Sitoplazma

Sitoplazma içinde pek çok organel ve yapı yer almış bulunmaktadır. Bu organel ve yapıları aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.

32 Endoplazmik retikulum (ER)

Ribozomlar Mitokondriler

Golgi organeli (Golgi cisimciği) Lizozomlar

Peroksizomlar (Mikro cisim) Sentriol

Plazma membranı ile çevrili sitoplazma, sulu bir çözelti olan sitosol ve çeşitli çözünmüş parçacıklardan oluşur. Sitoplazma basit seyreltik sulu bir çözelti değildir. Sitoplazma karmaşık içerikli jele benzer çok yoğun bir sıvıdır. Sitoplazmada çeşitli makromoleküller ve binlerce küçük organik molekül bulunmaktadır. Metabolitler adı verilen bu küçük moleküllerden aminoasitler ve mononükleotidler gibi bazıları hücrelerde yapı taşı olarak görev yapmaktadırlar. Sitoplazmanın sitosolünde pek çok metabolik olay meydana gelmektedir. Örneğin glikoliz metabolik yolu sitoplazmanın sitosolünde gerçekleşir. Glikolizde glukoz molekülü 10 enzimatik reaksiyon basamağında pirüvata dönüşmektedir

Sitoplazmada çözünmüş olarak; pek çok enzim ve koenzimler, RNA ve enerji transferinde rol oynayan ATP ve ADP de bulunmaktadır. Sitosolde aynı zamanda K⁺, Mg⁺², Ca⁺², Cl^-, HCO3^- gibi bazı önemli inorganik iyonlarda bulunmaktadır. Bazı ökaryotik hücre sitoplazmalarında özellikle karaciğer ve kas hücrelerinde bulunan glikojen granülleri, enerji deposu olarak görev yaparlar. Bazı ökaryotlarda yağ damlalarına da rastlanmaktadır.

2.3.1.2.1. Endoplazmik retikulum (ER)

Endoplazmik retikulum proteinlerin ve lipitlerin sentezini düzenler. Hemen hemen bütün ökaryotik hücrelerde, membrandan başlayarak çekirdeğe doğru yerleşmiş girintili çıkıntılı (labirentli) membran kanallarıdır. ER içerisinde etrafı bir membranla çevrili keseciklere (veziküllere) sisterna adı verilmektedir. Sisternalar çoğu zaman hücre içine giren maddelerin kanallar boyunca taşınmasını sağlamaktadır. Bazı hücrelerde de hücresel materyalin depolanma bölgesi olarak görev yapmaktadır. İnsülin hormonu salgılayan pankreatik hücreler gibi protein salgılamak için özelleşmiş hücrelerde ER özellikle dikkat çekicidir (Şekil 2.9.).

Kaba (granüllü) ER üzerinde ribozomlar bulunmaktadır. Hücre dışına verilecek proteinlerin sentezini yapan ribozomlar, ER dış yüzeyine bağlanır ve sentezlenen salgı proteinleri E.R. sisternaları içine gönderilir (Şekil 2.9.). Lizozomlar içine sevk edilecek sindirim enzimleri ve plazma membranının yapısına girecek olan proteinler de ER üzerindeki ribozomlarda sentezlenir. Sitosol içinde kullanılacak ve işlev görecek proteinler ise, ER bağlantılı olmayan (serbest) sitoplazmik ribozomlarda sentezlenir.

33

Hücrenin diğer kesimlerinde ribozom taşımayan düz endoplazmik retikulum bulunur. Fiziksel olarak granüllü (kaba) ER nin devamı olan düz ER’ler, lipidlerin, bazı ilaç ve toksik bileşiklerin metabolizmalarını da içine alan diğer önemli süreçlerin gerçekleştiği yerlerdir. Bazı dokularda; örneğin iskelet kasında, düz ER Ca+2 iyonlarının depolanması ve hızlı salınması için özelleşmiştir. Ca+2 salınımı, kas kasılması gibi birçok hücresel olayın tetikleyicisidir.

2.3.1.2.2. Ribozomlar

Ribozomlar hücrede protein sentezinin yapıldığı merkezlerdir. Ribozomlar yapı bakımından supramolekül fakat işlev bakımından organeldir. Ribozomlar, protein ve ribozomal RNA’dan meydana gelmiş bir yapı olup iki alt ünitesi bulunmaktadır. Prokaryotik hücrelerde ribozomun % 65’i ribozomal RNA’dan, % 35’i proteinden meydana gelmiştir. E.

coli hücresinde yaklaşık 15 bin ribozom bulunmaktadır.

Proteinlerin sedimentasyon hızı 1–20S iken; nükleik asitlerin 4–100S’ dir. 1x10 -13 saniyelik sedimentasyon hızı 1S (Swedberg ünitesi; S) dir.

E. coli hücresinde bütün bir ribozomun uzunlamasına boyu 18 nm ve 2.8 milyon

dalton molekül ağırlığında olup sedimentasyon (çökelme) hızı 70S’dir. Ribozomunun büyük alt ünitelerinin sedimentasyon hızı 50S ve molekül ağırlığı 1.8 milyon daltondur. Küçük alt ünitelerinin sedimentasyon hızı 30S ve molekül ağırlığı 1 milyon daltondur (Şekil 2.10.).

Ökaryotik hücrelerde ribozomların uzunlamasına boyları 22 nm, sedimentasyon hızları 80S ve molekül ağırlıkları 4 milyon Dalton’dur. Türden türe farklılık göstermekle birlikte genellikle büyük alt ünite 60S, molekül ağırlığı 2.7 milyon dalton ve küçük alt ünite ise 40S, molekül ağırlığı 1.3 milyon Dalton’ dur.

34

Prokaryotik Ribozom Organeli Ökaryotik Ribozom Organeli

Şekil 2.10. Prokaryotik ve ökaryotik hücre ribozomlarının alt ünite yapıları, ribozomal RNA çeşitleri ve protein sayısı

2.3.1.2.3. Mitokondriler

Mitokondriler, aerobik ökaryot hücrelerin enerji santrallarıdır. Mitokondriler hücrede bulunan ikinci büyük organeldirler. Mitokondriler, bütün bitkisel ve hayvansal hücrelerde bulunmaktadırlar. Mitokondrilerin boyları, şekilleri, sayıları ve hücrede bulunduğu bölgeler türden türe, hücreden hücreye farklılık göstermektedir. Genellikle uzun bir kavunu andırmaktadırlar ve çapları 0.5–1 μm, uzunlukları ise 1–10 μm kadardır (Şekil 2.11.). Örneğin ökaryotik hücrelerden sperma hücresi ve maya hücresi yalnızca birkaç büyük mitokondriye sahipken, kalp kası hücresinde binlerce mitokondri bulunmaktadır.

18 nm 50S 1,8 milyon dalton 70S 2,8 milyon dalton 30S 1 milyon dalton 5S rRNA 16S rRNA 23S rRNA 34 çeşit protein 21 çeşit protein 60S 2,7 milyon dalton 40S 1,3 milyon dalton 5S rRNA 5,8S rRNA 28S rRNA 20 – 22 nm 80S 4 milyon dalton 18S rRNA 29 çeşit protein 39 çeşit protein

35

Şekil 2.11. Mitokondrinin yapısı

Her mitokondride başlıca iki membran bulunmaktadır (Şekil 2.11.). Dış membran düzdür ve mitokondriyi tamamen sarmıştır. Dış membran, fosfolipid ve kolesterolce zengin iki tabaka lipit ve aynı orandaki proteinden meydana gelmiştir. Dış membran yapısındaki proteinlerin bazıları enzim aktivitesi göstermektedir. Örneğin; Yağ asidi zinciri uzama sistemi enzimleri dış membranda yer almaktadır.

İç membran mitokondri içine doğru bir takım çıkıntı ve kıvrımlar yapmıştır. Bunlara krista adı verilmektedir. Elektron taşıma sistemi (ETS) ve oksidatif fosforilasyon olayını başaran enzimler, iç membran ve krista üzerinde bulunmaktadır. Dış ve iç membranlar arası bölgede de bazı enzimler bulunmaktadır.

Mitokondrinin içi viskoz ve yarı koloidal bir sıvı ile doludur ve matriks adını almaktadır. Matriks de DNA, RNA ve enzimler bulunmaktadır. Mitokondri matriksinde TCA çevrimi (trikarboksilli asit çevrimi) ve yağ asitlerinin oksidasyonu enzimleri yer almış bulunmaktadır. Her mitokondrinin kendi DNA, RNA ve ribozomları vardır. Mitokondri ve kloroplast ribozomları genel yapı ve büyüklük bakımından, RNA dizileri yönünden ökaryot hücrelerin ribozomlarından çok bakterilerinkine benzemektedir. Eğer bu ribozomlar gerçekten erken dönem bakterilerin torunları ise, serbest yaşayan bakteri atalarında bulunan genlerin bir kısmı evrimin akışı içinde konakçı ökaryot hücrenin çekirdek DNA’sına transfer edilmiş olmalıdır.

Mitokondri enzimleri oksijenli solunumla organik bileşiklerin CO2 ve H2O’ya yükseltgenmelerini katalizler. Bu enzimlerin bazıları mitokondri iç membranında bazıları da

36

matriksde bulunmaktadır. Mitokondrilerdeki oksidasyonla salınan enerji, hücrelerin başlıca enerji taşıyan molekülü olan ATP’ nin sentezinde kullanılır. Aerobik hücrelerde mitokonriler, ATP’nin başlıca üretim yeridir. ATP hücrenin diğer kısımlarına geçerek hücresel iş için gerekli serbest enerjiyi sağlar. Hücreler ATP enerjisini; mekanik iş, biyosentez ve taşıma işi vb. olaylarında kullanılır.

Ökaryotik hücrelerdeki genetik bilginin tamamı kromozomal DNA tarafından taşınmaktadır. Mitokondri DNA’sı tarafından kodlanan ve yine bu bölgede sentezlenen proteinler, mitokondri proteinlerinin % 5’ ini teşkil eder. Mitokondri DNA’sı mitokondri iç membranına özgü bazı proteinleri şifreler. Mitokondriler, lizozomlar ve golgi organelinin aksine daha önce var olan mitokondrilerin bölünmesiyle meydana gelir.

2.3.1.2.4. Golgi organeli (Golgi cisimciği)

Bu organele, tanımlayıcısının adından dolayı golgi organeli denilmektedir. Golgi organeli proteinleri işler ve ayırır. Tüm ökaryot hücrelerinin yassı yığınlar şeklinde dizili, keseler (veziküllerden) sisteminden oluşan golgi organelleri vardır. Golgi organeli, endoplazmik retikulumun devamı gibi görülmekte ve endoplazmik retikulumdan meydana geldiği kabul edilmektedir. Kaba (granüllü) endoplazmik retikuluma bağlı ribozomlarda sentezlenen proteinler, ER sisternasının lümenine (iç kesimine) geçer. Yeni sentezlenen bu proteinleri içeren küçük veziküller ER’ den koparak golgi organelinin cis yüzüyle kaynaşır. Proteinler golgi organelinin içinden geçip trans yüzüne ulaşırken organelin içindeki enzimler, protein moleküllerinin değişikliğe uğramalarına neden olur. Proteinler golgi organelinde depo edilip paketlenmekte ve üç boyutlu yapılarını burada kazanmaktadırlar. Proteinler üç boyutlu yapılarını kazanmadan biyolojik aktivite gösteremezler. Sentezlenen proteinler olgun salgı granülleri haline geldikten sonra etrafı tek katlı bir membranla çevrili taşıma vezikülü içinde golgi organelinin trans yüzünden ayrılan proteine gideceği yerin adresi verilir. Bazı proteinler taşıma vezikülleri içinde kalır ve sonundan egzositozla hücreden ayrılır. Diğer bazı proteinler ise lizozom gibi hücre içi organellere ya da hücre büyümesi sırasında plazma membranının yapısına katılır. Golgi organeli özellikle salgı yapan hücrelerde (pankreatik hücreler) çok sayıda bulunmaktadır.

2.3.1.2.5. Lizozomlar

Lizozomlar hücrenin sindirim merkezleridir. Sitoplazmada etrafı bir membranla çevrili ve çapları 0,4-0,9 μm arasında değişen kesecikler (veziküller) bulunmaktadır. Hidrolitik ve yıkıcı enzimleri içeren bu keseciklere lizozom adı verilir. Lizozomların, Golgi organelinden meydana geldiği kabul edilmektedir. Lizozom bütün hayvansal hücrelerde özellikle karaciğer,

37

böbrek ve akyuvar (lökosit) lerde bulunur, sadece alyuvar (eritrosit) lerde bulunmaz. Lizozomların içinde bulunan; proteazlar, nükleazlar, glikozidazlar, lipazlar, fosfolipazlar ve fosfatazlar gibi enzimler sırasıyla proteinlerin, nükleik asitlerin, polisakkaritlerin, lipidlerin, fosfolipidlerin ve fosfatların hidrolizini katalizlemektedirler. Bu enzimler hücrede bulunmasına ihtiyaç duyulmayan maddeleri hidrolizleyerek daha küçük molekülleri oluşturur ve tekrar sitoplazmaya aktarırlar. Kısaca lizozomlar hücrenin sindirim merkezleridir.

İnsanlarda rastlanan genetik bir hastalık (Tay–Sachs hastalığı) lizozomların fonksiyon bozukluğundan ileri gelmektedir. Bu hastalığı taşıyan kimselerde lipid hidroliz eden enzimlerde (lipaz, fosfolipaz) bir bozukluk vardır. Bu bozukluk sonucu olarak, beyin ve diğer dokularda lipid birikimi olmaktadır ve bunun sonucu zeka geriliği ortaya çıkmaktadır.

Akyuvarların (lökositlerin) görevi enfeksiyon ile savaşmak ve enfeksiyonu önlemektir. Bütün akyuvarlar kemik iliğinden sentezlenir. Nötrofiller, monositler ve makrofajların ana görevleri fagositozla ilgilidir (Nötrofiller: Nötür boyalara afinite gösteren hücre veya dokular, Monositler: Akyuvarların en büyüğü (12-25 𝜇m çaplı), çekirdeği tekdir. Normal kanda lökositlerin % 4-10 u arasında bulunur). Bu hücrelerde, içlerine aldıkları maddeleri düşük molekül ağırlığındaki bileşiklere parçalayan lizozomlar bulunur. Hastalık yapan (patojen) bakteriler veya virüsler fagositozla hücre içine alındığında lizozomlarda hidrolitik ve yıkıcı enzimler tarafından parçalanırlar (Şekil 2.12.).

Şekil 2.12. Lizozomlar ile sindirim. (a) Hücre bileşenlerinin örneğin, hücre membranının sindirimi, (b) Hücre dışı maddelerin örneğin, mikrobun sindirimi; aynı zamanda hücre membranının bir bölümümnün de sindirildiğine dikkat edilmelidir.

2.3.1.2.6. Peroksizomlar (Mikro cisimleri)

Hemen hemen bütün hücrelerde, oksidatif fonksiyon gören ve bir membranla çevrili, çapları 0,3–1,5 μm arasında değişen veziküllere peroksizom denir. H2O2’i yıkan enzimi içerdiği için peroksizom adını almıştır. Peroksizomlar içinde bulunan proteinlerinin % 40’ını H2O2’in parçalanmasını katalizleyen katalaz enzimini oluşturmaktadır.

38

2H2O2 2H2O + O2

Mitokondri iç membranında, elektron taşıma sisteminde (ETS), elektronların O2’e aktarılması her zaman tam olmaz ve oksijenin kısmi indirgenmiş ürünleri olan süperoksit radikali (O2^.-) ve H2O2 oluşur.

Hücre içindeki yükseltgenme reaksiyonları moleküler oksijenin H2O2’ye dönüşmesini sağlar. H2O2, hücrenin bütün makromoleküllerini yükseltgeyerek biyolojik aktivitelerini yok (inaktive) eder. Katalaz enzimi, makromolekülleri H2O2’in yıkıcı etkisinden korur. Peroksizomlar görevlerini yapamazsa; oksijen radikalleri ve H2O2, hücreye zarar verirler. Böylece hücrenin yaşlanmasına ve kanser oluşumuna neden olurlar.

Glioksizomlar, bazı bitki hücrelerinde bulunan özelleşmiş peroksizomlardır. Glioksizomlar, tohum çimlenmesi sırasında yağları, karbohidratlara çeviren bazı bitkilerde glioksilat çevrimi metabolik yolunun enzimlerini bol miktarda içerir. Lizozomlar, peroksizomlar ve glioksizomlar mikro yapılar olarak bilinir.

2.3.1.2.7. Sentriol

Hayvan ve bazı ilkel bitki hücreleri nükleusu yanında veya nükleusa bitişik koyu boyanan sentriol adı verilen iki küçük organele sahiptirler. Sentrioller hücre bölünmesi sırasında kutuplara çekilerek iğ ipliklerinin tutunmasını sağlamaktadırlar. İğ iplikleri diğer uçları ile de kromozomlara yapışarak kutuplara doğru çekilmesini sağlamaktadırlar.