HÜCRE : Canlıların en küçük yapı ve görev birimi hücredir. Canlının yaşaması için gerekli bütün metabolik faaliyetler hücreler içerisinde gerçekleşir.
Canlıların aşaması hücrelerin yaşamasına bağlıdır. Bakteriler ve arkeler tek hücreli organizmalar halinde yaşamlarını sürdürürler. Diğer canlı grupları ise çok hücreli organizmalardır. Bu canlılar tek başına yaşamayan özelleşmiş hücrelerden meydana gelmiştir. Ancak özelleşmiş hücreler doku, organ ve sistemler gibi organizasyon düzeylerine sahiptir. Hücrelerin bu organizasyonu sayesinde canlı yaşamını sürdürebilmektedir. Organizasyon olsa da metabolik faaliyetler hücresel düzeyde gerçekleşmektedir. Yani organizmanın yaşamı hücresel faaliyetlere bağlıdır. Hücreler görevini yapamaz duruma gelirse canlı ölür.
I- HÜCRENİN TARİHSEL GELİŞİMİ VE HÜCRE TEORİSİ
Hücrenin keşfi ilk defa İngiliz bilim adamı Robert Hooke tarafından 1665 yılında yapılmıştır. Hooke şişe mantarını inceldiğinde gördüğü boşluklara hücre “cellula”demiştir.
Resim: Robert Hooke’un mikroskopta gördüğü mantar hücreleri çizimi
Hook ile aynı dönemlerde Antonie Philips Van Leeuwenhoek 1674 yılında kendi yaptığı mikroskopla havuz suyundan aldığı örnekte tek hücreli ve hareketli mikroskobik canlıları gördü. Ayrıca insan kan hücrelerini ilk kez gözlemleyip tanımlayan bilim insanı oldu.
1830’larda geliştirilen mercekler sayesinde İngiliz botanikçi Robert Brown incelediği bitki hücrelerinde yuvarlak bir yapı bulunduğunu gözlemleyip bunu çekirdek (nucleus) olarak isimlendirdi.
On dokuzuncu yüzyılın başlarına kadar bitki ve hayvan hücrelerinin aynı mikroskobik yapıda olduğu bilinmiyordu. Çünkü bitki hücrelerinin mikroskopla görülebilen bir duvarı vardır ve yapılan gözlemlere göre hücreler bu duvarlarla sınırlanmış canlı madde birimleridir. Hayvan hücrelerinin böyle duvarları ve sınırları görülmediği için bir yapı benzerliği bulunamamıştır.
Hooke, bitki hücresinin duvarını hücrenin kendisi olarak kabul etmiş, bu duvarlar arasında kalan esas hücre içeriğini gözden kaçırmıştır. Daha sonra yapılan araştırmalarda organları oluşturan dokuların hücrelerden oluştuğu belirlenmiş ve hücrelerin incelenmesi ile hücre içerisinde daha yoğun bir kısım bulunduğu açıklanmıştır. Böylece bilim adamlarının dikkati hücre duvarından hücrenin içyapısına çekilmiştir.
İlk defa 1838 yılında Alman botanikçisi Matthias Jakob Schleiden (Matyas Yakob Şlaydın) bütün bitki dokularının hücrelerden yapıldığını söyleyerek Hücre Teorisi’ni kurmuştur. Bir yıl sonra Theodor Schwann (Teodor Şıvan) kıkırdak dokusunu inceleyerek hayvan dokularının da hücrelerden yapıldığını söylemesi üzerine Schleiden’in görüşü kuvvetlenmiştir. Bilim tarihi yazarları hücre teorisinin kurucusu olarak bu iki bilim adamını birlikte gösterirler. Hücrelerin bölünerek yeni hücre oluşturması ilk kez Rudolf Wirchow tarafından 1855’de izlenmiştir.
1855 yılında Rudolph Wirchow‘un bu teoriye yeni bilgileri ekleyerek günümüzde de kabul gören hücre teorisini şu şekilde açıkladı:
1. Canlıların temel yapı ve görev birimi hücredir.
2. Tüm canlılar bir veya birden fazla hücrelerden oluşmuştur.
a) Tek hücreli canlılar.
Örnek: Amip, bakteri, paramecium
b) Çok hücreli canlılar
Örnek: Bitkiler, hayvanlar
3. Yeni hücreler daha önceki hücrelerin bölünmesi ile meydana gelmiştir.
a) Çok hücrelilerde, hücreler yapmış oldukları görevlere göre farklı şekil ve büyüklüktedirler.
b) Bu hücreler birleşerek doku ve organları meydana getirirler
Hücrelerin görülmesi ve incelenmesinde önceleri ışık mikroskoplarından yararlanıldı. Işık mikroskobu ile incelenecek obje en fazla 1000 defa büyütülebilmektedir.
Özellikle 1930 yılında elektron mikroskobunun bulunmasıyla hücrelerin ayrıntılı olarak incelenmiştir. Elektron mikroskobunda ışık dalgaları yerine elektronlardan yararlanılmış, mercek yerine ise manyetik alanlar kullanılmıştır. Bunu sonucunda obje birkaç milyon defa büyütülebilmiştir. Bunun sonucunda hücrenin sadece kendisi değil, aynı zamanda hücre içindeki organeller de görülebilmiştir.
Bu teknolojik gelişmelerin sonucunda elde edilen bilgiler artmış ve hücre teorisine eklemeler yapılmıştır. Bunlar;
4. Tüm metabolik olaylar hücre içerisinde gerçekleştirilir.
5. Canlıların kalıtım materyali, hücrelerinde bulunur ve bu kalıtım maddesi ana hücreden yavru hücrelere aktarılır.
6. Hücrelerde çeşitli yaşamsal olayları gerçekleştiren organeller bulunur.
Çok hücrelilerde bütün olaylar hücre grupları arasındaki işbölümü ile yapılır.
Biyolojik araştırmalarda farklı ölçü birimleri kullanılır. Bu birimler objenin büyüklüğüne göre değişir. Aşağıda mikroskoplarla incelenecek objelerin büyüklüğüne ilişkin birimler verilmiştir.
Biyolojide kullanılan ölçü birimleri:
1 metre (m) = 100 santimetre
1 santimetre (cm) = 1000 milimetre
1 milimetre (mm) = 1000 mikrometre(mm) veya (mikron)
1 mikrometre (mm) = 1000 nanometre
1 nanometre (nm) = 10 Angström (Å) = 10-9m = 1/1.000.000mm
1 Angström (Å) = 0,1 nm = 10-10m
1 kilogram (kg) = 1000 gram
1 gram (g) = 1000 miligram
1 miligram (mg) = 1000 mikrogram
1 mikrogram (mg) = 1000 nanogram
1 nanogram (ng) = 1000 pisogram(pg)
1 litre = 1000 ml
1 mililitre (ml) = 1000 ml
1 mikrolitre (ml) = 1mm³
1 santimetre³ (cm³ veya cc) = 1000 mm³
1milimetre³ (mm³) = 10³*10³*10³ mm³
NOT:
1. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve transmisyon elektron mikroskobu olmak üzere iki çeşit elektron mikroskobu bulunmaktadır.
II- HÜCRE YAPISI
Robert Hooke’un mikroskobuyla içi boş hücreler görmüştür. Ancak gelişmiş mikroskopların bulunmasıyla hücrelerin içinin boş olmadığı görülmüştür. Aynı zamanda hücrelerin farklı yapıda ve farklı büyüklükte olduğu gözlenmiştir. Hücrelerin yapı ve büyüklük farklılığı canlı türüne göre değişebilir. Hatta aynı bireyin farklı dokularında da bu farklılık görülebilir.
Birçok hücrenin şekli sabittir. Örneğin; sperm hücresi, sinir hücresi, epitel doku hücresi, alyuvar gibi hücreler görevlerine uygun olarak her hayvan grubu için belirli şekillere sahiptir. Fakat amip, akyuvar ve pigment hücreleri gibi bazı hücrelerin şekilleri değişebilir.
Yeryüzündeki canlıların dörtte üçü mikroskobik canlılardır. Çok hücreli canlılarda hücreler çeşitli şekil ve büyüklüktedir. Hücrelerin şekli türden türe değişebildiği gibi aynı canlıda dokudan dokuya da değişiklik göstermektedir.
Hücrenin şeklinin oluşumunda; yüzey gerilimi, hücrenin fonksiyonu, komşu hücrelerin mekanik etkileri, sitoplazma yoğunluğu ve kalıtım etkilidir. Hücre izole edilince küre şeklini almaya başlar. Böylece yüzey gerilim kanunlarına uyar. Bu nedenle suya bırakılan yumurtalar daima yuvarlak olur. Bir hücreli canlılara bakıldığında fonksiyonun şekil üzerine etki ettiği görülür. Dinlenme halindeyken yuvarlak olan bir amip faal olduğunda belirli şekiller gösterir ve bulunduğu zemin üzerinde yayılıp yassılaşmış bir şekil alır. Pisibalıklarında ve bukalemunda renk değişimi melanin pigmenti kapsayan hücrelerin (melanosit) içindeki melanin tanelerinin toplanıp yayılması ile sağlanır. Hücre yayılınca melanin taneleri de yayılı ve renk koyu gözükür. Hücre büzülünce melanin taneleri dar bir bölgeye toplanır ve renk açılır. Kanda pasif hareketli olan alyuvar yuvarlak olduğu için damarlardan kolayca geçer ve yassı olduğu için gaz değişimini kolayca yapar. Kan damarlanın iç astarlarındaki çok yassı ve uzun epitel hücrelerinden oluşan endotelyum tabakasının hücreleri mekanik germe kuvvetlerine kendilerini uydurmuş ve uzamışlardır.
Hücrelerin hacmi de şekli gibi farklılık gösterebilir. Bitki ve hayvanlarda çıplak gözle görülebilecek kadar büyük hücreler vardır. Örneğin kuş yumurtaları çok büyüktür. Sadece yumurtanın sarı kısmı düşünülürse deve kuşunda 7,5 cm akı ile birlikte 15 cm’dir. Çoğunlukla mikroskobik boyutlarda olurlar. Bakteriler ışık mikroskobuyla görülebilirken virüsler çok daha küçük oldukları için elektron mikroskobuyla bile her zaman görülemeyebilirler. İnsanlarda bulunan en küçük hücre lenfosittir (3-4 mikron çapında). Bir sinir hücresinin gövde kısmı 10 mikron kadardır ve aksonu ile birlikte 90 cm uzunlukta olabilir. Hücrelerin büyüklükleri, hücrenin kendi hayatını devam ettirebilmesi için gerekli maddeyi minimum seviyede kapsayacak şekilde olması ile ayarlanır.
Çok hücreli canlılarda organlar arasındaki büyüklük farkı, organı oluşturan hücrelerin büyüklüğünden değil sayısından kaynaklanır. Yani bir fare ile filin hücre büyüklükleri aynıdır.
Canlılardaki hücreler, farklılaşmış bir çekirdek zarının bulunup bulunmamasına göre ökaryot hücre ve prokaryot hücre olmak üzere ikiye ayrılır. Evrimsel süreçte prokaryot hücrelerin ökaryot hücrelerden önce oluştukları kabul edilmektedir.
Prokaryot hücreler zarlı organelleri ve çekirdeği olmayan hücrelerdir.
Ökaryot hücreler, çekirdeği ve zarlı organelleri olan hücrelerdir.
Prokaryot hücre modeli (bakteri)
Ökaryot hücre modeli (hayvan)
