Biyoloji Ders Notları
Mitoz ve Eşeysiz üreme
Prokaryot ve ökaryot hücreler sahip oldukları genetik bilgiyi bölünerek aktarırlar. Çok hücreli organizmalarda hücre bölünmesi; büyüme, gelişme ve doku onarımı gibi işlevleri gerçekleştirir. Tek hücreli organizmalar hücre bölünmesiyle ürerler.
Canlıların genetik bilgisi DNA’da yer alır. Ökaryot hücrelerde DNA molekülü, çekirdek içinde çeşitli proteinlerle bir arada bulunur. Bu DNA – Protein kompleksine kromatin adı verilir. Bölünmeye hazırlanan bir hücrede DNA kendini eşler ve kromatin yoğunlaşarak kromozomlara dönüşür. DNA molekülü kendini eşlediği için, bir kromozom kromatit adı verilen iki iğliğe sahip olur. Hücre bölünmesi sırasında özdeş DNA içeren kardeş kromatitler birbirinden ayrılarak yavru hücrelere aktarıldığı için ana hücredeki kalıtım maddesi eşit miktarda yavru hücrelere geçer.
Hücre Döngüsü
Hücre döngüsü, bir hücrenin ikiye bölünmesine kadar gerçekleşen olayların sırasıdır. Mitoz, hücre döngüsünün yalnızca bir bölümünü kapsar. Bu döngü, interfaz ve mitotik evreden oluşur.
a. İnterfaz
İnterfaz, bölünmüş bir hücrenin yeniden bölünmek için geçirdiği hazırlık evresidir. İnterfaz; G1, S ve G2olmak üzere üç ayrı evrede incelenir. G1 evresinde hücre büyür. Organel sayısı ve protein sentezi artar. S evresinde DNA kendini eşler. G2 evresinde hücre bölünmesi için gerekli hazırlıklar tamamlanır.
Embriyonik hücrelerin döngülerinde interfazın S evresi görülürken G1 ya da G2 evreleri görülmez. Olgunlaşmış sinir ve kas hücreleri gibi çok özelleşmiş hücrelerde bölünme durmuştur. Bunlar hücre döngüsünün G1 evresinden çıkarak G0 adını alan durgun evreye girerler.
b. Mitotik Evre (M)
Hücre döngüsünün en kısa parçası olan mitotik evre (M) hem çekirdek bölünmesini (mitoz) hem de sitoplazma bölünmesini (sitokinez) kapsar.
1. Mitoz (Çekirdek Bölünmesi)
Mitoz, aralarında kesin sınır olmayan dört evrede tamamlanır. Bu evreler profaz, metafaz, anafaz, telofaz adını alır.
Profaz: Bu evrede kromatin yoğunlaşır ve kromozomlar belirgin hale gelir. Kromozomların her biri, sentromerle birbirine bağlı iki kardeş kromatit halinde görülür. Hayvan hücrelerinde bulunan ve interfazda eşleşmiş olan sentriyoller ayrı kutuplara giderken iğ iplikleri (mikrotübüller) oluşur ve bunların bir kısmı sentromerin kinetokorlarına bağlanır. Bu evrede ayrıca çekirdekçik kaybolur, çekirdek zarı erir.
Metafaz: Kinetokorlarından iğ ipliklerine tutunmuş kromozomlar her iki kutba da eşit uzaklıkta olan ekvator düzleminde sıralanır.
Anafaz: İğ iplikleri boylarının kısalmasıyla kardeş kromatitler birbirinden ayrılarak hücrenin zıt kutuplarına doğru hareket eder. Kardeş kromatitler artık kromozom olarak adlandırılır.
Telofaz: İğ iplikleri kaybolurken kromozomlar çözülmeye başlar ve tekrar kromatin haline döner. Kromozomların etrafında çekirdek zarı ve çekirdek içinde de çekirdekçik meydana gelir.
2. Sitokinez (Sitoplâzma Bölünmesi)
Hayvan hücrelerindeki sitokinez olayında mikrofilamentler görev alır. Ekvator düzlemine yakın bir yerde, kasılma yeteneğine sahip aktin ve miyozin ipliklerinin etkileşimi sonucu bir bölünme oluğu meydana gelir. Bu oluk hücreyi tamamen bölünceye kadar derinleşmeye devam eder ve sonuçta iki hücre oluşur.
Bitki hücrelerinde mitoz ve sitokinez: Bitki hücrelerindeki mitoz, hayvan hücrelerindekine benzer. Ancak gelişmiş bitki hücrelerinde sentrozom (sentriyoller) bulunmaz ve iğ iplikleri sitoplâzmadaki proteinlerden oluşur. Bitki hücrelerindeki sitokinez de hayvan hücrelerinden farklıdır. Bitki hücrelerinde boğumlanma olmaz ve orta lamel oluşumuyla sitoplâzma ikiye ayrılır. Lamel oluşumu hücrenin ortasından başlar ve çevreye doğru ilerler.
Hücre Döngüsünün Kontrolü
Hücre döngüsü G1, G2 ve M kontrol noktalarında denetlenir. Kontrol noktalarında “dur” ve “devam et” sinyalleri ile döngünün ilerlemesine veya durmasına karar verilmektedir. Bu kararların verilmesinde kontrolü “siklinler” ve “siklin bağımlı kinazlar” olarak bilinen işlevsel proteinler sağlar. Bu moleküllerin birbiriyle etkileşimi sonucu meydana gelen sinyallerle döngünün başlaması ve sürdürülmesi sağlanır.
Belirli vücut hücreleri tarafından salınan bazı proteinler diğer hücrelerin bölünmesini sağlar. Bunlara “büyüme faktörü” denir. Normal doku hücreleri bu faktörlerin etkisiyle çoğalır ve hücreler belirli bir yoğunluğa ulaştığı zaman çoğalma durur. Bazen büyüme faktörleri yetersiz olsa bile hücreler çoğalmaya devam eder ve hüre döngüsü kontrolden çıkar. DNA’da oluşacak hasarların onarımını sağlayan genlerde mutasyon meydana gelmesi de hücre kontrolünü bozan bir başka faktördür. Hücre döngüsünün kontrolü bozulduğunda sürekli çoğalan kanser hücreleri ortaya çıkabilir. Kültürde üretilen kanser hücreleri besin kaynağı sağlandığı sürece sınırsız sayıda bölünebilirler. Kanserin çok çeşitli nedenleri vardır. Bunlardan biri de virüslerdir.
Eşeysiz Üreme
Eşeysiz üreme, bir canlının kendisiyle aynı genetik bilgiye sahip yavruları meydana getirmesi şeklindeki üreme biçimidir. Eşeysiz üremede mayoz bölünme ve döllenme olayları görülmediğinden kalıtsal çeşitlilik ortaya çıkmaz. Ökaryot canlılar mitoz yoluyla eşeysiz olarak çoğalır. Bazı canlılarda da hem eşeyli hem de eşeysiz üreme görülür.
Eşeysiz üremenin bazı avantajları vardır. Örneğin yalnız yaşayan hayvanların eş bulmaya gerek olmadan çoğalmalarına olanak tanır. Ayrıca belirli bir ortama çok iyi uyum sağlamış bitki ve hayvanların kısa sürede ve çok sayıda aynı genetik yapıya sahip bireyleri üretebilmelerini sağlar.
Eşeysiz üreme; ikiye bölünme, tomurcuklanma, rejenerasyon, sporla üreme ve vejetatif üreme gibi çeşitlere ayrılır.
a. İkiye Bölünme
Belirli bir büyüklüğe ulaşan hücrenin, kısmen eşit olarak ikiye ayrılması şeklinde olan üreme biçimidir. Bu tip üreme prokaryotlardan bakteri ve arkeler ile ökaryotlardan amip, öglena, paramesyum ve bazı maya türleri gibi protistlerde görülür. Bakteriler enine bölünerek çoğalır. Ökaryot bir hücreli canlılarda ikiye bölünmenin temeli mitoza dayanır. Bölünme amipte her yönde, paramesyumda enine, öglenada boyuna gerçekleşir.
b. Tomurcuklanma
Tomurcuklanma, ana canlının bir bölümünde hücre bölünmesiyle tomurcuk şeklinde bir çıkıntının oluşması ve bu kısmın zamanla olgunlaşarak yeni bir bireyi meydana getirmesidir. Bu tip üreme bira mayalarında, süngerlerde, bazı sölenterlerde (hidra, denizanası polipleri) ve ciğer otu gibi bazı bitkilerde görülür. Oluşan tomurcuklar bağımsız yaşayabilir ya da ana canlıya bağlı kalarak koloni adı verilen topluluklar oluşturur.
c. Rejenerasyon (Yenilenme)
Rejenerasyon, canlı organizmada kopan veya zarar gören bir parçanın yeniden yapılması şeklinde tanımlanabilir. Plan arya, denizyıldızı gibi bazı canlılarda vücuttan ayrılan parçalardan yeni bireyler oluşabilir. Bu durum bir eşeysiz üreme biçimidir. Ancak bir kertenkelede kopan kuyruk yenilenebilir ama bu kuyruktan yeni bir birey gelişmez. Dolayısıyla kertenkeledeki yenilenme organ düzeyindedir ve bir eşeysiz üreme değildir. Yine memeli hayvan ve kuş gibi gelişmiş canlılarda yenilenme yeteneği doku düzeyindedir ve bir üreme örneği olarak kabul edilemez. Genel olarak canlının gelişmişlik derecesi ile yenilenme yeteneği ters orantılıdır.
d. Sporla Üreme
Sporlar, etrafı dayanıklı bir örtü ile kaplı olan ve olumsuz koşullara dayanabilme özelliği gösteren özelleşmiş hücrelerdir. Sporlar uygun şartlarda gelişerek yeni bir canlıyı oluştururlar. Bu tip üremeye mantarlar ile bir hücrelilerin, omurgasız hayvanların ve tohumsuz bitkilerin bazı gruplarında rastlanır. Mantarların spor kesesinde mitoz yoluyla çok sayıda haploit spor oluşur ve bunlar olgunlaştıklarında spor kesesinin yırtılmasıyla havaya karışırlar. Bu sporlar rüzgâr ya da su ile ılık ve nemli ortamlardaki besinler üzerine taşınırlar. Sporların burada çimlenmesiyle yeni bir hif kitlesi oluşur. Sporla üreyen canlıların yaşam döngülerinde eşeyli ve eşeysiz üreme birbirini takip edebilir. Bu olaya döl değişimi (metagenez) adı verilir. Döl değişiminde çoğunlukla sporlar mayozla, gametler mitozla oluşur. Döl değişimine örnek olarak bir hücreli canlılardan sıtma hastalığına neden olan plazmodyum verilebilir. Bu canlı hayat döngüsünü insanda ve anofel cinsi dişi sivrisinekte tamamlar. İnsanda eşeysiz, sivrisinekte eşeyli olarak ürer.
Çok hücreli canlılarda sporla üremeye eğrelti otu, karayosunu, atkuyruğu gibi tohumsuz bitkilerin hayat döngülerinde rastlanır.
e. Vejetatif Üreme
Bitkilerde görülen bir eşeysiz üreme çeşididir. Mitoz bölünme ve yenilenme asasına dayanan bu üreme şeklinde bitkinin bir parçası veya özelleşmiş bir bölümünün ayrılarak yeni bir bireyi oluşturması söz konusudur. Bu şekilde tek bir bireyden birbirinin genetik kopyası olan çok sayıda bitki üretilmiş olur. Vejetatif üreme tohumla üremeye göre daha kısa sürede gerçekleşir. Bitkilerde sürünücü gövde, rizom (toprak altı gövdesi) ve yumru gövde gibi yapılarda bulunan büyüme dokularından yeni fideler gelişerek çoğalmayı sağlar. Örneğin çilek bitkisinin sürünücü gövdesi, ayrık otu ve zencefil gibi bitkilerin rizom gövdeleri, patates bitkisinin yumru gövdesi, soğan ve lale gibi bitkilerin yassı gövdeleri bu tip üremenin görüldüğü yapılardır. Vejetatif üremenin diğer bir örneği de çelikle üremedir. Bazı saksı bitkileri ve meyve ağaçlarında görülen bu üreme şeklinde bitkinin gövde, yaprak veya kok gibi parçaları ana bitkiden kesilip ayrılarak uygun şartlar altında başka bir yerde köklendirilir. Çelikle üretimin bir başka şekli olan aşılama; iki bitki parçasını birleştirmek, kaynaştırmak ve tek bir bitkiymiş gibi birlikte büyüyüp gelişmelerini sağlamaktır. Bitkiler daldırma yöntemiyle de vejetatif olarak üretilebilir. Bu yöntemde ana bitkinin dalları kendisinden ayrılmadan toprağa gömülür ve gömülen kısım köklendikten sonra yeni bir bitki elde etmek amacıyla ana bitkiden kesilerek ayrılır.