Bilim ve Sağlık

Hücreler ya canlıların büyüyüp gelişmesi, rejenerasyonu ve dokularının yenilenmesi ya da üreme faaliyetlerinin gerçekleştirilmesi amacıyla bölünür. Bölünmelere detaylarıyla geçmeden önce hücrelerin niçin bölündükleri konusundaki görüşlere yer verelim. Hücre, büyüklük bakımından belirli bir sınıra ulaştığı zaman, kuramsal olarak ikiye bölünmesi gereklidir. Çünkü hücre genel olarak bir küre şeklinde düşünülürse, büyümede hacim yüzey orantısı r3 / r2 'dir. Yani hacim yarıçapın küpüyle artarken, yüzeydeki büyüme yarıçapın karesine bağımlı kalır ve bir süre sonra hücrenin yüzeyi gerek besin alış verişini gerek artık maddelerin atılımını ve gerekse gaz alış verişini bütün hücreye sağlayamayacak duruma gelir ve hücre, yüzeyini artırmak amacıyla bölünmeye başlar. Ayrıca büyüyen hücrede sitoplazma çekirdek oranı arttığından ve çekirdeğin etki alanı sınırlı olduğundan bu durum hücreyi ölüme sürükleyebilir, dolayısıyla hücreyi bölünmeye zorlar. (Bu fikri 1908 yılında ilk defa HERTWIG ortaya atmıştır.) hücrenin içine yapay olarak iki çekirdek yerleştirildiğinde ya da çekirdek içindeki kromozom sayısı iki katına çıkarıldığında, hücrenin hacmi normal büyüklüğünün iki misli olabilir. Bu, çekirdeğin sınırlı bir etkiye sahip olduğunu kanıtlar. Uygun x-ışınına tutulan hücrelerde kalıtsal materyal çoğalması olur; fakat bölünme meydana gelmez ve sonuçta hücre büyümesiyle birlikte hızlı hücre çoğalması da görülür (kanserleşmede olduğu gibi). Bölünecek büyüklüğe ulaşan amipin (normal olarak iki günde bir bölünür) protoplazmasından bir miktar kesersek (100 gün süreyle) bölünme durur ve tekrar büyümeye başlar. Bu uygulama sonsuz olarak sürdürülürse, amip, bölünmeden hayatta kalabilir. Bölünmeye başlayan bağ doku hücrelerinin çapı yaklaşık % 12 kadar artar. Buna karşın büyüklüğü sınırlandırılmış hücrelerde büyüme durur.

Bir hücreli canlılarda mitoz aynı zamanda üremeyi sağlar. Her canlıda ve aynı bireyin farklı dokularındaki hücrelerin mitozla bölünme hızı tamamen farklıdır. Örmeğin bağırsak mukozasındaki, epidermisteki, kan hücrelerini üreten dokulardaki hücrelerin sürekli bölünmesine karşılık, diğer dokuların hücreleri belirli zamanlarda, sinir ve retina hücreleri ise 20-25 yaşın üstünde (insanda çoğunluk ana karnında 4. aydan itibaren sonra) hiç bölünmez. Mitoz bölünmenin amacı ana hücredeki kalıtım materyalinin eşit şekilde yavru hücrelere verilmesidir. Bir hücrelilerdeki amitoz bölünmede, hem iğ iplikleri işe karışmaz hem de kalıtım materyali yavrulara büyük bir olasılıkla eşit verilmez. Mitoz bölünme sürekli bir olay olmasına karşılık, izlemede ve anlamada kolaylık olsun diye evrelere ayrılarak incelenir. Dinlenme sırasında, kromozomlar boyanmaz. DNA miktarı 2n'dir (G1-Evresi). Daha sonra DNA kendini eşler. DNA miktarı 4n'dir. İnce kromatid iplikler şeklinde boyanırlar (S-Evresi). Üçüncü evre koyu boyanan kromozomlara sahip, 4n'li evredir (G2-Evresi). Son evre ise mitoz bölünmeni gerçekleştiği ve kromozom sayısının 2n'e indiği evredir (M-Evresi). Hücredeki tüm yapıların birleşerek, daha sonra iki yavru hücreye verilmesini sağlayan bu döngüye hücre döngüsü denir.

Bitki ve hayvanlarda hücre döngüsünün tamamlanması yaklaşık 20 saat kadar sürer. Bu sürenin yaklaşık bir saati mitoz bölünmeye ayrılmıştır. Geri kalan süre interfazdaki büyüme için kullanılır. en uygun beslenme ve sıcaklık koşullarında dahi, herhangi bir hücre çeşidinin bölünme süresi sabittir. Uygun olmayan koşularda bu süre uzayabilir. Fakat her hücrenin optimumdan daha hızlı büyümesini hem de optimumdan daha hızlı döngüsünü sağlamak olanaksızdır. bundan şu sonuca varabiliriz; her hücrenin döngü süresi kusursuz bir zamanlamayla gelişecek şekilde programlanmıştır. Bu program iki aşamada yürütülür. İlkinde kromozomlardaki kalıtsal materyal iki katına çıkarılır, ikincisinde ise hücrenin diğer organelleri çoğaltılır. Döllenmiş yumurtalarda bölünme, alışılmışın tersine bir saatte ya da daha az bir süre içerisinde tamamlanır. Çünkü yumurta hücresine, yumurtanın olgunlaşması sırasında her çeşit molekülden bol miktarda verilmiştir. Böylece yumurta hücresi hızla bölünerek gittikçe daha küçük hücreleri yapar. Bunlardaki hücre döngüsünde büyüme evresi yoktur, yalnız bölünme için hazırlık yapılır. Bu nedenle yaklaşık bir saatte bir bölünebilir.

Ana hücreden yavru hücreye genetik şifre nasıl taşınmaktadır ?

Canlılar türlerini devam ettirebilmek veya hasara uğramış bölümlerini tamir edebilmek için hücresel seviyede bölünmeye gereksinim duyarlar. Bunun için genetik şifrenin aynısının yavru hücrelere aktarılması gerekir. Örneğin hormon yapımını da artırmak için bir tiroit hücresinin bölünmesi gereksin. Bu gereksinim ortaya çıkınca büyüme faktörlerinden bir kısmı ve TSH hormonu tiroit hücre zarına yapışır ve çekirdeğe çeşitli proteinler aracılığıyla bölünme işleminin başlatılması için sinyal gönderir. Bu sinyali alan özel bir gen aktive olarak protein üretir ve bu protein başka bir geni uyararak bölünme işlemini başlatır. Bunun için önce çekirdekteki şifreleri taşıyan DNA' nın bir eşinin yapılması gerekir. Enzim adı verilen özel proteinler daha önce DNA' nın yapısında olduğu belirtilen şeker,baz ve fosfat birimlerini kopyalama adı verilen bir işlemle orijinal DNA' daki sıraya göre dizmeye başlar ve işlem bittikten sonra birbirinin tamamen benzeri iki ayrı DNA ortaya çıkar.

Eğer kopyalama sırasında yanlış bir dizilim olursa başka bir gen devreye girerek bunu düzeltmeye çalışır, düzeltmezse başka bir gen devreye girerek bölünme işlemini durdurur böylece yanlış genetik şifrenin yeni oluşacak hücrelere geçmesi önlenir. Şimdi kopyalama işleminin doğru yapıldığını varsayalım ve gelişmeleri izleyelim. Artık çekirdekte birbirinin tamamen benzeri olan iki DNA vardır ve bölünme işlemini durduracak bir emir gelmemişse DNA' lar daha öncede değinildiği gibi paketlenerek 46 çift kromozom haline döner. Diğer bir deyişle birbirinin aynısı olan 23 çift iki takım kromozom ortaya çıkar. Bu devreden itibaren 23 çift kromozom hücrenin bir ucuna doğru giderken diğer 23 çift kromozom diğer ucu gitmeye başlar ve hücre ortadan boğumlanıp her birini çevreleyen yeni zarla birlikte özellikleri tamamen aynı olan iki ayrı hücre ortaya çıkar.

HÜCRE BÖLÜNMESİ

Hemen hemen tüm hücrelerde en azından belli dönemlerde bir bölünme görülmektedir. Yalnız sinir hücreleri ve alyuvarlar gibi çok özel görevler için farklılaşmış hücrelerde belli bir dönemden sonra artık bölünme görülmez.
Hücre bölünmesinin amacı:

• Yeni bireyler (yavru döller) meydana getirmek
• Büyümeyi sağlamak
• Eşey hücrelerini meydana getirmektedir.

Bölünmenin olabilmesi için hücrenin beslenmesi ve belli bir büyüklüğe ulaşması zorunludur. Büyüklükte yüzey-hacim ilişkisi önemlidir. Eğer bir hücrede yüzey-hacim ilişkisi bozulursa (ki bu durum ancak hücrenin büyümesi ile mümkündür) o zaman bu ilişkiyi yeniden düzenleyebilmek için hücre bölünür. Üç tip hücre bölünmesi vardır; Amitoz , Mitoz ve Mayoz bölünmelerdir.

1. AMİTOZ BÖLÜNME : İlkel canlılarda görülür. Örneğin bakterilerde önce kromozom görevi yapan DNA dairesel durumdan lineer duruma (düz) geçer kendini eşler ve daha sonra hücrenin ortasında oluşan plazma zarı ile iki oğul hücre meydana gelir.(burada dikkat edilirse Homolog kromozomlar yoktur ,ayrı iki atadan değil bir atadan gelmektedir)

2. MİTOZ BÖLÜNME (Mitozis = Somatik Hücre Bölünmesi) : Soma hücrelerinde (vücut hücrelerinde) meydan geldiği içim Somatik Hücre Bölünmesi de denir. Bu bölünme ; çekirdekteki kromozomların (Mitozis = eski yunanca’ da iplik anlamına gelir) ve daha sonra da sitoplazmanın ortadan ikiye bölünmesi (sitokinezi ) şeklindeki birbirini takip eden iki olay halinde meydana gelir.

MİTOZ; Bir hücrelilerde yeni bireylerin meydana getirilmesine

Çok hücrelilerde ise regenerasyona ve büyümeye yarar.
Mitoz sürekli bir olay olmasına karşılık , incelemede kolaylık olsun diye safhalara ayrılarak incelenmektedir. Bu safhalar İNTERFAZ , PROFAZ , METAFAZ , ANAFAZ , TELOFAZ’ dır.

a)İNTERFAZ: Hücrenin bölünmeye hazırlandığı safhadır. Bu safhada
1)Kalıtım materyali (DNA) kendini eşler ve iki katına çıkar.
2)ATP sentezlenir ve depolanır.
3)Ribozom ve diğer organeller kendini eşler.
4)İğ iplikleri sentromerler tarafından hazırlanır. Yalnız bazı hücrelerde bu iplikler interfazdan sonra da hazırlanabilmektedir.

b)PROFAZ:
• Erken profaz : Kromaozomlar ince uzun iplikler şeklinde belirir.
• Orta profaz : İkiz kromatidler halindeki kromozomlar görülmeye başlar. Sentrioller birbirinden daha da uzaklaşır ve iğ ipliklerini oluşturmaya başlarlar.
• Geç profaz: Sentrioller birbirini zıttı olan iki kutba ulaşır, iğ iplikleri oluşur.

c)METAFAZ: Kromozomlar (ikiz kromatidler halinde) ekvator tablasında rasgele dağılırlar, iğ iplikleri, ikiz kromatidlerin sentromerlerindeki kinetokor iğ ipliklerine iyice tutunur.

d)ANAFAZ: İki alt safhada incelenir. Bunlar erken anafaz ve geç anafazdır.
Erken Anafaz: Herbir kromozomdaki ikiz kromatidler birbirinden ayrılıp kutuplara doğru çekilmeye başlarlar.
Geç Anafaz: Yeni oluşan Kromatid kromozomları kutuplara yaklaşır ve SİTOKİNEZİS (sitoplazma bölünmesi) başlar.

e)TELOFAZ: Profazda meydana gelen olayların tersi görülür (çekirdek zarı belirir , çekirdekçik belirir, Kromozomlar ince-uzun görülmez iplikler haline geçer, sentrioller kendi eşlerini yapar) ve SİTOKİNEZİS tamamlanarak bir hücreden iki oğul hücre meydana gelir.

3.MAYOZ BÖLÜNME (Meiosis = Redüksiyon bölünme) : Hücrede kromozom sayısının yarıya indirgenmesi amacıyla yapılan bölünmeye denir.(Meiosis=Eski Yunanca’da azaltma anlamına gelmektedir.) Eğer böyle bir bölünme olmasaydı, bir türdeki bireylerin kromozom sayısı her yeni kuşakta bir kat artardı. Kromozom sayısının sabit kalması böyle bir bölünmenin tüm canlılarda gametlerin oluşumu sırasında meydana gelmesi ile mümkündür. Mayoz bölünmenin amacı gerçekte bir çoğalma değil , aksine eşeysel rekombinasyonları ve bunun sonucunda BİYOLOJİK ÇEŞİTLİLİĞİ meydana getirmektir. Biyolojik çeşitlenmeyi sağlayan diğer önemli bir olay da KROSSİNG-OVER (Homolog kromozomlar arasındaki parça değişimi) ’dır. Mayozda birbirini takip eden iki hücre bölünmesi olur ve sonuçta 4 oğul hücre meydana gelir. Bu bölünmelerden birincisinde kromozom sayısı yarıya indirgenir , ikincisinde ise her bir kromozomdaki kromatidler birbirinden ayrılır. Bu her iki bölünme döneminde de Mitozdaki gibi PROFAZ, METAFAZ, ANAFAZ ve TELOFAZ safhaları görülür. Bunlarda birinci bölünme dönemindekiler PROFAZ-1, METAFAZ-1, ANAFAZ-1 ve TELOFAZ-1 , ikinci bölünme dönemindekiler ise PROFAZ-2 , METAFAZ-2 , ANAFAZ-2 ve TELOFAZ–2 olarak adlandırılır. Şimdi bu safhaları ayrıntılı olarak inceleyelim.

a)İnterfaz: Mitoz bölünmede olduğu gibidir.
b)Profaz-1: Mitozun profazına benzer yalnız ondan bazı farkları vardır.
i- Homolag kromozomların her bir çifti yan yana gelir. Her bir homolog kromozomdaki ikiz kromatidler mitozda olduğu gibi yalnız sentromerle değil aynı zamanda her bir kromatidin bütünü boyunca uzanan bir çift ince ve uzun protein çubukla birbirine birleşmiştir.
ii- Homolog kromozomların oluşturduğu TETRAD adı verilen 4 kromatidli yapının bir arada tutulmasını sağlarlar.( İki kromatid homolog kromozomlardan birinde , ikisi ise diğerinde) Bu olaya da SİNAPSİS denir.
iii- Bu sırada ( yani homolog kromozomların yan yana gelmesinden sonra) KROSSİNG-OVER başlar.
Homolog kromozomlardaki tetrad halinde bulunan kromatidler arasındaki parça değişimi sonucunda HİBRİD KROMATİDLER( Anne ve babadan gelen kromatidlerden parça değişimi ile oluşan kromatidlere hibrid kromatid denir.) meydana gelir. Hibrid kromatidlerin üst üste gelip kesiştikleri noktalara da KİYAZMA denir ve her bir kiyazma bir krossing-over’ a işaret eder.

Krossing-over olayı çok sık meydana gelen , organizasyonu oldukçu kompleks olan ve biyolojik çeşitlilik için gerekli olan bir mekanizmadır.
Profaz-1’in sonuna doğru iğ iplikleri belirmeye başlar. Yalnız buradaki ?????? iğ ipliklerinin mitozdakinden farklılıkları vardır.
c)Metafaz-1: Bu safhada herbiri iki hibrid kromatidden meydana gelmiş olan homolog kromozomlar tek bir bütün halinde hücrenin ekvator tablasına hareket ederler. Yani bu yapı tetrat halindedir.
d)Anafaz-1: Profaz-1’in ortalarında (zigotende) birbirleriyle yan yana gelerek kaynaşan homolog kromozomlar bu safhada birbirinden ayrılır.
e)Telofaz-1: Mitozdaki telofaz safhasına çok benzer. Yalnız tek fark mitozla meydana gelen hücrelerin çekirdeklerindeki kromozom sayıları ana hücredeki kromozom sayısına eşit olmasına karşılık, mayozda bu sayı ana hücredekinin yarısı kadardır.
f)Profaz-2 , Metafaz-2 , Anafaz-2 ve Telofaz-2 : Mekanizma olarak mitozun profaz, metafaz , anafaz ve telofaz safhalarına benzer. Yalnız fonksiyon bakımından ortaya çıkan sonuçlar oldukça farklıdır. Kromatidler kutuplara doğru hareket ederler, daha sonra da hibrid kromatid kromozomlarını meydana getirirler. Böylece Telofaz-2 sonunda teşekkül eden bu hücreler haploid kromozomlu olurlar.

4.MİTOZ İLE MAYOZ ARASINDAKİ FARKLAR
1. Mitoz soma hücrelerinde , mayoz eşey hücrelerinde meydana gelmektedir.
2. Mayoz ve özellikle de profaz-1 safhası, mitozdaki profazdan çok uzundur.
3. Mitozun profazı sonunda her bir sentromerden meydana gelen kinetokor iğ iplikleri her iki kutba doğru yöneliktir. Mayozda ise profaz-1’de meydana gelen aynı iğ iplikleri her bir homolog kromozomdan yalnız bir kutba dğru yönelir.
4. Mayoz bölünmeni profaz-1 safhasında homolog kromozomların eşlesi ve bunun sonucunda Krossing-over meydana gelir. Mitoz bölünmede böyle bir olay yoktur.
5. Mitozun metafazında ikiye ayrılmış olan (dublike olmuş olan) her bir kromozomdaki iki kromatid kromozomundan her biri ayrı ayrı iğ ipliklerine takılır. Mayozun metafaz-1 safhasında ise yan yana gelerek tetrad yapmış homolog kromozomların herbiri ayrı ayrı olarak kutupsal iğ ipliklerine takılır.
6. Mitozun anafazında kutuplara giden kromozomlar tek kromatid kromozomları halinde, mayozun anafaz-1’inde ise hibrid-ikiz kromatid kromozomları halindedir.
7. Mitoz sonunda iki, mayoz sonunda dört oğul hücre meydana gelir.
8. Mitoz sonunda meydana gelen oğul hücrelerdeki kromozom sayısı diploid(2n) mayozda ise haploid (n)’dir.