Hücre Biyolojisi) - Cell (biology)

Hücre
Soğan ( Allium cepa ) hücre döngüsünün farklı evrelerindeki kök hücreleri ( EB Wilson , 1900 tarafından çizilmiştir )
Bir ökaryotik hücre (solda) ve prokaryotik bir hücre (sağda)
tanımlayıcılar
ağ	D002477
NS	H1.00.01.0.00001
FMA	686465
Anatomik terminoloji [ Wikidata'da düzenle ]

Hücre (dan Latince cellula  'küçük bir oda') 'in yapısal ve fonksiyonel birim yaşam . Her hücre, proteinler ve nükleik asitler gibi birçok biyomolekül içeren bir zar içine alınmış bir sitoplazmadan oluşur .

Çoğu bitki ve hayvan hücresi, boyutları 1 ile 100 mikrometre arasında olan  bir ışık mikroskobu altında yalnızca görülebilir . Elektron mikroskobu , çok ayrıntılı hücre yapısını gösteren çok daha yüksek bir çözünürlük sağlar. Organizmalar tek hücreli ( bakteriler gibi tek bir hücreden oluşur ) veya çok hücreli (bitkiler ve hayvanlar dahil ) olarak sınıflandırılabilir . Çoğu tek hücreli organizmalar olarak sınıflandırılır mikroorganizmaların . Bitki ve hayvanlardaki hücre sayısı türden türe değişir; İnsan vücudunun yaklaşık 40 trilyon TL (4 x 10 içerdiğini yaklaştırılmış ¹³ ) hücreler. Beyin bu hücrelerin yaklaşık 80 milyarından sorumludur.

Hücre biyolojisi , 1665 yılında Robert Hooke tarafından keşfedilen ve onları bir manastırda Hıristiyan keşişlerin yaşadığı hücrelere benzerliklerinden dolayı adlandıran hücrelerin incelenmesidir . İlk olarak 1839'da Matthias Jakob Schleiden ve Theodor Schwann tarafından geliştirilen hücre teorisi , tüm organizmaların bir veya daha fazla hücreden oluştuğunu, hücrelerin tüm canlı organizmalarda temel yapı ve işlev birimi olduğunu ve tüm hücrelerin önceden var olduğunu belirtir. mevcut hücreler. Hücreler yaklaşık 4 milyar yıl önce Dünya'da ortaya çıktı.

Hücre Türleri

Hücreler iki tiptir: bir çekirdek içeren ökaryotik ve çekirdeğe sahip olmayan ancak bir nükleoid bölgesi bulunan prokaryotik hücreler . Prokaryotlar tek hücreli organizmalardır , ökaryotlar ise tek hücreli veya çok hücreli olabilir .

Prokaryotik hücreler

Tipik bir prokaryotik hücrenin yapısı

Prokaryotlar dahil bakteri ve archaea'yı , iki , üç yaşam alanlarının . Prokaryotik hücreler, hücre sinyalleri de dahil olmak üzere hayati biyolojik süreçlere sahip olmaları ile karakterize edilen, Dünya'daki ilk yaşam biçimiydi . Ökaryotik hücrelerden daha basit ve küçüktürler ve bir çekirdekten ve diğer zara bağlı organellerden yoksundurlar . DNA, bir prokaryotik hücrenin tek oluşur dairesel kromozom ile doğrudan temas halinde olan sitoplazma . Sitoplazmadaki nükleer bölgeye nükleoid denir . Çoğu prokaryot, çapı 0,5 ila 2,0 μm arasında değişen tüm organizmaların en küçüğüdür.

Bir prokaryotik hücrenin üç bölgesi vardır:

• Hücreyi çevreleyen hücre zarfıdır - genellikle bir hücre duvarı ile kaplanmış bir plazma zarından oluşur ve bazı bakteriler için ayrıca kapsül adı verilen üçüncü bir tabaka ile kaplanabilir . Çoğu prokaryot hem hücre zarına hem de hücre duvarına sahip olsa da, Mycoplasma (bakteri) ve Thermoplasma (arke) gibi yalnızca hücre zarı katmanına sahip olan istisnalar vardır . Zarf hücreye sertlik verir ve hücrenin içini çevresinden ayırarak koruyucu bir filtre görevi görür. Hücre duvarı bakterilerde peptidoglikandan oluşur ve dış kuvvetlere karşı ek bir bariyer görevi görür. Ayrıca hücrenin hipotonik bir ortam nedeniyle ozmotik basınçtan genişlemesini ve patlamasını ( sitoliz ) önler . Bazı ökaryotik hücreler ( bitki hücreleri ve mantar hücreleri) de hücre duvarına sahiptir.
• Hücrenin içinde, genomu (DNA), ribozomları ve çeşitli inklüzyonları içeren sitoplazmik bölge bulunur . Genetik materyal sitoplazmada serbestçe bulunur. Prokaryotlar, genellikle dairesel olan plazmit adı verilen kromozom dışı DNA elementlerini taşıyabilir . Bakteriyel plazmidler çeşitli türlerinde tanımlanmıştır doğrusal spiroket cinsinin üyeleri de dahil olmak üzere, bakteri, Borrelia , özellikle Borrelia burgdorferi Lyme hastalığı neden olur. Bir çekirdek oluşturmasa da, DNA bir nükleoidde yoğunlaşmıştır . Plazmitler, antibiyotik direnç genleri gibi ek genleri kodlar .
• Dışta, kamçı ve pili hücre yüzeyinden çıkıntı yapar. Bunlar, hücreler arasında hareketi ve iletişimi kolaylaştıran proteinlerden yapılmış yapılardır (tüm prokaryotlarda yoktur).

Tipik bir hayvan hücresinin yapısı

Tipik bir bitki hücresinin yapısı

ökaryotik hücreler

Bitkiler , hayvanlar , mantarlar , balçık küfleri , protozoa ve alglerin tümü ökaryotiktir . Bu hücreler tipik bir prokaryottan yaklaşık on beş kat daha geniştir ve hacim olarak bin kat daha fazla olabilir. Ökaryotların prokaryotlara kıyasla ana ayırt edici özelliği bölümlendirmedir : belirli aktivitelerin gerçekleştiği zara bağlı organellerin (bölmelerin) varlığı . Bunlar arasında en önemlisi , hücrenin DNA'sını barındıran bir organel olan hücre çekirdeğidir . Bu çekirdek ökaryota "gerçek çekirdek (çekirdek)" anlamına gelen adını verir. Diğer farklılıklardan bazıları şunlardır:

• Plazma zarı, kurulumdaki küçük farklılıklar dışında, işlev olarak prokaryotlarınkine benzer. Hücre duvarları mevcut olabilir veya olmayabilir.
• Ökaryotik DNA, kromozom adı verilen ve histon proteinleriyle ilişkili bir veya daha fazla lineer molekülde düzenlenir . Tüm kromozomal DNA, hücre çekirdeğinde depolanır ve sitoplazmadan bir zarla ayrılır. Mitokondri gibi bazı ökaryotik organeller de bir miktar DNA içerir.
• Birçok ökaryotik hücreler vardır kirpikli ile primer kirpikler . Birincil kirpikler kemosensasyon, mekanosensasyon ve termosensasyonda önemli roller oynar . Bu nedenle, her siliyer "çok sayıda hücresel sinyal yolunu koordine eden, bazen sinyallemeyi siliyer hareketliliğe veya alternatif olarak hücre bölünmesi ve farklılaşmasına bağlayan bir duyusal hücresel anten olarak görülebilir ."
• Hareketli ökaryotlar, hareketli kirpikler veya kamçı kullanarak hareket edebilir . Kozalaklı ağaçlarda ve çiçekli bitkilerde hareketli hücreler yoktur . Ökaryotik flagella, prokaryotlardan daha karmaşıktır.

Hücre altı bileşenleri

Prokaryotik veya ökaryotik olsun, tüm hücreler, hücreyi saran, içeri ve dışarı hareket edenleri (seçici olarak geçirgen) düzenleyen ve hücrenin elektrik potansiyelini koruyan bir zara sahiptir . Membranın içinde, sitoplazma hücre hacminin çoğunu kaplar. Tüm hücreler (haricinde kırmızı kan hücreleri , bir hücre nukleusa ve en organeller için maksimum alanı karşılamak için hemoglobin sahip) DNA , kalıtsal madde genleri ve RNA için gerekli bilgileri içeren oluşturmak çeşitli proteinler gibi enzimleri , hücrenin birincil makineleri . Hücrelerde başka tür biyomoleküller de vardır. Bu makale, bu birincil hücresel bileşenleri listeler , ardından işlevlerini kısaca açıklar.

Hücre zarı

Lipid çift katmanlı hücre zarının ayrıntılı diyagramı

Hücre zarı ya da hücre zarı, seçici geçirgen bir biyolojik zar , bir hücrenin sitoplazmasına çevreler. Hayvanlarda, plazma zarı hücrenin dış sınırı iken, bitkilerde ve prokaryotlarda genellikle bir hücre duvarı ile kaplıdır . Bu zar, bir hücreyi çevreleyen ortamdan ayırmaya ve korumaya hizmet eder ve çoğunlukla amfifilik (kısmen hidrofobik ve kısmen hidrofilik ) olan çift ​​katmanlı fosfolipidlerden yapılır . Bu nedenle, katmana bir fosfolipid çift katmanı veya bazen bir sıvı mozaik membran denir . Bu zarın içine gömülü olarak, hücrelerdeki evrensel salgı portalı olan porozom adı verilen makromoleküler bir yapı ve farklı molekülleri hücrenin içine ve dışına hareket ettiren kanallar ve pompalar gibi davranan çeşitli protein molekülleri bulunur. Zar yarı geçirgen ve seçici geçirgendir, çünkü bir maddenin ( molekül veya iyon ) serbestçe geçmesine izin verebilir, sınırlı bir ölçüde geçebilir veya hiç geçmeyebilir. Hücre yüzey zarları ayrıca hücrelerin hormonlar gibi harici sinyal moleküllerini algılamasına izin veren reseptör proteinleri içerir .

hücre iskeleti

Bir endotel hücresinin floresan görüntüsü. Çekirdekler mavi, mitokondri kırmızı ve mikrofilamentler yeşil renkle boyanmıştır.

Hücre iskeleti, hücrenin şeklini düzenlemek ve korumak için hareket eder; organelleri yerinde tutturur; endositoz , hücre tarafından dış maddelerin alınması ve hücre bölünmesinden sonra yavru hücrelerin ayrılması olan sitokinez sırasında yardımcı olur ; ve hücrenin parçalarını büyüme ve hareketlilik süreçlerinde hareket ettirir. Ökaryotik hücre iskeleti, mikrotübüller , ara filamentler ve mikrofilamentlerden oluşur . Bir nöronun hücre iskeletinde ara filamentler nörofilamentler olarak bilinir . Onlarla ilişkili çok sayıda protein vardır ve her biri filamentleri yönlendirerek, demetleyerek ve hizalayarak bir hücrenin yapısını kontrol eder. Prokaryotik hücre iskeleti daha az çalışılmıştır ancak hücre şeklinin, polaritesinin ve sitokinezin korunmasında rol oynar. Mikrofilamentlerin alt birim proteini, aktin adı verilen küçük, monomerik bir proteindir . Mikrotübüllerin alt birimi, tubulin adı verilen dimerik bir moleküldür . Ara filamentler, alt birimleri farklı dokulardaki hücre tipleri arasında değişen heteropolimerlerdir. Ancak ara filamentlerin bazı alt birim proteinleri arasında vimentin , desmin , lamin (laminler A, B ve C), keratin (çoklu asidik ve bazik keratinler), nörofilament proteinleri (NF-L, NF-M) bulunur.

Genetik materyal

Deoksiribonükleik asit (DNA)

İki farklı türde genetik materyal mevcuttur: deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA). Hücreler, uzun süreli bilgi depolamaları için DNA'yı kullanır. Bir organizmada bulunan biyolojik bilgi , onun DNA dizisinde kodlanmıştır . RNA, bilgi aktarımı (örneğin, mRNA ) ve enzimatik işlevler (örneğin, ribozomal RNA) için kullanılır. Transfer RNA (tRNA) molekülleri, protein translasyonu sırasında amino asitleri eklemek için kullanılır .

Prokaryotik genetik malzeme basit düzenlenmiştir dairesel bakteriyel kromozom içinde nükleoit bölge sitoplazma. Ökaryotik genetik materyal , genellikle mitokondri ve kloroplastlar gibi bazı organellerde ek genetik materyal ile ayrı bir çekirdeğin içinde kromozom adı verilen farklı, doğrusal moleküllere bölünür (bkz. endosimbiyotik teori ).

Bir insan hücresi , hücre çekirdeğinde ( nükleer genom ) ve mitokondride ( mitokondriyal genom ) bulunan genetik materyale sahiptir . İnsanlarda nükleer genom, 22 homolog kromozom çifti ve bir çift cinsiyet kromozomu dahil olmak üzere kromozom adı verilen 46 lineer DNA molekülüne bölünmüştür . Mitokondriyal genom, nükleer DNA'dan farklı dairesel bir DNA molekülüdür. Mitokondriyal DNA , nükleer kromozomlara kıyasla çok küçük olmasına rağmen, mitokondriyal enerji üretiminde yer alan 13 proteini ve spesifik tRNA'ları kodlar.

Yabancı genetik materyal (en yaygın olarak DNA), hücreye transfeksiyon adı verilen bir işlemle yapay olarak da dahil edilebilir . Bu, DNA hücrenin genomuna yerleştirilmediyse geçici olabilir veya varsa sabit olabilir. Bazı virüsler ayrıca genetik materyallerini genoma sokar.

organeller

Organeller , insan vücudunun organlarına benzer (kalp, akciğer ve böbrek gibi, her organın farklı bir işlevi yerine getirmesi gibi) bir veya daha fazla hayati işlevi yerine getirmek üzere uyarlanmış ve/veya özelleşmiş hücre parçalarıdır . Hem ökaryotik hem de prokaryotik hücrelerin organelleri vardır, ancak prokaryotik organeller genellikle daha basittir ve zara bağlı değildir.

Bir hücrede birkaç çeşit organel vardır. Bazıları ( çekirdek ve golgi aygıtı gibi ) tipik olarak yalnızken, diğerleri ( mitokondri , kloroplastlar , peroksizomlar ve lizozomlar gibi ) çok sayıda (yüzlerce, binlerce) olabilir. Sitosol hücresini doldurur ve organelleri çevreleyen jelatinli sıvıdır.

ökaryotik

İnsan kanser hücreleri, özellikle HeLa hücreleri , DNA ile boyanmış mavi. Merkezi ve en sağdaki hücre interfazdadır , bu nedenle DNA'ları dağınıktır ve tüm çekirdekler etiketlenmiştir. Soldaki hücre mitoz bölünme geçiriyor ve kromozomları yoğunlaşmış durumda.

Bir ökaryotik hücrenin 3D render

• Hücre çekirdeği : Bir hücrenin bilgi merkezi olan hücre çekirdeği , ökaryotik bir hücrede bulunan en göze çarpan organeldir . Hücrenin kromozomlarını barındırır ve neredeyse tüm DNA replikasyonu ve RNA sentezinin ( transkripsiyon ) gerçekleştiği yerdir . Çekirdek küreseldir ve sitoplazmadan nükleer zarf adı verilen bir çift zar ile ayrılır . Nükleer zarf, bir hücrenin DNA'sını, yanlışlıkla yapısına zarar verebilecek veya işlenmesine müdahale edebilecek çeşitli moleküllerden izole eder ve korur. İşlem sırasında, DNA, bir transkripsiyon ya da özel bir kopyalanır RNA olarak adlandırılan, mesajcı RNA (mRNA). Bu mRNA daha sonra çekirdeğin dışına taşınır ve burada belirli bir protein molekülüne çevrilir. Çekirdekçik ribozom alt birimleri monte edilir, çekirdeğin içinde özel bir bölgedir. Prokaryotlarda DNA işleme sitoplazmada gerçekleşir .
• Mitokondri ve kloroplastlar : hücre için enerji üretir. Mitokondri , tüm ökaryotik hücrelerin sitoplazmasında çeşitli sayı, şekil ve boyutlarda meydana gelen kendi kendini kopyalayan organellerdir. Solunum , ATP üretmek için hücresel besinlerde (tipik olarak glikoz ile ilgili ) depolanan enerjiyi serbest bırakmak için oksijeni kullanarak, oksidatif fosforilasyon yoluyla hücrenin enerjisini üreten hücre mitokondrilerinde gerçekleşir . Mitokondri , prokaryotlar gibi ikili bölünme ile çoğalır . Kloroplastlar sadece bitkilerde ve alglerde bulunur ve fotosentez yoluyla karbonhidrat yapmak için güneş enerjisini yakalarlar .

İç zar sisteminin şeması

• Endoplazmik retikulum : Endoplazmik retikulum (ER), sitoplazmada serbestçe yüzen moleküllere kıyasla, belirli modifikasyonlar ve belirli hedefler için hedeflenen moleküller için bir taşıma ağıdır. ER'nin iki formu vardır: yüzeyinde ER'ye protein salgılayan ribozomlara sahip olan kaba ER ve ribozomları olmayan düz ER. Pürüzsüz ER, kalsiyum sekestrasyonu ve salınımında rol oynar.
• Golgi aygıtı : Golgi aygıtının birincil işlevi , hücre tarafından sentezlenen proteinler ve lipidler gibi makromolekülleri işlemek ve paketlemektir .
• Lizozomlar ve peroksizomlar : Lizozom içeren sindirim enzimleri (asit hidrolazlar ). Fazla veya yıpranmış organelleri , yiyecek parçacıklarını ve yutulmuş virüsleri veya bakterileri sindirirler . Peroksizomlar , hücreyi toksik peroksitlerden arındıran enzimlere sahiptir . Hücre, zara bağlı bir sistemde bulunmasaydı, bu yıkıcı enzimleri barındıramaz.
• Sentrozom : hücre iskeleti düzenleyici: sentrozom üreten mikrotübülleri bir hücrenin - önemli bir bileşeni hücre iskeletinin . ER ve Golgi aparatı aracılığıyla taşımayı yönlendirir . Sentrozomlar, hücre bölünmesi sırasında ayrılan ve mitotik iş milinin oluşumuna yardımcı olan iki merkezcilden oluşur . Hayvan hücrelerinde tek bir sentrozom bulunur . Ayrıca bazı mantar ve alg hücrelerinde bulunurlar.
• Kofullar : Kofullar atık ürünleri tutar ve bitki hücrelerinde su depolar. Genellikle sıvı dolu boşluk olarak tanımlanırlar ve bir zarla çevrilidirler. Bazı hücreler, özellikle Amip , çok fazla su varsa hücreden su pompalayabilen kasılma vakuollerine sahiptir. Bitki hücrelerinin ve mantar hücrelerinin vakuolleri genellikle hayvan hücrelerinden daha büyüktür.

Ökaryotik ve prokaryotik

• Ribozomlar : Ribozom , büyük bir RNA ve protein molekülleri kompleksidir . Her biri iki alt birimden oluşur ve çekirdekten gelen RNA'nın amino asitlerden protein sentezlemek için kullanıldığı bir montaj hattı görevi görür. Ribozomlar ya serbestçe yüzer ya da bir zara (ökaryotlarda kaba endoplazmik retikulum veya prokaryotlarda hücre zarı) bağlı olarak bulunabilir.

Hücre zarının dışındaki yapılar

Pek çok hücre ayrıca tamamen veya kısmen hücre zarının dışında bulunan yapılara sahiptir. Bu yapılar, yarı geçirgen hücre zarı tarafından dış ortamdan korunmadıkları için dikkat çekicidir . Bu yapıları bir araya getirmek için, bileşenlerinin ihracat işlemleriyle hücre zarı boyunca taşınması gerekir.

Hücre çeperi

Birçok prokaryotik ve ökaryotik hücre tipinde hücre duvarı bulunur . Hücre duvarı, hücreyi mekanik ve kimyasal olarak çevresinden korumak için görev yapar ve hücre zarına ek bir koruma katmanıdır. Farklı hücre türleri, farklı malzemelerden oluşan hücre duvarlarına sahiptir; bitki hücre duvarları esas olarak selülozdan , mantar hücre duvarları kitinden ve bakteri hücre duvarları peptidoglikandan yapılır .

prokaryotik

Kapsül

Bazı bakterilerde hücre zarının ve hücre duvarının dışında jelatinimsi bir kapsül bulunur . Kapsül, pnömokoklarda olduğu gibi polisakkarit , meningokoklarda veya Bacillus anthracis gibi polipeptit veya streptokoklarda olduğu gibi hyaluronik asit olabilir . Kapsüller normal boyama protokolleriyle işaretlenmez ve Hindistan mürekkebi veya metil mavisi ile saptanabilir ; bu, gözlem için hücreler arasında daha yüksek kontrast sağlar.

kamçı

Flagella , hücresel hareketlilik için organellerdir. Bakteri kamçısı sitoplazmadan hücre zar(lar)ı boyunca uzanır ve hücre duvarından dışarı çıkar. Uzun ve kalın iplik benzeri uzantılardır, doğada proteindirler. Arkeada farklı bir kamçı türü bulunur ve ökaryotlarda farklı bir tür bulunur.

fimbria

Bir fimbria (çoğulu fimbria pilus , çoğulu pili olarak da bilinir ), bakteri yüzeyinde bulunan kısa, ince, kıl benzeri bir filamenttir. Fimbria, pilin ( antijenik ) adı verilen bir proteinden oluşur ve bakterilerin insan hücreleri üzerindeki spesifik reseptörlere bağlanmasından ( hücre yapışması ) sorumludur . Bakteriyel konjugasyonda yer alan özel pili türleri vardır .

Hücresel süreçler

Prokaryotlar bölün ikili bölünme sırasında, ökaryotlar tarafından bölmek mitoz veya mayoz .

çoğaltma

Hücre bölünmesi, iki yavru hücreye bölünen tek bir hücreyi ( ana hücre olarak adlandırılır ) içerir. Bu, çok hücreli organizmalarda büyümeye ( doku büyümesi ) ve tek hücreli organizmalarda üremeye ( vejetatif üreme ) yol açar . Prokaryotik hücreler ikili fisyon ile bölünürken , ökaryotik hücreler genellikle mitoz adı verilen bir nükleer bölünme sürecinden geçer ve ardından hücre bölünmesi, sitokinez adı verilir . Bir diploid hücre , genellikle dört tane olmak üzere haploid hücreler üretmek için mayoz bölünme geçirebilir. Haploid hücreler , çok hücreli organizmalarda yeni diploid hücreler oluşturmak üzere kaynaşarak gamet görevi görür .

DNA replikasyonu veya bir hücrenin genomunu kopyalama işlemi, her zaman bir hücre mitoz veya ikili fisyon yoluyla bölündüğünde gerçekleşir. Bu, hücre döngüsünün S fazı sırasında meydana gelir .

Mayoz bölünmede DNA sadece bir kez eşlenirken hücre iki kez bölünür. DNA replikasyonu sadece mayoz I'den önce gerçekleşir . Mayoz II'de hücreler ikinci kez bölündüğünde DNA replikasyonu gerçekleşmez . Replikasyon, tüm hücresel faaliyetler gibi, işi gerçekleştirmek için özel proteinler gerektirir.

Alan bir taslak katabolizmasının ait proteinler , karbonhidratlar ve yağlar

DNA onarımı

Genel olarak tüm organizmaların hücrelerinde DNA'larını hasar taraması yapan ve hasar tespit edildiğinde onarım işlemlerini gerçekleştiren enzim sistemleri bulunur . Bakterilerden insanlara kadar çeşitli organizmalarda çeşitli onarım süreçleri gelişmiştir. Bu onarım süreçlerinin yaygın olarak yaygınlığı, mutasyona yol açabilecek hasarlar nedeniyle hücre ölümü veya replikasyon hatalarından kaçınmak için hücresel DNA'nın hasarsız bir durumda tutulmasının önemini göstermektedir . E. coli bakterileri, çeşitli iyi tanımlanmış DNA onarım süreçlerine sahip bir hücresel organizmanın iyi çalışılmış bir örneğidir . Bunlar şunları içerir: (1) nükleotid eksizyon onarımı , (2) DNA uyumsuzluğu onarımı , (3) çift ​​zincir kırıklarının homolog olmayan uç birleşmesi , (4) rekombinasyonel onarım ve (5) ışığa bağımlı onarım ( fotoreaktivasyon ).

Büyüme ve metabolizma

Protein sentezine genel bir bakış.
İçinde çekirdeğin hücre (arasında açık mavi ), genler, (bir DNA, koyu mavi ) vardır transkribe içine RNA . Bu RNA daha sonra transkripsiyon sonrası modifikasyona ve kontrole tabi tutulur, bu da olgun bir mRNA ( kırmızı ) ile sonuçlanır ve bu daha sonra çekirdekten ve sitoplazmaya ( şeftali ) taşınır ve burada bir proteine ​​translasyona uğrar . mRNA, mRNA'nın üç bazlı kodonlarını uygun tRNA'nın üç bazlı anti-kodonlarıyla eşleştiren ribozomlar ( mor ) tarafından çevrilir . Yeni sentezlenmiş proteinler ( siyah ) genellikle , tam olarak aktif hale gelmek için bir efektör moleküle ( turuncu ) bağlanarak olduğu gibi daha da modifiye edilir .

Ardışık hücre bölünmeleri arasında hücreler, hücresel metabolizmanın işleyişi yoluyla büyür. Hücre metabolizması, bireysel hücrelerin besin moleküllerini işlediği süreçtir. : Metabolizma iki ayrı bölüm vardır katabolizmasını , burada üretmek enerji ve kompleks molekülleri aşağı hücre aralıklarının, indirgeyici güç ve anabolizma hücre kompleks moleküller oluşturmak ve diğer biyolojik işlevlerini gerçekleştirmek için enerji ve indirgeme gücünü kullanır ki burada,. Organizma tarafından tüketilen karmaşık şekerler , glikoz gibi monosakkaritler adı verilen daha basit şeker moleküllerine parçalanabilir . Hücrenin içine girdikten sonra, glikoz, iki farklı yoldan kolayca elde edilebilen enerjiye sahip bir molekül olan adenosin trifosfat ( ATP ) yapmak için parçalanır .

Protein sentezi

Hücreler, hücresel aktivitelerin modülasyonu ve sürdürülmesi için gerekli olan yeni proteinleri sentezleme yeteneğine sahiptir. Bu süreç, DNA/RNA'da kodlanmış bilgilere dayalı olarak amino asit yapı taşlarından yeni protein moleküllerinin oluşumunu içerir . Protein sentezi genellikle iki ana adımdan oluşur: transkripsiyon ve translasyon .

Transkripsiyon, DNA'daki genetik bilginin tamamlayıcı bir RNA zinciri üretmek için kullanıldığı süreçtir. Bu RNA ipliği daha sonra hücre içinde serbestçe göç eden haberci RNA'yı (mRNA) vermek üzere işlenir . mRNA molekülleri , polipeptit dizilerine çevrildikleri sitozolde bulunan ribozom adı verilen protein-RNA komplekslerine bağlanır . Ribozom, mRNA dizisine dayalı bir polipeptit dizisinin oluşumuna aracılık eder. MRNA dizisi , ribozom içindeki bağlanma ceplerinde transfer RNA (tRNA) adaptör moleküllerine bağlanarak doğrudan polipeptit dizisiyle ilgilidir . Yeni polipeptit daha sonra fonksiyonel bir üç boyutlu protein molekülüne katlanır.

hareketlilik

Tek hücreli organizmalar yiyecek bulmak veya yırtıcılardan kaçmak için hareket edebilir. Yaygın hareket mekanizmaları arasında flagella ve kirpikler bulunur .

Çok hücreli organizmalarda hücreler yara iyileşmesi, bağışıklık tepkisi ve kanser metastazı gibi süreçler sırasında hareket edebilir . Örneğin hayvanlarda yara iyileşmesinde beyaz kan hücreleri enfeksiyona neden olan mikroorganizmaları öldürmek için yara bölgesine hareket eder. Hücre motilitesi birçok reseptörü, çapraz bağlamayı, demetlemeyi, bağlamayı, yapışmayı, motor ve diğer proteinleri içerir. İşlem üç aşamaya bölünmüştür - hücrenin ön kenarının çıkıntısı, ön kenarın yapışması ve hücre gövdesinde ve arkasında yapışmanın giderilmesi ve hücreyi ileri çekmek için hücre iskeleti kasılması. Her adım, hücre iskeletinin benzersiz bölümleri tarafından üretilen fiziksel kuvvetler tarafından yönlendirilir.

Navigasyon, kontrol ve iletişim

Ağustos 2020'de bilim adamları, tek yönlü hücrelerin - özellikle bir sümüksü küfün ve fare pankreas kanserinden türetilen hücrelerin hücrelerinin - bir vücutta verimli bir şekilde gezinebileceğini ve karmaşık labirentlerde en iyi yolları tanımlayabildiğini açıkladı : dağınık kemoatraktanları parçaladıktan sonra gradyanlar oluşturmak. köşeler de dahil olmak üzere yaklaşan labirent kavşaklarını onlara ulaşmadan önce algılamalarını sağlayın.

çok hücrelilik

Hücre uzmanlaşması/farklılaşması

Hücrelerinin çekirdeklerini vurgulayan bir Caenorhabditis elegans'ın boyanması .

Çok hücreli organizmalar organizmalar aksine, birden fazla hücreden oluşan tek hücreli organizmalar .

Karmaşık çok hücreli organizmalarda hücreler , belirli işlevlere uyarlanmış farklı hücre tiplerinde uzmanlaşır . Memelilerde başlıca hücre tipleri arasında deri hücreleri , kas hücreleri , nöronlar , kan hücreleri , fibroblastlar , kök hücreler ve diğerleri bulunur. Hücre tipleri hem görünüm hem de işlev bakımından farklılık gösterir, ancak genetik olarak aynıdır. Hücreler aynı olması mümkün olan genotipe bağlı olarak diferansiyel fakat farklı hücre tipinin ifade ait genlerin içerdikleri.

En belirgin hücre tipleri tek kaynaklanan totipotent bir adlandırılan hücre zigot , o diferansiyatları seyri sırasında farklı hücre tiplerinin yüzlerce içine gelişme . Hücrelerin farklılaşması, farklı çevresel ipuçları (hücre-hücre etkileşimi gibi) ve içsel farklılıklar ( bölünme sırasında moleküllerin eşit olmayan dağılımından kaynaklananlar gibi) tarafından yönlendirilir .

Çok hücreliliğin kökeni

Çok hücrelilik , siyanobakteriler , miksobakteriler , aktinomisetler , Magnetoglobus multiselülaris veya Methanosarcina gibi bazı prokaryotlarda dahil olmak üzere, bağımsız olarak en az 25 kez evrimleşmiştir . Bununla birlikte, karmaşık çok hücreli organizmalar yalnızca altı ökaryotik grupta evrimleşmiştir: hayvanlar, mantarlar, kahverengi algler, kırmızı algler, yeşil algler ve bitkiler. Bitkiler için ( Kloroplastida ), hayvanlar için bir veya iki kez, kahverengi algler için bir kez ve mantarlar , sümüksü küfler ve kırmızı algler için belki birkaç kez evrimleşmiştir . Çok hücrelilik , birbirine bağlı organizmaların kolonilerinden , hücreselleşmeden veya simbiyotik ilişkilerdeki organizmalardan evrimleşmiş olabilir .

Çok hücreliliğin ilk kanıtı, 3 ila 3.5 milyar yıl önce yaşamış siyanobakteri benzeri organizmalardan gelmektedir. Çok hücreli organizmaların diğer erken fosilleri arasında tartışmalı Grypania spiralis ve Gabon'daki Paleoproterozoyik Francevillian Grubu Fosil B Formasyonunun siyah şeyllerinin fosilleri yer alır .

Tek hücreli atalardan çokhücreliliğin evrimi , seçici basınç olarak predasyonu kullanan evrim deneylerinde laboratuvarda tekrarlanmıştır .

kökenler

Hücrelerin kökeni , Dünya'daki yaşam tarihini başlatan yaşamın kökeni ile ilgilidir .

İlk hücrenin kökeni

Stromatolitler , mavi-yeşil algler olarak da adlandırılan siyanobakteriler tarafından geride bırakılır . Onlar dünyadaki bilinen en eski yaşam fosilleridir. Bu bir milyar yıllık fosil, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Glacier Ulusal Parkı'ndan .

Erken Dünya'da yaşama yol açan küçük moleküllerin kökeni hakkında birkaç teori var . Bunlar , derin deniz menfezlerinde yaratılan veya indirgeyici bir atmosferde yıldırımla sentezlenen göktaşları (bkz. Murchison göktaşı ) üzerinde Dünya'ya taşınmış olabilir (bkz. Miller-Urey deneyi ). İlk kendini kopyalayan formların ne olduğunu tanımlayan çok az deneysel veri var. RNA (bkz hem genetik bilginin depolanması ve kimyasal reaksiyonları katalize edebilen olarak, en erken kendini kopyalayan molekül olduğu düşünülmektedir RNA dünya hipotezi ), ancak kendi başına replike olma potansiyeli olan diğer bazı varlık gibi, RNA öncesinde olabilirdi kil veya peptit nükleik asit .

Hücreler en az 3.5 milyar yıl önce ortaya çıktı. Mevcut inanç, bu hücrelerin heterotroflar olduğudur . İlk hücre zarları, lipid başına sadece tek bir yağ asidi zinciri ile modern olanlardan muhtemelen daha basit ve geçirgendi. Lipidlerin suda kendiliğinden çift katmanlı kesecikler oluşturduğu bilinmektedir ve RNA'dan önce gelmiş olabilir, ancak ilk hücre zarları da katalitik RNA tarafından üretilmiş olabilir veya hatta oluşmadan önce yapısal proteinlere ihtiyaç duymuş olabilir.

Ökaryotik hücrelerin kökeni

Ökaryotik hücre, simbiyotik bir prokaryotik hücreler topluluğundan evrimleşmiş gibi görünüyor . Gibi DNA taşıyan organeller mitokondri ve kloroplast eski simbiyotik oksijen nefes soyundan proteobakteriyle ve siyanobakteri sırasıyla, endosymbiosed bir ata ile Archaean prokaryot.

Hidrojenozom gibi organellerin mitokondrinin kökeninden önce mi yoksa tam tersi mi olduğu konusunda hala önemli tartışmalar var : ökaryotik hücrelerin kökeni için hidrojen hipotezine bakın .

Araştırma tarihi

Robert Hooke'un mantardaki hücre çizimi , 1665

• 1632-1723: Antonie van Leeuwenhoek lens yapmayı kendi kendine öğrendi , temel optik mikroskoplar yaptı ve yağmur suyundan Vorticella gibi protozoaları ve kendi ağzından bakterileri çizdi .
• 1665: Robert Hooke önce bir bileşik mikroskop kullanarak önce mantarda , sonra canlı bitki dokusunda hücreleri keşfetti . Micrographia (1665) adlı kitabında hücre terimini ( "küçük oda" anlamına gelen Latince cellula'dan) türetti .
• 1839: Theodor Schwann ve Matthias Jakob Schleiden , bitkilerin ve hayvanların hücrelerden oluştuğu ilkesini açıklayarak, hücrelerin ortak bir yapı ve gelişme birimi olduğu sonucuna vararak hücre teorisini kurdular.
• 1855: Rudolf Virchow , yeni hücrelerin hücre bölünmesiyle ( omnis cellula ex cellula ) önceden var olan hücrelerden geldiğini belirtti .
• 1859: Yaşam formlarının kendiliğinden ( generatio spontanea ) oluşabileceği inancı Louis Pasteur (1822-1895) tarafından çelişiyordu (her ne kadar Francesco Redi 1668'de aynı sonucu öneren bir deney yapmış olsa da ).
• 1931: Ernst Ruska , Berlin Üniversitesi'nde ilk transmisyon elektron mikroskobunu (TEM) yaptı . 1935'te, bir ışık mikroskobunun iki katı çözünürlüğe sahip bir EM inşa etti ve daha önce çözülemeyen organelleri ortaya çıkardı.
• 1953: Rosalind Franklin'in çalışmasına dayanarak Watson ve Crick , DNA'nın çift ​​sarmal yapısı üzerine ilk açıklamalarını yaptılar .
• 1981: Lynn Margulis , endosimbiyotik teoriyi detaylandıran Hücre Evriminde Simbiyoz'u yayınladı .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Notlar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar

• MBInfo – Hücresel İşlevler ve İşlemler Hakkında Açıklamalar
• MBInfo – Hücresel Organizasyon
• Inside the Cell – Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından hazırlanan bir bilim eğitimi kitapçığı , PDF ve ePub olarak .
• Hücreler Canlı!
• Arizona Üniversitesi "Biyoloji Projesi"nde Hücre Biyolojisi .
• Hücrenin Merkezi çevrimiçi
• Amerikan Hücre Biyolojisi Derneği'nin Görüntü ve Video Kütüphanesi , hücrenin yapısını, işlevini ve biyolojisini gösteren hakemli hareketsiz görüntüler, video klipler ve dijital kitaplardan oluşan bir koleksiyon.
• HighMag Blog , son araştırma makalelerinden hücrelerin hareketsiz görüntüleri.
• Yeni Mikroskop Canlı Hücrelerin Göz Kamaştırıcı 3D Filmlerini Üretiyor , 4 Mart 2011 – Howard Hughes Tıp Enstitüsü .
• WormWeb.org: C. elegans Hücre soyunun Etkileşimli Görselleştirilmesi – C. elegans nematodunun tüm hücre soy ağacını görselleştirin
• Hücre Fotomikrografları