Hücre İçi
Hücre Zarı ve Sitoplazma
Her insan hücresi, plazma zarı ile çevrilidir. Hücre zarının içinde, dışında ve zarın kendisinde bulunan materyallere odaklanacağız. Hücre zarı, hücreyi dış ortamdan ayırır ve belirli maddelerin girmesine ve belirli maddelerin çıkmasına izin verir. Fosfolipitler ve kolesterol, bir zar oluşturarak bir lipit çift katmanını oluşturur. Lipit moleküllerinden oluşan çift tabaka, hücreyi dış ortamdan ayıran bir bariyer görevi görür. Plazma zarının diğer ana komponenti proteinlerdir. Transmembran proteinler hücre zarından boylu boyunca geçer. Bazı transmembran proteinler, hücreye giren ve hücreden çıkan maddelerin -seçici geçirgen olarak- geçişini sağlar. Diğer transmembran proteinler, diğer hücrelerden veya çevreden sinyaller alır ve bu sinyallerin getirdiği bilgiyi hücrenin içine nakleder. Yine diğer transmembran proteinleri hücre dışındaki yapılara bağlanmaya aracılık eder. Tüm zar proteinleri, fosfolipit çift tabakasını boylu boyunca geçmez ve plazma zarının dış yüzeyinde bulunur veya iç yüzeyinde bulunur.
Fosfolipid çift katman (sarı ve kırmızı) artı trans-membran proteinleri (yeşil) içeren plazma zarı.Embriyolojide, hücre zarı proteinlerinden bilhassa reseptörler ve hücre adezyon molekülleri çok önemlidir. Reseptör proteinleri, insan formunun sağlanması sürecinde, hücrelerin diferansiyonunda hücrelere rehberlik edebilir. Hücre adezyon molekülleri, bir dokunun bütünlüğünü ve geçirgenliğini ayarlar. Örneğin, cildin epidermisine kıyasla bağlantı epitelinin nispeten daha yüksek geçirgenliğine yol açar.
Hücre zarının içinde sitoplazma bulunur. Sitoplazma, bir hücrenin içinin doldurulmasıdır ve Intra-Cellular Fluid (ICF) olarak da adlandırılır. Sitoplazma, hücreleri çevreleyen sıvıdan emilen besinleri ve elektrolitleri içerir. Ayrıca sitoplazma, hücre tarafından sentezlenen çok sayıda proteinler ve glikoproteinler içerir. Bu moleküller, hücre dışı sıvıdan (Extra-Cellular Fluid (ECF)) su çekerler, buna ek olarak bu moleküllerin başka önemli işlevleri de vardır. Sonuçta hücreler çok akışkan ve sulu olmak yerine jelatinimsi ve viskozitesi yüksek halde olur. Sitoplazma, içerdiği organellerle birlikte üzümlü jöleye benzer.
Çekirdek
Çekirdek, bir hücrenin Deoksiribonükleik Asidinin (DNA) tamamını içerir. DNA, gen transkripsiyonu olarak bilinen bir süreç olan bir Ribonükleik Asit'in (RNA) kopyasının yapılması için gerekli talimatları içerir. Çoğu RNA'nın aktardığı informasyon ile ribozomlarda -bir hücrenin içinde veya dışında bulunan- proteinler sentezlenir. DNA, hücreye hangi proteini yapacağını söyler, proteinlerin ne zaman yapılacağını söyler ve proteinlerin nerde yapılacağını söyler. Mesela, oral mukozasının epitelyal hücreleri, kalsiyum ve fosfat salgılayan protein enzimleri üretmezler. Öte yandan, ameloblastlara farklılaşan epitelyal hücreler bu proteinleri üretirler. Bu hücreler, nöral krest hücreleri tarafından bunu yapmaları söylendiğinde, bu enzimleri kodlayan DNA'yı ekspresse ederek bu proteinleri üretirler. İnsan vücudundaki tüm hücreler aynı DNA'ya sahiptir (birkaç istisna dışında), bu da oral mukoza hücrelerinin kalsiyum ve fosfat salgılayabileceği anlamına gelir. Bununla birlikte, farklı hücreler, farklı zamanlarda farklı DNA'ları ekspresse eder.
DNA iki temel bölgeye ayrılabilir. Bu temel bölgelerden biri genlerdir. Her gen takriben tek bir proteinin yönergesidir. Genler doğrusal bir tarzda okunur (insanların kitap okuyuşu gibi). DNA'nın geri kalanı, genlerin ne zaman ve nerede ifade edileceğine ilişkin yönergeler sağlayan üç boyutlu şekilde katlanır. Bu üç boyutlu şekiller, 'protein kodlamayan DNA' olarak adlandırılır. Eğer genleri, üzerlerindeki kelimelerle birlikte bir kitabın sayfalarına benzetirsek, protein kodlamayan DNA daha çok origamiye benzer ve aktif bir bölge için bir substrat işlevi görür. Bir genin talimatlarını kullanarak bir protein yapmak için, transkripsiyon faktörleri adı verilen diğer proteinler, protein kodlamayan DNA bölgelerine bağlanır. Oradan, yakındaki genden açılırlar ve DNA'nın bir zincirini messenger RNA'ya (mRNA) transkript eden enzimleri devreye sokarlar. mRNA daha sonra proteinin sentezlenmesi amacıyla çekirdeği terk eder. Gen transkripsiyonunu aktive etmeyen transkripsiyon faktörleri de vardır. Represör adı verilen proteinler de genlerin ekspresyonunu engeller.
Transkripsiyon faktörleri, genleri hızlı bir şekilde açar ve kapatır. Bu açma/kapama anahtarları bir hücrenin ortamındaki değişikliklere cevap verebilir. Fakat hücreler diferansiye olduğunda, daha fazla ihtiyaç duymayacakları genleri kalıcı olarak kapatırlar. Transkripsiyon faktörlerinin açma-kapama düğmesi gibi hareket etmesine izin vermek yerine, gereksiz genler metillenir, histon proteinler etrafında paketlenir ve uzun süreli depolamada tutulur. Dersimiz boyunca sık sık tekrarlayacağımız üzere; DNA metilasyon paterni ve Histon paketlemesi mitoz sırasında kopyalanır. Bu, erişilebilir veya paketlenmiş gen paterninin her iki yavru hücre tarafından miras alındığı anlamına gelir. Çünkü, bu kalıtım, DNA sekansında bir farklılık değildir, epigenetik kalıtım olarak bilinir. Epigenetik özellikler, hücrenin farklılaşmasında ve hücrenin mukadderatında önemli bir rol oynar.
İnsan hücresi çekirdeğinde 23'ü anne, 23'ü baba tarafından gelen 46 DNA molekülü vardır. Mitoz bölünme sırasında, bu 46 molekül kopyalanmak suretiyle çoğaltılır ve böylece iki katına getirilerek yani 92 kromozom haline getirilerek sıkıca paketlenir. Bu paketleme, bir DNA zincirinin neredeyse tüm uzunluğu boyunca histonların yeniden kullanılmasını ihtiva eder ve kromozomların ışık mikroskobu altında görülmesini sağlar. Geri kalan zamanda, DNA çoğunlukla çözülmüş haldedir. (Gereksiz yönergeler histonlar etrafında sarılı dururken, geri kalanları rastgele kımıldayarak özgürce transkribe edilebilirler eğer talimat verilirse.)
Ribozomlar
Sitoplazma boyunca protein ve RNA'dan oluşan, küçük benek şeklinde görülen, ribozom adı verilen yapılar vardır. Bu yapılar, çekirdekten gelen mRNA yönergelerini translate eder. mRNA yönergeleri, amino asitlerin uzun bir proteine bağlanmasına rehberlik eder. Kodon adı verilen üç mRNA nükleotidinden oluşan gruplar, ribozoma, proteinin yanına hangi amino asidin ekleneceğini bildirir. DNA'nın düzenleyici bölgeleri gibi ribozomal RNA (rRNA) da lineer olarak okunmaz, ancak üç boyutlu bir şekilde katlanır. Bu form, ribozomal proteinlerle birlikte, mRNA translasyonunun kimyasal reaksiyonunu katalize eden aktif bölgeler oluşturur. Sitoplazmada serbest halde yüzen ribozomlar, sitoplazmada kalacak olan proteinleri sentezler. Örneğin, apoptoza aracılık eden enzimleri sentezlerler veya keratini sentezlerler.
Mitokondri
Mitokondri, Adenozin Tri-Fosfat'ın (ATP) büyük kısmının üretildiği yerdir. ATP, bir adenozin ve üç fosfattan oluşur. Fosfat (PO4-3); kemik, mine, dentin ve sement'in önemli bir bileşenidir. ATP, tükürük bezi içindeki mukoza proteinlerinin transkripsiyonu ve translasyonu, yiyecek ağız boşluğuna girdiğinde dildeki nöronlar tarafından gönderilen elektrik sinyalleri ve tükürük salgısına neden olmak için miyo-epitelyal hücrelerin kasılması dahil olmak üzere neredeyse tüm hücresel süreçlere enerji sağlar. Mitokondri, oksijen kullanarak glikozu yakar ve açığa çıkan enerjinin bir kısmını ATP şeklinde depolar. Mitokondriler ve kloroplastlar kendi DNA'larına sahip olmaları yönüyle diğer organellerden ayrılırlar. Ayrıca mitokondriler kendi DNA'larını anneden çocuğa aktarmaları yönüyle diğer organellerden ayrılırlar. Mitokondri, iki fosfolipid çift katmanlı membran içerir. Bu ekstra zar, ATP sentezi sırasında kullanılır. Belki de glikoliz ve sitrik asit döngüsünü daha önce işlemişsinizdir. Hatırlanması gereken kısım, mitokondrinin bir proton (H+) gradyanı kullanmasıdır, bu da mitokondrinin içini asidik yapar. Mitokondriyal membranların hasar görmesi durumunda, bu durum, hücrenin geri kalanı için toksiktir.
Lizozomlar
Lizozomlar, iki katmanlı fosfolipit ile çevrili küçük kompartmanlardır (Bu iki katmanlı fosfolipit hücre zarına benzer). Lizozomların içinde asitler ve sindirim enzimleri bulunur. Lizozomlar, asitleri ve sindirim enzimlerini şu işler için kullanırlar:
- Hücrenin dışarıdan fagosite ettiği maddeleri sindirmek veya yok etmek için (Örneğin debris)
- Hücre yıprandığında, hücrenin içindeki maddeleri sindirmek veya yok etmek için (Örneğin bakteriler)
Bir hücre öldüğünde ve parçalanmaya başladığında, komşu hücreler, ölen hücredeki lizozomlarda bulunan asitler ve enzimlerden zarar görme tehlikesiyle karşı karşıya kalır. Oral kavitede, epitelyal hücrelerinin yıpranmadan önce sadece birkaç günlük ömürleri vardır, (apoptoz adı verilen sürecin bir parçası) bu nedenle bu hücrelerin ölmeden önce lizozomlarındaki asitleri ve enzimleri nötralize etmeleri çok önemlidir.
Endoplazmik Retikulum
Endoplazmik Retikulum, fosfolipid çift katmanla çevrili olması yönüyle lizozomlara benzeyen, ancak daha büyük, daha boru şeklinde ve asitle dolu olmayan, birbirine bağlı bir dizi tüptür. İki farklı endoplazmik retikulum vardır: Granülsüz Endoplazmik Retikulum, hücrelerin lipid ürettiği ve kalsiyum depoladığı yerdir. Granüllü Endoplazmik Retikulum (GER) ribozomlarla kaplıdır. Granüllü endoplazmik retikulum üzerinde bulunan ribozomlar tarafından sentezlenen proteinler GER'in içinde toplanır, golgi aygıtına gider ve salgılanır(Örneğin; mukus içindeki proteinler) ya da hücre zarının içinde kalır.(hücre bağlantı proteinleri veya morfojen moleküller için reseptörler gibi)
Golgi Aygıtı
Golgi aygıtı, GER'e benzer, bir başka tüpler öbeğidir. Vezikül adı verilen zarla çevrili küçük küreler GER'de üretilen proteinleri, -proteinlerin modifiye edildiği- golgi aygıtına taşır. Bu proteinler genellikle kendilerine bağlı şekerlere sahiptir ve bu da onları glikoprotein yapar. Yeni veziküller bu proteinleri hücre zarına götürür, burada ya hücre dışına salgılanır ya da hücre zarının bir parçası haline gelirler. Salgılanan proteinlere örnek olarak -sementum, dentin ve periodontal ligamentte bulunan- kolajen verilebilir. Salgılanan diğer proteinler arasında glikoprotein olan fibronektin ve trans-membran protein olan integrin yer alır ve bunlar hasarlı dişeti dokusunun iyileşmesinde önemli rol oynar.
Hücre İskeleti (Sitoskeleton)
Hücre iskeleti, sitoplazma içindeki yapısal bir networktür. Hücre iskeleti uzun yapısal protein liflerinden oluşur. Yukarıdaki şekilde gösterilen hücrelerde, mikrotübüller kırmızıya ile aktin filamentleri yeşile boyanmıştır. Bunu eski moda histoloji görüntülerinde göremezsiniz - her iki protein de sitoplazmadaki çözünebilir proteinler gibi H&E (hematoxilen ve eosin) boyasında pembe renkte boyanır. Miyozin ve dynein gibi motor proteinler hücre iskeleti liflerine bağlanır ve hareket eder. Lif ve motor proteinlerin neye bağlandığına bağlı olarak, bu durum hücrenin şekil değiştirmesine, göç etmesine veya hücre içindeki materyalleri hareket ettirmesine neden olabilir. (örneğin; veziküller veya kromozomlar) Dentinogenez sırasında, odontoblastların dentinin mineralizasyonunu katalize eden enzimleri hücrenin sadece bir tarafından salgılaması kritik öneme sahiptir (odontoblastik süreçten). Aksi takdirde, odontoblastlar kendi salgıları içinde sementlenebilirler. Bu, veziküllerin hücre iskeleti boyunca hücrenin apikal yüzeyine doğru hareket etmesini ihtiva eder. Mezenkimal kök hücrelerin ağız mukozasındaki onarım sırasında protein yapısının üzerinde göç etmeleri de önemlidir. Bu, hücrenin şeklini değiştiren hücre iskeleti proteinlerinin uzunluğunun değiştirilmesini ihtiva eder. Hücrenin boyu kısaltılırken bir sonraki psödopod uzatılarak, mezenkimal kök hücreleri, ECM'deki lifler boyunca çekilir.
Önceki Ders: Hücre Biyolojisine Genel Bakış
Yorumlar
Yorum Gönder