlük
Yapısı:
Sıvı mozaik model, Lipit bilayer, ikili yağ
– Lipidler
– Proteinler ve
– Karbohitratlar
1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı
Sıvı Mozaik Model
Karbohidrat
Hücre Dışı
LIPID BILAYER
Lipit Denizi
Membran Proteinleri
Sitoplazma
Kolesterol
Hücre içi
1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı
Sıvı Mozaik Model
1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı
Lipit Bilayer
Hidroifilik
Lipit
Bilayer
Lipozomlar
Şilomikronlar
Dış
Hidrofobik
İç
Hidrofobik
İç
Hidroifilik
Dış
1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı
Membran Fosfolipitleri
Fosfat
Polar Baş
Gliserol
Hidrofilik = lipofobik
Kuyruk Yağ Asitleri
Non- polar kuyruk
Hidrofobik = lipofilik
1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı
Membran Proteinleri
Yerleşimlerine göre:
– Integral proteinler - Transmembran
– Periferal proteinler
İşlevlerine göre:
– Sabitleştirici/Ankor proteinler
–
–
–
–
–
–
Tanıma ve tanıtma proteinleri
Yapışma – tutunma proteinleri
Reseptör proteinler
Taşıyıcı proteinler
Kanal yapıcı proteinler
Enzimler
Membran Proteinleri
1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı
Membran Karbohidratları (Glikokaliks)
Proteoglikanlar
Glikolipitler
Glikoproteinler
Glikokaliks
Glikokaliks
Glikokaliks
Glikokaliks
Sitozol
Çekirdek
Hücre Zarı
Hücre Anatomisi
1.
2.
Hücre Zarı / Plazma Zarı
Sitoplazma / Protoplazma
Sitozol
Su (çözücü)
İnorganik maddeler (tuz, mineral mad.)
Organik Moleküller
Monomerler
Metabolitler
Vb. vb.
Organeller
İnklüzyonlar
Hücre İskelet Sistemleri
3.
Çekirdek
Nüklear zarf
Kromatin
Matriks
2- Sitoplazma / Protoplazma
Sitozol
Su (çözücü)
İnorganik maddeler (tuz, mineral mad.)
Organik Moleküller
NaCl
Monomerler
Vb vb.
Metabolitler
Vb. vb.
Su
Buz
Buhar
Kölliker (Alman
biyolog) sitoplazma ve
nukleus terimleriyle
protoplazmayı daha da
ayırmış ve nukleusun
etrafını çeviren
protoplazma kısmına
sitoplazma adını
vermiştir
Sitoplazma
Sitozol
Organeller ve Kompartmanlar
– Membranı olmayan organeller
Hücre iskelet sistemleri
Mikrovilluslar
Sentriyoller ve Sentrozom
Siller
Kamçılar
Ribozomlar
Proteazomlar
– Membranlı organeller
Endoplazmik retikulum
Golgi apparatus
Lizozomlar
Peroksizomlar
Mitokondriler
Organeller ve Kompartımanlar
Hücreiçi İskelet Sistemleri
– Mikrofilamentler – Aktin Filamentler
– Intermediate filamentler
– Mikrotubuller – Tonofilamentler
Hücre İskelet Sistemleri
Mikrovilus
Hücre Zarı
Mikrofilamentler
Terminal
Web
Mitokondri
Ribozomlar
(Poliribozom)
İntermediate
filament
Endoplazmik
retikulum
Mikrotubul
Salgı
vezikülü
Hücre İskelet Sistemleri
Mikrotubuller
MOTOR’lar
• Proteindirler
• Biyoenerji molekülü olan ATP’yi kullanırlar
• Hücre iskelet sistemi üzerinde görev yaparlar
• Myosin Aktin filament üzerinde
• Dinein and Kinezin Mikrotubuller üzerinde
• Moleküler ve veziküler taşımacılık
Organeller ve Kompartmanlar
Sentriyoller ve Sentrozom (1887’de Boveri,)
 Hücre bölünmesi sırasında kromozomları yavru
hücrelere paylaşımını sağlar
 Hücre iskelet sistemlerini organize eder
 Moleküler taşımacılığın merkezi ve yönlendiricisidir
Siller ve Kamçılar
 Bazal cisim ve mikrotubullerden oluşurlar
 Ritmik hareketler ile çevresel sıvıları hareketlendirir
 Hücresel yer değiştirmede önemli rol oynar
 Kamçı bazal cismini sentriol yapar
Siller ve Kamçılar
Siller ve Kamçılar
Organeller ve Kompartmanlar
Ribozomlar
 Protein sentez merkezleri
 İki altbirimden oluşur
 Çok sayıda protein ve RNA’dan (rRNA) oluşan dev
bir moleküler kompleks yapıdır
 Serbest ya da membrana gömülü olarak bulunurlar
 Poliribozomlar-Polizomlar halinde iş yaparlar
Proteazomlar
 Anormal ve işlevsiz proteinleri parçalarlar
Membranlı Organeller
Endomembran Sistemleri
Endoplazmik Retikulum (ER)
– Granüllü (Rough) ER (RER),
– Düz (Smooth) ER (SER)
Golgi
Lizozomlar
Peroksizomlar
Mitokondri
Transport vezikülleri
Endoplazmik retikulum (1899’da Garnier, )
Sentez, detoksifikasyon depolama
taşımacılık ve detoksifikasyonda işe karışan
hücre içi membran sistemidir
Sisternalar şeklinde ağsı bir yapı oluşturur
Granüllü ER (RER) üzerinde ribozomlar
bulunur
– Transport veziküllerini yapar
Düz ER (SER)
– Lipitlerin sentezine katılır
Golgi (1898’de Golgi)
Salgı veziküllerini yapar
Yeni membran bileşenlerini sentezler
Lizozomları paketler
Lizozomlar ve Peroksizomlar
Lizozomlar
– Hücre içi sindirimden sorumludur
– Otoliziz
Peroksizomlar
2 H2O2
Katalaz
2 H2O + O2
– Toksinleri nötralize eden enzim sistemleri
Mitokondri’ler (1897’de Benda)
Oksijenli solunum ile (aerobik) biyoenerji
üretirler
Matrix = mitokondrinin içini dolduran sıvı
Cristae = Krista = İç membran katlantıları
Dairesel DNA
Oval
37 geni var
Spiral
Ribozomlar
Disk
Simbiyotik
Çomak
Siyanobakteri
Küre
Sarkoplazmik
retikulum
Mitokondri
•Hücre Solunumu
•Gaz değişimi O2 --> CO2
•Redoks tepkimeleri CH2O --> CO2
•ETZ ve Oksidatif fosforilasyon
•TCA - Krebs Döngüsü
•Piruvat ---> CO2 + H2O
Mitokondri
Membran Akışı
Hücrede membranlı organeller arasında ya
bağlantı ya da vesiküller ile membran
döngüsü vardır
Membranlar sürekli hareket ederler ve
aralarında membran alış-verişi yaparlar
– ER
Transport vezikülü
Golgi aparatı
Salgı vezikülleri
Hücre zarı
Çekirdek
(1831’de Robert Brown (İngiliz botanikçi))
 Hücresel organizasyonların merkezi
 Çift Katlı Çekirdek Zarı ile Örtülü
 Perinüklear boşluk
 Porlar aracılığı ile sitoplazmaya hükmeder
 Özellikleri:
 nüklear matrix
 Bir ya da daha fazla çekirdekcik
 Kromozomlar
 Histonlar ile paketlenmiş DNA
 Kromatin
Çekirdek
Çekirdek
Çekirdek / Kromatin
Çekirdek / Kromozom
Çekirdek / Nüklear Matiks
Genetik Kod
Hücrelerin bilgi depolama sistemi
Üçlü şifre
Genler; Özgül polipeptitler için üçlü şifreler
halinde düzenlenmiş bilgi öbekleri
Gen Aktivasyonu ve Protein
Sentezi
Gen aktivasyonu RNA polimeraz’ın gen
bölgesine bağlanması ile başlar
Transkripsiyon DNA’dan mRNA’nın
kopyalanması ile olur
– RNA’lar okunabilir ve taşınabilir genetik şifrelerdir
Kromozom, DNA ve Gen
Gen
Hücre
Nukleus
Kromozomlar
Protein
DNA çift sarmalı
Şeker
Fosfat
omurga
Baz çifti
Bazlar
Adenin (A)
Sitozin (C)
Timin (T)
Guanin (G)
Protein Sentezi
DNA, RNA’lar
DNA çift sarmalı
(1953’de Watson ve Crick)
Şeker
Fosfat
omurga
Baz çifti
Bazlar
Adenin (A)
Sitozin (C)
Timin (T)
Guanin (G)
Çekirdek / Kromatin
Hücre ve Çevresi
• Permeabilite = Geçirgenlik
•Seçici geçirgenlik
• Difüzyon
•Moleküler yer değiştirme / yayılma
• Osmoz
•Suyun hareketi
• Hücre içi transport sistemleri
Diffuzyon
Difuzyon
Kolaylaştırılmış Difuzyon
Figure 3.22
Osmosis
Sodyum Potasyum Pompası
Membran Dinamikleri ve Taşıma
Endositosis
– Pinositosis
– Fagositosis (pseudopodia)
Eksositosis
Transsitosis
Reseptor-Aracılı Endositoz
Pinositosis ve Fagositosis
Hücre Yaşam Döngüsü
Mitoz (1880’de Fleming)
Profaz
Metafaz
Anapfaz
Telofaz
Sitokinez
DNA Replikasyonu
Interfaz, Mitoz, ve Sitokinez
Interfaz, Mitoz, ve Sitokinez
Mitotik indeks ve Kanser
– Kök Hücreler daha sık bölünürler
– Büyüme Faktörleri hücre bölünmesini uyarır
– Tumorler ya da neoplasmlar
Benign
Malignant (invasive, ve kanserli)
– Yayılma ve metastasis
– Onkogeneler
Farklılaşma
Özelleşme süreci
Özel bazı genlerin kapatılması
Kapasite ve potansiyellerin sınırlanması
Farklılaşmış hücreler dokuları oluşturur