HÜCRELER NASIL BÖLÜNÜR - abl.gtu.edu.tr

HÜCRELER NASIL BÖLÜNÜR

Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER

Prokaryotik/Bakteriyal Hücre Bölünmesi

•İkiye bölünme hücre bölünmesi, basit bir formudur.

•Prokaryotik hücre bölünmesi birbirinin aynısı iki hücre oluşturması,

klonlanmasıdır.

•Bakteriyal DNA replikasyonu ve kromozom oluşumu bir arada geçen

süreçlerdir.

•Bu aşamada proteinler, kromozom ayrılması ve parçalanmasının (=septum)

düzenini kontrol ederler.

•DNA replikasyonu, belirli bir noktadan başlar - kökenlenir ve belirli bir fesih

daire şeklinde çift yönlü ilerler.

•Yeni çoğaltılan kromozomlar aynı anda zıt kutuplara doğru ilerler ve ana

DNA‘dan ayrılır.


•Yeni hücreler şekillenirken, yeni hücre

zarı oluşumu ve diğer hücresel

malzemelerin yerleştirilmesi gerçekleşir.

•Hücrenin ortasına doğru FtsZ halkası ve

hücre zarına gömülü proteinler, hücre

zarının iki yeni hücre oluşturacak

şekilde, hücreyi ışınsal (=radyal) olarak

içeriye doğru genişletir ve ayırır.

•Böylece iki hücre şekillenir (Şekil 12.12).

•Farklı canlı tiplerinde de hücre

bölünmesi küçük değişiklikler gösterir

(Şekil 12.13)



Ökaryotik Hücre

Bölünmesi

•Ökaryotik hücrelerde,

prokaryotik hücreler gibi

ortadan ikiye bölünerek

çoğalır.

•Bu aşama ökaryotik

hücrelerin her tipinde

hücresel özelliklere bağlı

olarak düzenlenir ve

karmaşıklaşır (Şekil 12.2).


Genetik Materyalin Hücresel

Düzenlemesi

•Bir hücre içinde yer alan tüm genetik bilgi

yada DNA o hücrenin Genomunu

oluşturur.

•Bir insan hücresi DNA’sının boyu yaklaşık

2 metreyi bulur. Bu tam 250.000 kez daha

küçük bir alana, bir hücreye sığar.

•DNA molekülnün iyi ve sıkıca paketlenmiş

hali kromozomları oluşturur (Şekil 12.3).

•DNA’nın hücre içinde paketlenmeden

ipliksi hali ise kromatin denilen halidir.


Genetik Materyalin Hücresel Düzenlemesi (Devam)

•DNA üzerinde okunan - açık ve okunamayan - kapalı bölgeler yer

alır.

•Bunlara heterokromatin (heterochromatin) ifade

edilemeyen-okunmayan ve ökromatin (euchromatin) ifade

edilen –okunan bölgeler adı verilir.

•Kromatin yapısı; tek bir kromozomu oluşturmak için, çok uzun

ve çift sarmallı bir iplikcik olan DNA’nın interfazda sekiz histon

proteini ile bir merkezi çekirdek etrafına sarılması ile oluşur.

•Bu yapı bizim Nukleozom dediğimiz temel kromozom yapılarını

oluşturur. Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER


Genetik Materyalin Hücresel Düzenlemesi (Devam)

•Ökaryotik hücrelerde yer alan kromozomlar ve sayıları, türlere göre değişir.

•Örneğin insanda 46 kromozom yer alır. Yine canlı türüne bağlı olarak vücut

hücreleri (Somatik Hücreler, Somatic Cells) ve üreme hücreleri

(Reproductive Cells) içinde yer alan kromozom sayıları da farklıdır. Örneğin

insan somatik hücrelerinde 46 kromozom bulunurken, gamet adını

verdiğimiz üreme hücrelerinde 23 kromozom bulunur.

•Dolayısıyla canlının tüm bilgisinin saklandığı bu kromozom yapılarının fazla

veya eksik sayıda olması canlı için genellikle öldürücü etkilere sahiptir.


Kromozomların Ökaryotik Hücre Bölünmesinde Düzenlenmesi

•Ökaryotik hücrelerde yer alan kromozomlar genellikle kardeş kromatitler (Sister

chromatids) şeklinde bulunur (Şekil 12.4).

•Kardeş kromatitlerin sahip oldukları DNA tamamen aynıdır. Bunlar birbirlerine

kohesinler (Cohesins) denilen protein kompleksleri yardımıyla tutunurlar. Buna

kardeş kromatitlerin kohesyonu (Sister chromatids cohesion) adı verilir.

•Bu yapı, kardeş kromatitlerin ortasında yer alan ve sentromer (Centromer) denilen

yapının da içeriğini oluşturur.

•Sentromer, kardeş kromozomların hemen hemen ortasında yer alır ve onların bir

arada durmasını sağlar. Serbest durumdaki uçlara ise kromozom kolları adı verilir.

•Normal durumda kromozom tek ve ortasında bir sentromer olan, iki kollu şekilde

görülür (Şekil 10.7).




Kromozomların Ökaryotik Hücre Bölünmesinde

Düzenlenmesi (Devam)

•Bölünme aşamasına geçildiğinde kromozom kendini eşler,

böylece kardeş kromatitler şeklinde ve dört kollu bir görünüm

sergiler (Şekil 12.5).

•İnterfazda 30-nm kalınlıkta iplikcikler halinde görünür.

•Mitoz sırasında, kromozomlar bu proteinlerin çevresine sarılmış

daha da fazla yoğunlaşmış şekilde bulunmaktadır.

•Yeni çoğaltılma boyunca kromozomlarda, eşlenen DNA dizileri

sentromere bağlı kalırlar.


Ökaryotik Hücre Döngüsüne ve Bölünmesine Bakış

•Hücre döngüsü, ilk defa 1882 ‘de Walther Flemming tarafından geliştirilen

boyama sistemi ile gözlenmiştir (Şekil 10.8, 12.6) .

•Hücre döngüsü; geçiş aşaması 1 (G1), sentez aşaması (S), geçiş

aşaması 2 (G2), mitoz (M) ve sitokinez (C) olmak üzere 5 aşamalıdır.

•Bunlardan G1, S ve G2 fazlarının hepsine birden interfaz safhası adı

verilir.

•Mitoz ve sitokinez safhaları ise topluca M fazı adını alır.

•Hücre döngüsünün toplam süresi değişkendir. Hücre döngüsü uzunluğu

yaşa, hücre tipine ve türüne göre değişir.

•Hücre döngüsünde yer alan G1 fazı içindeki bir bölüm bazen G0 olarak

adlandırılır. Bu G0 fazı geçici veya kalıcı olabilir.



•Hücre döngüsünde yer alan safhalara biraz daha detaylı bakarsak; G1 fazı

ilk geçiş fazı, birincil büyüme aşamasıdır.

•İnsan hücrelerinde hücre döngüsü ortalama 24 saat olarak kabul edilirse,

G1 fazının bu döngüde ortalama 5-6 saat sürebilir.

•Yine hücre çeşidine bağlı olarak en değişken süreye ve uzunluğa sahip

fazdır.

•Bazı özel durumlarda G1 fazı içinde bu fazdan bağımlı ve/veya bağımsız

olarak G0 fazı denilen ayrı bir faz görülebilir.

•Bu faz örneğin sinir hücreleri oluşumunda impulslara bağlı olarak daima

görülen bir fazdır.


•Sentez fazı olarak bilinen S fazı G1 fazı ve G2 fazı arasında yer alan bir çeşit

dinlenme aşamasıdır.

•Genel olarak bütün hücre döngüsünün yaklaşık %50 ‘sini oluşturur.

•Yaklaşık 10-12 saat sürer. Bu aşamada hücrede temelde DNA sentezi

gerçekleşir.

•S evresinden sonra ve mitoz öncesinde G2 fazı oluşur.

•G2 evresi 4-6 saat civarında sürer ve yine yoğun sentezlerin yapıldığı bir

evredir.

•Aslında G1, S ve G2 fazları daha belirtildiği gibi interfaz adını alan bir dizi

hazırlık basamakları içerir.

•Bu aşamalar boyunca sadece DNA değil, aynı zamanda başta mitokondri

ve endoplazmik retikulum olmak üzere pek çok organelde eşlenir (Şekil

12.7). Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER


Mitoz (M) Fazı: Hücre Bölünmesi

•M fazı tüm hücrelerde görülen ve hücre döngüsü içinde yaklaşık 1 saat süren

bir safhadır.

•Bu evrede 1 hücre’den DNA bilgisi birebir aynı 2 hücre oluşur.

•Mitozun, hücre bölünmesinin başlangıç aşamasında mitotik ipliklerin oluşması

çok önemli bir gerekliliktir.

•Mitotik ipliklerin oluşması mikrotübüller ve bunlarla bağlantılı

proteinlerle ilişkili bir durumdur.

•Diğer bir değişle bir sitoiskelet elemanı olan mikrotübül yapısı ve bunu

oluşturan tubulin alt birimleri doğru çalışmalı ve organize olmalıdır.


•Mitoz bölünme Profaz, Metafaz, Anafaz ve Telofaz olmak üzere 4

aşamadan oluşur (Şekil 12.7, 10.11).

•Profaz aşamasında; mitotik iplikler iyice kısalıp kalınlaşır ve yoğunlaşır.

•Mitotik iplikler/iğ iplikleri ve aster iplikleri oluşmaya başlar. Bunlar yukarda

adı geçen ve mikrotübül ve proteinlerle ilişkili yapılardır.

•Burada aster ipliği olarak belirttiğimiz yapı kardeş kromatitlere, kinetekor

(kinetochore) denilen özel yapılardan bağlanan ve bölünmenin ileri

aşamalarında kromozomları kutuplara çeken kısalan iplik yapılarıdır.

•Hayvan hücrelerinde, sentriol çifti kutuplara doğru hareket ederken bu

ipliklerin oluşumunu ve bölünme ekseni kurulmasını destekler.



•Profaz sırasında, çekirdek zarı

erimeye başlar ve sentriollerden

açığa çıkan iplikçiklere

kinetekorları vasıtasıyla tutunur.

•Kinetekorlar kromozamlar

kendini eşleyip, kardeş

kromatitlerini oluşturduğu zaman,

her bir kardeş kromatidin

sentromeri üzerinde yer alan özel

bir protein yapısıdır (Şekil 12.8).


Metafaz sırasında, kromozomlar ekvator düzlemine dizilir.

•Her kromozomun kromatidleri, kinetokor yardımıyla mikrotübüller üzerinde

zıt kutuplara doğru çekilmeye başlar.

•Bu aşamada açığa çıkan gerilim hücrenin ekvatorda dizilmesini ve anafaz

safhasına geçip kutuplara çekilmeye başlamasını sağlar.

Anafazda, kromatidler ayrılır ve kutuplara doğru çekilir.

•Bu noktada, sentromerlerinden kardeş ve homolog kromozomları bir arada

tutan kohesin proteinleri parçalanır ve kromatidler zıt kutuplara çekilir.

•Bu harekete anafaz A denir, Zıt kutuplara çekilmesi hareketine ise anafaz B

denir.


Telofaz sırasında, çekirdek yeniden oluşmaya başlar

Telofazda, profaz da görülen olaylar tersine döner ve hücre sitokineze hazırlanır.

Hayvanların hücrelerinde kardeş kromatitleri bir arada tutan aktin kemerleri

vardır.

Sitokinez sırasında zarla etkileşim halinde olan aktin lifleri kasılmalar

gerçekleştirerek sitokinezi uyarır (Şekil 10.11).

Bitki hücrelerinde, hücre plağı kardeş hücreleri birbirinden ayırır.

Ayırma kesecikleri bir araya gelerek hücre plağını şekillendirir.

Böylece hücrenin ortasında yeni bir membran üretilir (Şekil 12.11).

Mantar ve bazı protistlerde, hücre bölünmesi, kardeş hücrelerin peşpeşe

gerçekleşen çekirdek ve sitoplazma bölünmesi ile oluşur.






Hücre Döngüsü Üç kontrol Noktasında durdurulabilir.

Kontrol noktaları adı da verilen bu noktalar, hücre döngüsünün,

doğruluğunu değerlendirmek ve gerektiğinde durdurmakta görev

alırlar.

Bunlardan ilki G2/ M fazları arasında yer alan kontrol noktasıdır.

Burada DNA bütünlüğünü kontrol eder ve düzenler.

İkincisi G1 / S fazları arasında yer alan kontrol noktasıdır. Hücre

bölünmeye başlamadan, bölünme için gerekli kontrolleri yapar.

Son ve üçüncü kontrol noktası, M fazında yer alan kontrol

noktasıdır. Bu noktada tüm kromozomların bipolar yönlendirme ile

iplikciklere bağlı olmaları sağlanır.


Hücre Döngüsü Aşamasında Önemli Kontrol Noktaları (Şekil 12.15)

Araştırmalar, hücre döngüsünü kontrol eden faktörleri ortaya çıkarmıştır.

Buna göre yapılan deneyler mitoz bölünmenin pozitif düzenleyicileri olduğunu

göstermiştir.

Hücre döngüsünü senkronize olarak düzenleyen proteinler vardır. Bunlara

siklinler denir

Genel adı Siklin olan bu pozitif düzenleyiciler, aslında siklin bağımlı kinazlar

(CDKs)’dır.

Bu fosforlanmış proteinler, hücre döngüsünün düzgün ilerlemesini sağlayan

sürücü ajanlarıdır.

• Siklin bağımlı kinazlar ile hücre döngüsünün doğru işlemesinde ve

yönlendirilmesinde büyük öneme sahiptir.

• Diğer bir değişle, hücre döngüsü CDK'ların yönlendirilmesi ile ilerler.



•Mayalarda, sadece tek bir CDK enzimi varken, omurgalılarda dörtten fazla

CDK enzimi tespit edilmiştir.

•G1 aşamasında, G1 siklin, S fazına giriş tetikler. CDK’nın farklı bir formu

CDC2 kinaz ile birleştirir.

•Anafaz uyarıcı kompleks / siklozom (APC/C), birlikte kardeş

kromatidlerin sentromerlerine tutunarak, burada yer alan kohezinleri

kaldırır/etkisiz hale getirirler.

•Bu proteaz aktivesi sonucu anafaz tetiklenir. Kromatidler birbirinden

ayırılmaya başlar ve zıt kutuplara çekilirler.

•Çalışmalar APC / C’nin yok edilmesinin/hasar görmesinin mitozun

bitmesini tetiklediğini göstermiştir (Şekil 12.17).



•Çok hücreli ökaryotlarda hücre döngüsünde birçok CDK'lar tarafından

yönlendirilir.

•Bu aşamada hücre dışından gelen sinyaller önemli etkenlerdir.

•Büyüme faktörleri (GF), trombosit kaynaklı büyüme faktörü (PDGF) gibi bu

dış kaynaklı etkiler hücre bölünmesini uyarır.

•CDK'ların Siklinleri aktive etmeleri sonucunda ortaya çıkan doku hasarları

önemlidir.

•Sonrasında bu uyartılar ve bunlara bağlı hasarlar, fibroblastların bölünmesini

teşvik etmek için bir MAP kinaz yolağı üzerinden hareket etmeye başlar (Şekil

12.16).

•Bu hücre döngüsünün kontrolünü kaybına ve buna bağlı başta kanser olmak

üzere pek çok fizyolojik rahatsızlığı oluşturur ve tetikler.



Kanser bir hücre döngüsü kontrolü başarısızlığıdır.

Proto-onkogenlerde olan mutasyonlar kansere yol açar.

Mutasyonlar, tümör baskılayıcı genlerin resesif hale

geçmesini sağlar.

İki kopya birden fonksiyonunu kaybedince, hatalı ve

kontrolsüz bölünmeleri takiben, kontrolsüz bölünen hücre

yığınları yani tümör yapıları oluşur.

Tümörlerin iyi veya kötü huylu olmasına bağlı olarak

Kanser hastalığı açığa çıkar.



Kaynaklar Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell,

Jane B. Reece, Unit 2, Part:12, p: 232-251 Pearson Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco, CA 94111.

Biology / 9th ed (2008)Peter H. Raven George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan R. Singer, Chapter 10, p:186-206. The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020.


Documents

HÜCRELER NASIL BÖLÜNÜR - abl.gtu.edu.tr