400100710011-Bitki Hücre Biyolojisi
Prof. Dr. Ali ERGÜL
Ankara Üniversitesi, Biyoteknoloji Enstitüsü
http://biotek.ankara.edu.tr/
HAFTA-1 Bitki Hücre Biyolojisine Giriş-Bitki Hücre Biyolojisinde Temel Kimya Prensipleri HAFTA-2 Biyomoleküller
HAFTA-3 Hücresel Membranların Yapısı ve Fonksiyonları, Subcellular (Hücre içi) Organellerin Yapısı ve Fonksiyonları
HAFTA-4 Biyomoleküllerin Membranlar Arası Hareketi-I HAFTA-5 Biyomoleküllerin Membranlar Arası Hareketi-II HAFTA-6 Bitkilerde Mitoz-Mayoz Bölünme
HAFTA-7 Mendel Genetiği-I HAFTA-8 Mendel Genetiği-II HAFTA-9 Protein Sentezi-I HAFTA-10 Protein Sentezi-II
HAFTA-11 Kloroplast, Mitokondriyal Protein Sentezi HAFTA-12 Fotosentez
HAFTA-13 Bitki Hormonları HAFTA-14 Sinyal İletimi
HAFTA 3:
Hücresel Membranların Yapısı ve Fonksiyonları, Subcellular (Hücre içi) Organellerin Yapısı ve
Fonksiyonları
Hücresel Membranların Yapısı Ve Fonksiyonları
• Transmission elektron mikroskopu (TEM), biyokimyasal metodlar ile birlikte bitki hücrelerindeki organellerin fonksiyonlarının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Bununla birlikte bu teknikler organellerin yapısı ve fonksiyonunun ilişkilendirilmesinde de yaygındır.
• Bilinen fluid-mozaik membran (akıcı-mozaik zar modeli) modeline göre; hücresel membranlar lipid bariyerleri arasında bulunmaktadır.
İntegral proteinler is bu bariyerlerin içinden geçmektedir. Bu proteinlerin gömülü kısımları hidrofobik özellikte iken dışta kalan kısımları ise hidrofiliktir.
Hücresel Membranların Yapısı ve Fonksiyonları
• Membranların yapısı hücreler arası ve organeller arası farklılık gösterebilmektedir.
• Membranlar temel olarak hücrenin iç yapısını dış ortamdan ayırmakta ve de hücre içinde bulunan organelleri sitoplazmadan ayırmaktadır.
• Bu sayede membranlar hücre içinde vizköz yapıda olmakta, başka bir deyişle esnek özellik göstermektedir.
Hücresel Membranların Yapısı ve Fonksiyonları
• Endomembran (Hücre içi zar sistemi):Günümüzde endoplazmik retikulumun, Golgi aparatının ve hücre yüzeyinin fonksiyonel olarak endomembran sistemini kapsadığı varsayılmaktadır. Yapılan biyokimyasal araştırmalarda, bu elementler arasında bağlantılar, veziküler ve geçiçi membran formlarını içermektedir.
• İlkin Hücre Duvarı (Primary Cell Wall):Bitki hücre duvarı orta lamella (interselüler), ilkin hücre duvarı ve sekonder hücre duvarı içermektedir. İlkin hücre duvarı ince (1-3µm arasında) ve elastik özelliktedir. Yapısında, selüloz, hemiselüloz, pektin ve glikoprotein içermektedir. Bu yapı hücre şeklinin oluşturulmasında, mekanik güç kazanımında ve hücre içi sinyal mekanizmasında görev yapmaktadır.
Hücresel Membranların Yapısı ve Fonksiyonları
• Sekonder Hücre Duvarı: İlkin duvarın üstünde sekonder hücre duvarı yer almaktadır. S1, S2 ve S3 olmak üzere 3 farklı tabakaya sahiptir.%25 oranında lignin içerebilmektedir.
• Sekonder hücre duvarındaki selüloz miktarı, ilkin hücre duvarına oranla daha yoğundur.
• Sekonder çeperler genellikle hücre genişlemesi durduktan sonra birikmektedir.
Hücresel Membranların Yapısı ve Fonksiyonları
• Plasmodesmata: Bitkilerde, hücre duvarındaki gözenekleri birbirine bağlayarak, her bir hücrenin ona yakın hücreler ile iletişim kurmasında görevlidir. Bunlara sitoplazmik iplikçiklerde denilebilir. Bu yapılar çok ince oldukları için boyanarak görünebilmektedir.
• Plazmelamma: Bitki hücre membranını dıştan kaplayarak sınırlandıran yapıdır. Özellikle hücre duvarı selülozik mikrofilamentlerin kordinasyonunda, hücre gelişimi ve farklılaşmasında, çevresel ve hormonal sinyallerin transportunda görevlidir.
Plastidler
• Bitki hücreleri çok çeşitli sayıda plastid içermektedir. Plastidler gelişim seviyelerine ve içerdikleri pigment miktarlarına göre sınıflandırılmaktadır. Klorofile sahip oldukları için yeşil renkli olan kloroplastlar da plastidler olarak bilinmektedir.
• Kloroplastlar fotosentezde görev almakta ve sahip olduğu ribozomlar ile protein sentezi yapabilmektedirler. Ayrıca yeşil alglerde bulunan kloroplastlar küçük yağ molekülleri ve DNA içerebilmektedir.
• Kloroplastlar disk şekilli olup, diskler üst üste dizili yapılar halinde düzenlenmiştir. Bu durum granum olarak bilinmektedir. Kloroplastın içini dolduran renksiz madde ise stroma olarak tanımlanmaktadır.
Plastidler
• Karatenid içeren kromoplastlar ise pigmentleşmiş olup, genellikle yapraklarda, meyvelerde ve bazı bitkilerin köklerinde bulunmaktadır.
Kromoplastlar hayvan ve böcekleri bitkiye çekmektedir.
• Lökoplastlar, renksiz plastidlerdir. Bitkinin kök, tohum gibi organlarda bulunmaktadır. Bazı leköplastlar protein içerebilmektedir.
• Proplastidler, küçük, renksiz ve farklılaşmamış plastidlerdir.
Genellikle köklerdeki meristematik hücrelerde bulunmaktadır.
Çekirdek
• Çekirdek hücrenin genetik materyalini içerdiği için, hücrenin canlılığında büyük önem taşımaktadır. Çekirdeğin büyüklüğü ve morfolojik özellikleri dokular arası farklılık gösterebilmektedir.
• Yaygın olarak hücre merkezinde yerleşmiş vaziyettedir. Çekirdek nükleoplazma içinde kromatin içermektedir. Kromatin DNA ve bazı proteinlerden (Histon proteinleri) oluşmaktadır.
Mitokondri
• Bu organel iki katlı iç ve dış membran, membranlar arası boşluk, matriksler ve kristalarden oluşmaktadır. Dış membran, spesifik transport proteinlerine sahiptir.
• Dış membran bazı küçük moleküller için geçirgen özellikte olabilir.
Mitokondri
• Bu membran KREBS döngüsünde büyük öneme sahip moleküllere ait bazı enzimleri içermektedir. İç membran ise kıvrımlı görünüme sahip olup, seçici geçirgen özelliktedir. Önemli enzimler bu iç membranda yer almaktadır.
• İç membranda bulunan enzimler matriksde bulunan enzimler ile birlikte görev yaparak, ATP sentezlenmektedir. Mitokondride nükleustan farklı bir DNA bulunmakta ve mitokondrilerin çoğalmasını sağlamaktadır.
Endoplazmik Retikulum (ER)
• ER üç boyutlu membran sistemine sahip bir organeldir. Şekli ve yoğunluğu değişkenlik göstermektedir.
• Endoplazmik retikulum üzerinde ribozom (15-20nm) bulunuyorsa, granüllü ER, bulunmuyor ise granürsüz ER şeklinde ifade edilir.
Hücrede granürsüz ER temel olarak hücreler arası iletişim sisteminde görev almaktadır. Granürlü ER ise protein sentezi ile ilişkilidir.
Golgi Aparatı
• Bitki hücrelerinde fazla sayıda görülen Golgi, birbirine paralel konumlanmış 4-6 sisternadan (Tekli-membran-ilişkili kese) oluşmaktadır. Temel görevi;
1. Salgı maddelerinin sentezi- taşınması 2. Hücre içi iletişimin sağlanması
3. Endoplazmik retikulum ile diğer organeller arasında ilişkinin sağlanması
4. Lizozomun (sindirim keseciği) oluşturulması’dır.
• Bitki hücrelerinde, Golgi aparatı özgün golgi yığınları olarak bölünmüş durumda sitoplazmda bulunabilir.
• Hayvan hücrelerinde ise perinüklear (çekirdeği çevreleyen) pozisyonda bulunmaktadır.
Vakuol
• Membran bağlı bir organel olup, hücre öz suyu ile dolu haldedir.
Vakuoller vakuol membranı olan tonoplast ile kaplı haldedir.
• Son yapılan araştırmalara göre bitki vakuolleri ile lizozomların benzer olduğu belirtilmektedir. Vakuoller bitkide Turgor basıncını arttırarak doku esnekleğinin sabit tutulmasında rol alırlar.
• Tohum ve CAM bitkileri için sayısız komponent depolamaktadırlar.
Ayrıca hücrede toksik özellikte olan ikincil ürünlerin uzaklaştırılmasında görevlidir.
Ribozom
• Yaklaşık 17-23nm çapa sahip küçük organellerdir. Hücre içinde ribozomlar ayrı ayrı bulunabildiği gibi, protein sentezinde yan yanan grup halinde, Poliribozom şeklinde de bulunabilirler.
• Ribozom 2 alt birimden oluşmaktadır. Bunlardan 80S ribozom; 30S (16s rRNA ve 21 protein) ve 50S (23S, 5S RNA, proteinler ve peptidil transferaz enziminin katalitik bölgesi) alt ünitelerinden meydana gelmektedir.
• Ribozomlar protein sentezinden görevli bölgelerdir.
Hücre İskeleti
• Hücre iskeleti protein filamentlerinden oluşmaktadır. Bu filamentlerden Mikrotübüller uzun yaklaşık 25nm çapında silindirik yapılardır.
• Uzunlukları değişkenlik gösterebilmektedir.
• Mikrofilamentler ise yaklaşık 5-7nm çapında, filament aktinlerinden oluşmaktadır.
• Mikrotübüller tübulin adı verilen bir proteinden oluşmaktadır.
Hücre İskeleti
• Tubulin, α-tubulin ve β-tubulin olarak iki polipeptidden oluşan bir hetero dimerdir. Protofilament içinde bu heterodimerler α-β-α- β olacak şekilde birbirlerine eklenirler. Bunun sonucunda meydana gelen 13 protofilament silindir şeklinde mikrotübülleri oluşturmaktadır.
Mikrotübüller polar yapısındadır ve pozitif, negatif uçlara sahiptir.
• Mikrotübül Fonksiyonları:
• Hücre duvarının gelişmesi
• Hücre şekli formasyonu
Hücre İskeleti
• Mikrobadiler: Küresel şekilli ve 0.1-2.0µm çapında ve tek zarla çevrili organelledir. Özelleşmiş mikrobadilerden glikozomlar (0.5- 1.5µm) glioksilat döngüsü için gerekli enzimlere sahiptirler.
Glikozomlar endosperm ve kotiledonlar olmak üzere yağlı tohumlarda bulunmaktadır.
Ders Kapsamında Yararlanılan Kaynaklar
1. Hücrenin Moleküler Biyolojisi, 2008, Alberts ve ark. ISBN:
9789944252225.
2. Plant Biology (Editors: A.J. Lack and D.E. Evans) 2001. School of Biological and Molecular Sciences, Oxford Brookes University, Oxford, UK.)
3. Plant Cell Biology (Editors: William V. Dashek, Marcia Harrison) 2006.
4. Regulation of Gene Expression in Plants The Role of Transcript Structure and Processing (Editors:Carole L.Bassett).
