HÜCRE
GÖZE olarak da bilinir,
biyolojide, canlının tüm yaşam özelliklerini taşıyan ve uygun koşullarda yaşamını tek başına sürdürme yeteneğine sahip temel yapı ve işlev birimi.

Hücreler farklı koşullarda yaşamaya uyum sağlayacak biçimde farklılıklar göstermekle birlikte, içerdikleri moleküller ve yürüttükleri biyokimyasal süreçler temelde birbirine benzer. Hücre, çokhücreli canlılardaki en küçük yaşam birimidir; öte yandan, bakteriler, mavi-yeşil algler ve Protozoa gibi yaşamlarını bağımsız olarak sürdüren tekhücreli canlılar da daha üstün yapılı canlılardaki doku ve organlara eş düşen özelleşmiş yapılara sahiptir. Hücreden daha küçük boyutlardaki virüsler hücre kapsamına girmez. Virüs, RNA ve DNA içeren bir protein kılıfından ibarettir; kendi kendine çoğalabildiği halde, yaşamını sürdürmesi için canlı bir hücreye girmesi gerekir.

Hücrenin evrimi

Bütün hücreler belirli kimyasal maddelerden oluşur. Evrim sürecinin ilk basamaklarında çok basit yapılı moleküllerin bir araya gelerek karmaşık ve uzun zincirli molekülleri oluşturduğu, atmosfer ve Yer’de ortaya çıkan fiziksel değişikliklerin etkisiyle bu moleküllerin organik bileşikler oluşturacak biçimde düzenlendiği düşünülmektedir. İlk canlı moleküllerden hücre oluşması için molekülün çevresinin hücre zarı ile sarılması gerekiyordu; böylece dezoksiribonükleik asit (DNA) ve protein
gibi uzun moleküllerin hücre dışındaki koşullardan etkilenip zedelenmesi önlenmiş oldu.

İlkel hücrelerden gelişen çekirdeksiz, kalıtım öğeleri sitoplazmanın içinde dağılmış halde bulunan hücreler prokaryotik olarak adlandırılır. Bakteri, riketsiya, mikoplazma ve mavi-yeşil algler prokaryotik hücrelerdir. Prokaryotik hücrelerin bir arada yaşamaya başlaması ya da bir başka görüşe göre, bir prokaryotik hücrenin bir başkasını içine almasıyla, daha gelişmiş bir yapıya sahip olan ökaryotik hücreler ortaya çıktı.

Milyarlarca yıl boyunca çoğaldıktan sonra birbirinden ayrılıp yaşamlarını tek başına sürdüren ilkel hücrelerin bölündükten sonra ayrılmamaya, bitişik yaşamaya başlaması, çokhücreli yaşamın ortaya çıkmasına öncülük etti. Çokhücreli canlıda hücrelerin özelleşmeye, farklı işlevler üstlenmeye başladığı da görüldü.

Hücrenin yapısı

17. yüzyılda mikroskopun bulunması, hücrenin yapısının incelenmesine de olanak sağladı. Bu konuda yapılan ilk çalışmalar İngiliz bilim adamı Robert Hook’un şişe mantarında hava odacıkları olarak adlandırdığı hücreleri ve Felemenkli doğabilimci Antonie van Leeuwenhoek’ün bakterileri incelemesi oldu. Mikroskopun geliştirilmesi, hücre kültürlerinin elde edilmesi, boyama tekniklerinin ve 20. yüzyılda elektron mikroskopunun bulunması, radyoaktif izotop ve antikorların belirli hücre türleri tarafından tutulduğunun anlaşılması ve bu temele dayanan inceleme tekniklerinin ortaya çıkması, hücre üzerinde daha ayrıntılı araştırmalar yapılmasını sağladı. Hücre duvarı ve organellerden başka çekirdeğin yapısı, kromozomlar, hücre bölünmesinin evreleri ile hücrenin içine madde girmesi, bazı özel bölümlerin (örn. kirpik) hareketi gibi önemli süreçler de incelendi.
Hücrenin biçimi ve büyüklüğü bulunduğu türe, dokuya ve yaptığı işe göre değişirse de, ortalama bir hücrenin 10-100 mikron çapındaki bir küreye benzediği söylenebilir. Bütün hücreler molekül ağırlığı 10.000 daltonun üstünde olan makromoleküller ve daha küçük moleküllerden oluşur. Doğada yalnız canlılarda ve canlıların metabolizma ürünlerinde yer alan makromoleküllerin yapışında daha basit yapılı moleküller bulunur. Örneğin proteinler değişik sayıda ve sırayla dizilmiş aminoasit zincirlerini, nükleik asitler şeker, fosforik asit ve pürin ya da pirimidin bazlarını, polisakaritler ise çeşitli karbonhidrat moleküllerini içerir.

DNA canlının kuşaktan kuşağa aktarılan özelliklerini taşıyan genetik bilgiyi içerir. Hücre içinde çekirdekte ve mitokondride bulunan DNA’nın içerdiği bilgi, haberci ribonükleik asit (RNA) tarafından okunarak ribozomlara taşınır. Böylece protein bireşimlenmesi başlar; polipeptit zincirlerindeki her aminoasit, taşıyıcı RNA adı verilen molekülde belirli bir bölgeye bağlanır. Bu aminoasitlerin özgün sayı ve diziliş sırasıyla bir araya gelmesiyle belirli proteinler oluşur.

Proteinler 20 kadar aminoasitin değişik sayıda ve düzende dizilmesiyle oluşmuş dev zincirlerdir. Hücrenin her bölümünde yer alan proteinler yapı taşı olarak görev yaptıkları gibi hücrenin bütün işlevleriyle biyokimyasal süreçlerde de yer alırlar. Karbonhidratlarla bileşik halindeki glikoproteinler lipitlerle birlikte hücre zarını oluştururlar; hücredeki bütün tepkimeleri katalizleyen enzimler ile hücre zarında yer alarak hücreye giren maddelere bağlanıp taşınmalarını sağlayan moleküller de protein yapısındadır.

Polisakaritler uzun karbonhidrat zincirleridir. Hücre zarında yer alan polisakaritler hücreye destek olur, bir tür iskelet görevi üstlenir. Hücre içindeki işlevleri ise biyokimyasal süreçlerin gereksinim duyduğu enerjinin bir kısmını sağlamaktır.
Hücredeki küçük moleküllerden lipitler suda çözünmeyen, organik çözücülerde çözünen yağ molekülleridir. Hücrenin kuru ağırlığının yüzde 10-20’sini oluşturur; hücre zarının önemli bir bileşenidir.
Nükleotitlerden adenozin trifosfat (ATP) hücre içinde enerji gerektiren tepkimelerde yer alır; halkalı adenozin monofosfat (AMP) uyarılan hücrenin gerekli yanıtı vermesi için ortaya çıkan tepkimeleri düzenler.
Bütün hayvan ve bitki hücrelerinde bulunan porfirin türevlerinden bazıları yükseltgenme tepkimelerinde (örn. sitokromlar), bazıları da ışık enerjisinin fotosentez yardımıyla kullanılmasında (örn. klorofil) yer alır.
Hücrenin yüzde 70-80’ini oluşturan su, yaşamın vazgeçilmez bir öğesidir; hücredeki su oranı yüzde 50’nin altına düşerse yaşam süreçleri bir daha düzelmeyecek biçimde durur.

Zar ve organeller

Zar hücreyi dış ortamdan ayırır; 70-90 angstrom kalınlığında, lipit ve protein katmanlarından oluşan yarı geçirgen bir yapısı vardır. Elektron mikroskopuyla incelendiğinde zardaki fosfolipit moleküllerinin iki katman oluşturduğu, proteinlerin ise bu katmanların iki yanında ve içinde yer aldığı görülür. Lipit katmanlarındaki gözenekler az sayıda elektrik yüklü parçacığın geçmesine izin verdiği için hücre zarının elektrik direnci yüksektir. Zarın başlıca işlevleri hücre ile dış ortam arasındaki madde alışverişini düzenlemek, yaşamı tehlikeye sokan maddelerin hücreye girmesini engellemek, hücreye destek olarak biçimini korumasını ya da değiştirmesini sağlamaktır. Hücre içinde yer alan organeller de hücre zarının yapısındaki bir örtü ile çevrilidir.

Hücrede zarın çevrelediği canlı madde kütlesine protoplazma denir; çekirdeğin dışında kalan protoplazma ise sitoplazma adını alır. Sitoplazmada yer alan organeller, özgün işlevleri yüklenmiş özelleşmiş yapılardır. Hücrenin en önemli organeli olan çekirdeğin biçimi ve büyüklüğü bulunduğu küreye göre değişir. Çekirdeği saran kılıf, aralarında yaklaşık 200 angstromluk açıklık olan iki zardan oluşur. Ökaryotik tekhücrelilerin çoğunda kılıf, hücre çevriminin evrelerinin tümünde bütünlüğünü korurken, çokhücreli hayvan ve bitki hücrelerinde mitoz sırasında yıkıma uğrar. Çekirdek kılıfında bulunan gözeneklerin çekirdek ile sitoplazma arasında geçişe izin verip vermediği henüz anlaşılmamıştır. Çekirdek, hücrenin kalıtım maddelerini taşıyan kromozomları içerir. Canlı türlerinden her birinin taşıdığı kendine özgü sayı ve yapıdaki kromozom kümesi karyotip adını alır. Kromozomların yapısında DNA ve RNA’dan başka histon adı verilen proteinler de bulunur. Çekirdek plazmasında yer alan, hücre bölünmesi sırasında kaybolan ve RNA ile proteinlerden oluşan yapı ise çekirdekçik adını alır. Kromozomlarda yapılan RNA çekirdekçikte toplandıktan sonra proteinlere bağlanarak sitoplazmaya geçer ve protein bireşimlenmesinde rol alır.

Hücrenin yaşamını sürdürmesi için vazgeçilmez bir yapı olan çekirdek, bölünme, büyüme ve onarım gibi işlevleri denetler. Memelilerdeki alyuvarlar dışında bütün ökaryotik hücrelerde bir çekirdek bulunur. Bazı tekhücrelilerde, memelilerde karaciğer ve çizgili kas hücrelerinde birden çok çekirdek olabilir.

Prokaryotik ve ökaryotik hücrelerin tümünde sitoplazmada yer alan ribozomlar protein ve RNA’dan oluşan, yaklaşık 200 angstrom çapındaki yapılardır. Çok küçük olduklarından yapıları elektron mikroskopuyla bile incelenememiştir. Hücredeki RNA’ın yüzde 40-60’ım içeren ribozomların bir kısmı sitoplazmada serbest olarak yer alırken, bir kısmı da endoplazmik retikulumun zarına yapışıktır. Hücrede protein bireşimlenmesi ribozomlarda başlar.

Endoplazmik retikulum, hücre içinde madde hareketinde yer alan, zarla çevrili kanalcıklardan oluşan bir yapıdır. Enzim ya da protein yapısında salgı yapan hücrelerde oldukça gelişmiştir. Başlıca işlevi hücreden salgılanacak proteinin bireşimlenmesidir. Burada yapılan proteinler, endoplazmik retikulum ile hücre zarının arasında yer alan Golgi aygıtına geçer. Yassı keseciklerden oluşan bu organelde proteinler hücre tarafından kullanılabilir ya da salgılanabilir hale getirilir. Bu son ürün lizozom adlı sindirici enzim dolu keseciklere geçerek hücre dışına atılır ya da sitoplazmaya geri verilir.

Hücrede enerji üretiminden sorumlu olan mitokondri iki katmanlı bir zarla çevrili, boru biçiminde bir yapıdır. Zarın dış katmanı sitoplazma ile mitokondri arasındaki madde (örn. kalsiyum) alışverişini denetler; iç katman ise hücrenin solunum işlevini yürütür. Kimyasal maddelerin içerdiği enerji mitokondride hücrenin kullanabileceği kimyasal enerjiye dönüştürülür. Mitokondri zarının yüzde 30’u lipitlerden, geri kalan kısmı proteinlerden oluşur. Proteinlerin büyük bir bölümü solunum ve ATP’nin fosforillenmesinde yer alır. Mitokondriyi hücrenin öbür organellerinden ayıran en önemli özellik kendi DNA’sım içermesidir. Bu DNA mitokondri enzimlerinin yapımını denetlediğinden mitokondri kendi proteinlerini yapabilir, hücre çoğalması dışında kendi çoğalmasından sorumludur.

Yalnız bitki hücrelerinde bulunan kloroplast, fotosentezin yer aldığı organeldir. Çift katmanlı zarla çevrilidir İç katman fotosentez pigmentleri ve enzimleriyle klorofil içeren yassı keseciklere dönüşmüştür. DNA içeren kloroplast, görece bağımsız işlev gören ve kendi kendine çoğalan bir yapıdır; ökaryotik hücrelerdeki mitokondriye benzetilebilir. Işık enerjisini ATP’nin fosfat bağlarındaki, hücrenin kullanabileceği enerjiye çevirir; ATP’yi kullanarak karbonun hücre için gerekli organik maddelere dönüştürülmesini sağlar. Bitki ve hayvan hücreleri arasındaki bir başka fark bitki hücresinin yüzeyinde diktiyozom adı verilen ve selüloz depolayan yapılar bulunmasıdır.

Sitoplazmada yer alan mikroskopik boyutlarda borucuk ve iplikçikler protein yapısındadır. Borucuklar hücrenin iskeletini oluşturur ve biçimini korumasını sağlar. İplikçikler, kaslardaki aktine benzer bir protein içerir ve hücrenin hareketinde rol oynar. Birçok hücre türünde hücre dışına uzanan parmaksı çıkıntıların hareketine ve fagositoz ve pinositoz gibi süreçlerde hücre yüzeyinin içe çökerek çukurlaşmasına destek olur.

Çoğalma

Ökaryotik hücreler büyüyüp belirli bir olgunluğa eriştiğinde bölünerek birbirinin eşi iki yavru hücre oluşturur. Hücre bölünmesi, çekirdek bölünmesinden sonra yer alır; önce kromozomlar bölünerek iki katma çıkar. Böylece yavru hücrelerin her biri canlının kalıtsal özelliklerinin tümüne sahip olur. İki tür hücre bölünmesi vardır. Mitoz bölünmede hücre bölünmesinden önce kromozomların sayısı iki kromozom takımı oluşturacak kadardır. Yavru hücrelerden her biri tam bir kromozom takımı içerir. Eşey hücrelerinde ortaya çıkan meyoz bölünmede ise ortaya çıkan dört yavru hücre türe özgü kromozom takımının yarısı kadar (haploit) kromozom içerir.