Hücre Yapısı
Geleneksel olarak, hücresel organizmalar hücre tiplerine göre iki geniş kategoriye ayrılmıştır. Ya prokaryotik ya da ökaryotiktirler. Genel olarak, prokaryotlar daha küçük, daha basit ve çok daha az şey içerir; bu da ökaryotları daha büyük, daha karmaşık ve daha dağınık hale getirir. Aralarındaki temel farkın özü isimlerinden çıkarılabilir: "karyose" Yunanca bir kelime olup " çekirdek" veya "merkez" anlamına gelir ve hücre çekirdeğine atıfta bulunur. "Pro" "önce" anlamına gelirken, "Eu" "gerçek" anlamına gelir ve prokaryotların bir çekirdeğe sahip olmadığını ("bir çekirdekten önce"), ökaryotların ise gerçek bir çekirdeğe sahip olduğunu gösterir. Son zamanlarda, mikrobiyologlar prokaryot terimine karşı çıkıyorlar çünkü hem bakterileri hem de daha yakın zamanda keşfedilen arkeleri aynı kategoride topluyor. Her iki hücre de prokaryotiktir çünkü çekirdekleri ve diğer organelleri (mitokondri, Golgi aygıtı, endoplazmik retikulum vb.) yoktur, ancak genetik olarak yakından ilişkili değildirler. Bu nedenle, bu farklılıkları onurlandırmak için bu metin gruplardan arkeler, bakteriler ve ökaryotlar olarak bahsedecek ve prokaryotik referansı bunun dışında bırakmaya çalışacaktır.
Hücre Morfolojisi
Hücre morfolojisi, bir hücrenin şekline ilişkin bir referanstır. Önemsiz bir kavram gibi görünebilir ancak bir hücre için öyle değildir. Şekil, hücrenin nasıl büyüyeceğini, çoğalacağını, besin alacağını, hareket edeceğini belirler ve düzgün çalışması için bu şekli koruması hücre için önemlidir. Hücre morfolojisi, belirli mikropların tanımlanmasına yardımcı olmak için bir özellik olarak kullanılabilir, ancak aynı morfolojiye sahip hücrelerin mutlaka ilişkili olmadığına dikkat etmek önemlidir.
Bakteriler, burada listelenen en yaygın örneklerle birlikte, en temsili hücre morfolojilerini sergileme eğilimindedir:
- Coccus (çoğ. cocci) - coccus küresel şekilli bir hücredir.
- Bacillus (çoğ. basil) - bir basil çubuk şeklinde bir hücredir.
- Curved rods - açıkça bir çeşit eğrilikle karakterize edilen çubuklardır. Üç alt kategorisi vardır: tek bir eğriye sahip çubuklar olan vibrio ve spiral şekiller oluşturan çubuklar olan spirilla/spiroketler. Spirilla ve spiroketler, sergiledikleri hareket tipine göre ayrılır, bu da onları bir ıslak preparatta incelemiyor olsanız bile ayırt etmenin zor olduğu anlamına gelir.
- Pleomorfik - pleomorfik organizmalar şekillerinde değişkenlik gösterirler.
Bakteriler için görülen ek şekiller ve arkeler için yıldız veya kare şekilleri olarak da bulunan daha geniş bir dizi vardır. Ökaryotik mikroplar da, özellikle protozoa gibi hücre duvarına sahip olmayanlar olmak üzere, çok çeşitli şekiller sergileme eğilimindedir.
Hücre Boyutu
Hücre boyutu da, tıpkı hücre morfolojisi gibi, bir hücre için önemsiz bir konu değildir. Çoğu arkeal/bakteriyel hücrenin ökaryotik hücrelerden çok daha küçük olmasının nedenleri vardır. Bunun büyük bir kısmı küçük olmanın getirdiği avantajlarla ilgilidir. Bu avantajlar, hücrenin yüzey/hacim oranıyla, yani çevreyle temas halindeki dış hücresel katmanın içerideki sıvıya oranıyla ilişkilidir. Bu oran, bir hücrenin boyutu büyüdükçe değişir. Şimdi 2 μm'lik bir hücreyi 4 μm'lik iki kat daha büyük bir hücre ile karşılaştıralım.
Küçük hücrenin yüzey/hacim oranı 3 iken, büyük hücrenin yüzey/hacim oranı 1,5'e düşmektedir. Hücre yüzeyini, hücrenin besinleri içeri alma ve atık ürünleri dışarı bırakma yeteneği olarak düşünün. Yüzey alanı ne kadar büyükse, bu faaliyetlere katılmak için o kadar fazla olanak vardır. Buna dayanarak, daha büyük hücrenin bir avantajı olacaktır. Şimdi hacmin, hücrenin desteklemesi gereken şeyi temsil ettiğini düşünün. Yüzey/hacim oranı azaldıkça, hücrenin faaliyetlerini (büyüme ve üreme gibi faaliyetler) desteklemek için ihtiyaç duyduğu besinleri getirme fırsatının azaldığını gösterir. Böylece küçük hücreler daha hızlı büyür ve çoğalır. Bu aynı zamanda zaman içinde daha hızlı evrimleştikleri ve çevrelerine uyum sağlamak için daha fazla fırsat buldukları anlamına gelir.
Boyut farkının (bakteri/arkeal hücreler = daha küçük, ökaryotik hücreler = daha büyük) ortalama olduğunu unutmayın. Tipik bir bakteri/arkeal hücre birkaç mikrometre boyutundayken, tipik bir ökarytotik hücre yaklaşık 10 kat daha büyüktür. Boyut olarak normların dışında kalan ve yine de çok hızlı bir şekilde büyümeyi ve çoğalmayı başaran birkaç canavarımsı bakteri vardır. Bu örneklerden biri, E. coli'nin daha tipik olan 4 μm uzunluğuna kıyasla 100-750 μm uzunluğunda olabilen Thiomargarita namibiensis'tir. T. namibiensis, hücrenin büyük bir bölümünü kaplayan çok büyük vakuoller veya kabarcıklar üreterek hızlı üreme hızını korumayı başarır. Bu vakuoller hücrenin hacmini azaltarak yüzey-hacim oranını artırır. Diğer çok büyük bakteriler dış yüzey katmanları için fırfırlı bir zar kullanırlar. Bu da yüzey alanını artırarak yüzey/hacim oranını yükseltir ve hücrenin hızlı üreme hızını korumasını sağlar.
Hücre Bileşenleri
Tüm hücreler (bakteriyel, arkeal, ökaryotik) dört ortak bileşeni paylaşır:
- Sitoplazma - Sitoplazma, her hücreyi dolduran jel benzeri sıvıdır ve bir hücrede gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar için sulu bir ortam sağlar. Çoğunlukla su, bir miktar tuz ve proteinden oluşur.
- DNA - deoksiribonükleik asit veya DNA, hücrenin genetik materyali, hücrenin yetenekleri ve özellikleri için talimatlardır. Genom olarak adlandırılan bu genlerin tamamı, bakteriyel ve arkeal hücrelerde nükleoid olarak bilinen düzensiz şekilli bir bölgede lokalize olur ve ökaryotik hücrelerde membrana bağlı bir çekirdek içine alınır.
- Ribozomlar - Hücrenin protein üreten fabrikaları ribozomlardır. Hem RNA hem de proteinden oluşmakla birlikte, bakterilerde/arkelerde bulunanlar ile ökaryotlarda bulunanlar arasında özellikle boyut ve konum açısından bazı belirgin farklılıklar vardır. Bakteri ve arkelerin ribozomları sitoplazmada yüzer halde bulunurken, ökaryotik ribozomların çoğu bir ökaryotik organel olan endoplazmik retikulum boyunca organize olmuştur. Ribozomlar, santrifüj edildiğinde sedimantasyon hızına karşılık gelen Svedberg birimi kullanılarak ölçülür. Bakteriyel/arkaeal ribozomlar sedimantasyon değeri olarak 70S ölçümüne sahipken, ökaryotik ribozomlar hem daha büyük boyutlarının hem de kütlelerinin bir göstergesi olan 80S ölçümüne sahiptir.
- Hücre Zarı - Her hücrenin dış sınırlarından biri plazma zarı veya hücre zarıdır. (Plazma zarı, ökaryotik çekirdeği sınırlayan zar gibi başka yerlerde de bulunabilirken, hücre zarı terimi özellikle hücrenin bu sınırına atıfta bulunur). Plazma zarı, hücrenin iç içeriğini çevreleyen ortamdan ayırır. Güçlü bir katman olmasa da, plazma zarı hücre için, özellikle de tipik olarak yalnızca bir zara sahip olan bakteri ve arkealar için çok önemli süreçlere katılır:
- Belirli moleküllerin giriş ve çıkışına izin vermek için yarı geçirgen bir bariyer görevi görür. Besinleri içeri alma, atık ürünleri dışarı atma ve muhtemelen toksinler veya antibiyotikler gibi tehlikeli maddeleri dışarıda tutma işlevi görür.
- Işık veya kimyasal enerjinin ATP olarak bilinen kolayca kullanılabilir bir forma dönüştürülmesine katılarak metabolik süreçleri gerçekleştirir. Bu enerji tasarrufu, tıpkı bir pil gibi, membran boyunca yüklerin ayrılmasına dayanan bir proton hareket gücünün (PMF) geliştirilmesini içerir.
- Sinyal görevi gören ve hücre için önemli bilgiler sağlayan küçük molekülleri bağlayarak veya alarak çevre ile "iletişim kurar". Bu bilgiler bölgedeki besin maddeleri veya toksinlerle ilgili olabileceği gibi diğer organizmalarla ilgili bilgiler de olabilir.
Ökaryotlar, çekirdek, mitokondri, endoplazmik retikulum, Golgi aygıtı gibi organel adı verilen çok sayıda ek bileşene sahiptir. Bunlar, hücre için farklı faaliyetleri barındıran zarla çevrili bölümlerdir. Her yapı kendi plazma zarıyla çevrildiğinden, hücreye membranöz fonksiyonların gerçekleşebileceği birden fazla yer sağlar.
Plazma Membranının Yapısı
Plazma zarının detayları hakkında konuşurken işler biraz karmaşıklaşır, çünkü bakteriler ve ökaryotlar aynı temel yapıyı paylaşırken, arkeler belirgin farklılıklara sahiptir. Şimdilik temel yapıyı ele alalım, arkeal modifikasyonlar ve varyasyonlar ise arkea bölümünde ele alınacaktır.
Plazma membranı genellikle membranın kendi içindeki çeşitli bileşenlerin hareketini açıklayan sıvı-mozaik modeli ile tanımlanır. Genel yapı, tek tek maddelerin hidrofil veya hidrofabik özelliklerine göre ayrılmasıyla açıklanmaktadır. Membran tipik olarak temel yapıyı oluşturan fosfolipidlerin iki katmanından (çift tabaka) oluşur. Her fosfolipid, hidrofilik ("suyu seven") polar bir bölge ile hidrofobik ("sudan korkan") polar olmayan bir bölgeden oluşur. Fosfolipidler, polar bölgeleri hücrenin dışındaki sulu ortamla ve içindeki sitoplazmayla temas halinde tutacak şekilde kendiliğinden bir araya gelirken, polar olmayan bölgeler bir sandviçteki jöle gibi ortada tutulur.
Fosfolipidlerin kendileri, iki yağ asidi kuyruğuna bir gliserol bağı ile bağlanan bir fosfat grubu olan negatif yüklü bir polar baştan oluşur. Fosfat grubu hidrofilik iken yağ asidi kuyrukları hidrofobiktir. Membranın özellikle güçlü olduğu düşünülmese de, ökaryotlardaki steroidler ve bakterilerdeki sterol benzeri hopanoidler gibi ek lipid bileşenlerinin varlığıyla bir miktar güçlenir. Fosfolipid çift tabakaya gömülü ve onunla ilişkili sayısız işlevi olan çeşitli proteinler vardır. İki tabakanın içine gömülü olan proteinler integral proteinler olarak adlandırılırken, membranın dışında birleşen proteinler periferik proteinler olarak adlandırılır. Periferik proteinlerin bazıları bir lipid kuyruğu aracılığıyla membrana bağlanır ve birçoğu hücresel işlevleri yerine getirmek için belirli integral proteinlerle birleşir. İntegral proteinler baskın tiptir ve plazma membranı ile ilişkili proteinlerin yaklaşık %70-80'ini temsil ederken, periferik proteinler kalan %20-30'u temsil eder.
Bir plazma zarını oluşturan protein miktarı, fosfolipide kıyasla, organizmaya göre farklılık gösterir. Bakteriler yaklaşık 2,5:1 gibi çok yüksek bir protein/fosfolipid oranına sahipken, ökaryotlar en azından hücre zarlarında 1:1'lik bir oran sergilerler. Ancak ökaryotların her organel için bir tane olmak üzere birden fazla plazma zarına sahip olduğunu unutmayın. Mitokondriyal membranlarındaki protein/fosfolipid oranı, tıpkı bakteriyel plazma membranında olduğu gibi 2,5:1'dir.
Sonraki Ders: Bakteriler: Hücre Duvarları
Yorumlar
Yorum Gönder