Hücre ve Moleküler Organizasyon Yrd. Doç. Dr. İzzet Yelkovan Tıbbi Biyoloji AD

Table 1 Vücudumuzu oluşturan maddeler ve oranları Element Sembol % Molibden Oksijen Karbon Hidrojen Azot Kalsiyum Fosfor Potasyum Kükürt Sodyum Klor Magnezyum Selenyum Demir Çinko Bakır Iyot Manganez Bor Krom Kobalt Flor O C H N Ca P K S Na Cl Mg 65.0 18.5 9.5 3.3 1.5 1.0 0.4 0.3 0.2 0.1 Fe Zn Cu I Mn B Cr Mo Co Se 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 FENOTİP GENOTİP 2 3 DNA RNA PROTEIN 1 DNA 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

Eubacteria ve Archaebacteria Hücre Tipleri - Karşılaştırma nukleoid bölge Hücre duvarı Metabolik Gruplar metanojenler halofiller termoasidofiller Protista Plantae Fungi ve Animalia Prokaryotik Hücre Hücre zarı 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 Sitoplazmik organeller 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

Çok hücreli organizmalar Büyüklükler 100 m Çok hücreli organizmalar 10 m 1 m Görme Sınırları 10 cm Eukaryotik Hücreler 1 cm 1 mm Mitokondri 100 m Işık Mikrosk 10 m Bakteri 1 m Elektron Mikro Virus 100 nm 10 nm Proteinler 1 nm DNA 0.1 nm Atom

Büyüklükler Göz Işık mikroskobu: > 0.2 m hücreler Elektron mikroskobu: > 0.2 nm klasik faz kontrast differential interferens kontrast fluoresens konfokal lazer transmisyon scanning atomlar moleküller organeller hücreler Göz Işık mikroskobu Elektron 5 m Hayvan hücresi 50 m 2 m Büyüklükler

Büyüklükler

Bazı Hücrelerimiz

Akyuvarlar Endotel Hücreleri Alyuvarlar

Bir protozoan ve silleri Sperm ve yumurta

Düz Endoplazmik Retikulum Hayvan Hücresi Lizozom Sitozol Serbest ribozomlar Mitokonri Düz Endoplazmik Retikulum Golgi Hücre zarı Transport vezikülü Granüllü Endoplazmik Retikulum Porlar Çekirdekcik Çekirdek zarı DNA Hücre iskeleti

Hücre Anatomisi 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 Çekirdek Nüklear zarf Kromatin Matriks

Hücre Anatomisi 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 Çekirdek Nüklear zarf Kromatin Matriks

Hücre Zarı 1. Hücre Hücre Zarı 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 Kolesterol Sitoplazma Hücre içi

1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı Sıvı Mozaik Model

1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı Lipit Bilayer Hidrofobik Hidroifilik Dış İç Lipit Bilayer Lipozomlar Şilomikronlar

1- Hücre Zarı / Plazma Zarı-Membranı Membran Fosfolipitleri Fosfat Gliserol Kuyruk Yağ Asitleri Polar Baş Non- polar kuyruk Hidrofilik = lipofobik 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 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 Çekirdek Nüklear zarf Kromatin Matriks

2- Sitoplazma / Protoplazma Sitozol Su (çözücü) İnorganik maddeler (tuz, mineral mad.) Organik Moleküller Monomerler Vb vb. Metabolitler Vb. vb. NaCl Kölliker (Alman biyolog) sitoplazma ve nukleus terimleriyle protoplazmayı daha da ayırmış ve nukleusun etrafını çeviren protoplazma kısmına sitoplazma adını vermiştir Su Buz Buhar

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 ya vru 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 Hücre içi sindirimden sorumludur Otoliziz Peroksizomlar Toksinleri nötralize eden enzim sistemleri 2 H2O2 2 H2O + O2 Katalaz

Mitokondri’ler (1897’de Benda) Oksijenli solunum ile (aerobik) biyoenerji üretirler Matrix = mitokondrinin içini dolduran sıvı Cristae = Krista = İç membran katlantıları Dairesel DNA 37 geni var Ribozomlar Simbiyotik Siyanobakteri Oval Spiral Disk Çomak 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 Nukleus Hücre Kromozomlar Protein ASCO Curriculum: Cancer Genetics & Cancer Predisposition Testing Kromozom, DNA ve Gen Gen Nukleus Hücre Kromozomlar Protein Basic Genetics 2

DNA çift sarmalı Şeker Fosfat omurga Baz çifti Bazlar Adenin (A) ASCO Curriculum: Cancer Genetics & Cancer Predisposition Testing DNA çift sarmalı Şeker Fosfat omurga Baz çifti Bazlar Adenin (A) Timin (T) Sitozin (C) Guanin (G) Basic Genetics 3

Protein Sentezi

DNA, RNA’lar

DNA çift sarmalı (1953’de Watson ve Crick) ASCO Curriculum: Cancer Genetics & Cancer Predisposition Testing DNA çift sarmalı (1953’de Watson ve Crick) Şeker Fosfat omurga Baz çifti Bazlar Adenin (A) Timin (T) Sitozin (C) Guanin (G) Basic Genetics 3

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