İnsan Hücresinin Görsel Haritası · Fonksiyonel Tıp Akademisi

Ambalaj kâğıdında bir sütun

Perşembe, saat dördü çeyrek geçiyor; lodos camları hafifçe titretiyor. Emel Hanım tezgâhı boşaltıp üstüne rulodan kestiği bir metrelik kahverengi ambalaj kâğıdını bantlamış. Yanında renkli kalemler, bir cetvel ve Umay'ın 0,5 milimetrelik uçlu kalemi var. Mikroskopta salı günkü ince bağırsak kesiti hâlâ takılı; tezgâhın ucunda haftanın iki elektron mikroskobu baskısı, karaciğer ile pankreas, üst üste duruyor.

"Bugün bakmayacağız, çizeceğiz," diyor Emel Hanım ve kâğıdın ortasına uzun, dik bir dikdörtgen çiziyor. "Bu, kesitteki emici hücrelerden biri. Üst kenarı bağırsağın boşluğuna, alt kenarı bağ dokusuna bakıyor. İçini sen dolduracaksın, ama her şeyi aynı ölçekte." Umay kalemi alıp duraksıyor. "Hangi ölçekte?"

Bu derste ne olacak

Haftanın parçalarını tek bir kâğıtta buluşturacağız. Önce ışık mikroskobunun sınırını seçilen ölçekte bir uzunluğa çevirecek, sonra emici hücreyi tepeden tabana ve çekirdekten dışarı doğru dolduracağız. Bir proteinin hücreyi terk ederken izlediği yolu çizimin üstünde okuyup en sonda yapıların boyutlarını bir tabloda sıralayacağız.

Metin

Kâğıdın ölçeği

Ölçeği çekirdek belirler. Wikipedia'nın hücre çekirdeği maddesi, Alberts'in ders kitabına dayanarak insan hücrelerinde çekirdek çapını yaklaşık altı mikrometre verir; Ron Milo ile Rob Phillips'in sayılarla hücre biyolojisi kitabı tipik çapları 2 ile 10 mikrometre arasında sayar. Emel Hanım'ın önerisi: bir mikrometre kâğıtta bir santimetre olsun. Çizim gerçeğin on bin katıdır ve çekirdek altı santimetrelik bir ovale dönüşür.

Bu ölçeğin yararı, ışık mikroskobunun sınırını kâğıda taşımasıdır. Hücre Kuramının Tarihi dersinde Abbe'nin sınırını yeşil ışıkla 250, yağ immersiyonuyla 180 nanometre dolayında bulmuştuk; OpenStax'in Biology kitabı da öğrenci laboratuvarındaki ışık mikroskobunun çözünürlüğünü yaklaşık 200 nanometre verir. Bu, mikrometrenin beşte biridir ve kâğıtta iki milimetre eder. Kâğıtta iki milimetreden küçük çizilen her şey, ışık mikroskobunda ayrı bir yapı olarak seçilemez.

Tepeden tabana üç yüz

Bir epitel hücresinin yüzleri birbirinin eşi değildir. Salı günkü çok hücrelilik dersinde sıkı bağlantının bir çit gibi çalıştığını, boşluğa bakan yüzün zar proteinleriyle tabana bakanınkilerin karışmasını önlediğini görmüştük.

OpenStax'in anatomi kitabı (Anatomy and Physiology) epitel hücrelerinde organellerin ve zar proteinlerinin tepe ile taban arasında kutuplu dağıldığını yazar. Wikipedia'nın epitel kutupluluğu maddesi tepe, yan ve taban diye üç zar bölgesi ayırır.

Umay dikdörtgenin üst kenarını sık, kısa çizgilerle tarıyor: hücre boyutu dersinde zar yüzeyini büyüttüğünü gördüğümüz mikrovilluslar. Her birinin ortasına koyu bir çizgi ekliyor, çünkü Wikipedia'nın mikrovillus maddesine göre omurgaları çapraz bağlı bir aktin demetidir; terminal ağ maddesi bu demetlerin tepede zarın altına gerilmiş bir aktin ağına gömüldüğünü yazar.

Yan kenarlara salı günkü bağlantıları yukarıdan aşağı diziyor: fırçamsı kenarın hemen altında ince bir sıkı bağlantı şeridi, altında aktine tutunan yapışma kuşağı, daha aşağıda seyrek desmozom noktaları. Alt kenara hemidesmozomlar gidiyor; OpenStax'in anatomi kitabı bunların hücreyi hücre dışı matrikse, örneğin bazal laminaya bağladığını yazar. Kâğıtta yan yüzler komşu hücreye, taban yüzü matrikse, tepe yüzü bağırsağın içeriğine bakıyor.

Çekirdekten dışarı

Çekirdek ortaya değil, tabana yakın, dikine uzamış bir oval olarak gider. OpenStax'in anatomi kitabı tek katlı silindirik epitelde çekirdeği hücrenin taban ucuna, Wikipedia'nın bu epitele ayrılmış maddesi taban bölgesine yerleştirir.

Umay ovali iki çizgiyle çiziyor; Hücresel Bölmelendirme dersinde baskıda çekirdeğin çevresinde iki zar saymıştı. Çizgilere aralıklı boşluklar bırakıyor: gözenekler. Wikipedia'nın hücre çekirdeği maddesi gözenek çapını 100, çekirdek gözeneği kompleksi maddesi 120 nanometre dolayında verir; bu ölçekte bir milimetre kadardır ve sınırın altında kalır. İçeriye koyu, düzensiz bir leke, çekirdekçik giriyor. OpenStax'in anatomi kitabı onu ribozom yapımı için gereken RNA'yı üreten bölge diye, Wikipedia çekirdeğin en büyük yapısı diye tanımlar. Zarsız bir bölme olduğunu bölmelendirme dersinde görmüştük; çevresine çizgi çekilmez.

Çekirdeğin dış çizgisi burada bitmez. OpenStax'in Biology kitabı ER zarının çekirdek zarfıyla sürekli olduğunu yazar; Microbiology kitabına göre çekirdek zarfı endoplazmik retikulumla süreklidir ve ona dönüşür. Wikipedia ER'nin iç boşluğunun iki çekirdek zarı arasındaki boşlukla sürdüğünü, kaba ER'nin çekirdeğin yanında geniş yapraklar, düz ER'nin borucuklardan bir ağ kurduğunu ekler. Umay dış çizgiyi kalemini kaldırmadan yukarı uzatıp ribozom noktalı yassı keselere, onların ötesinde noktasız ince kıvrımlara çeviriyor.

Wikipedia'nın Golgi maddesi memeli hücrelerinde Golgi aygıtını çekirdeğin yakınına, sentrozomun bitişiğine koyar. Emici hücrede çekirdek tabana yaslandığı için sitoplazmanın geniş kısmı onun üstündedir; Umay Golgi'yi oraya çiziyor. OpenStax'in Biology kitabına göre ER'ye yakın yüzüne cis, karşı yüzüne trans denir; Microbiology kitabı bunları alıcı ve gönderici yüz diye adlandırır. Umay kavisli keselerin alt ucuna "cis", tepeye bakan ucuna "trans" yazıyor.

Bir proteinin çıkış yolu

Kâğıtta ER, Golgi ve tepe zarı aşağıdan yukarıya tek bir hat üstünde duruyor. Emel Hanım bu hattı kırmızı bir okla izletiyor. OpenStax'in Biology kitabına göre ER'den ayrılan taşıma kesecikleri Golgi'nin cis yüzüyle kaynaşıp yüklerini boşaltır, işlenen ürünler trans yüzünden yeni keseciklerle ayrılır, salgı kesecikleri de plazma zarıyla kaynaşıp içeriklerini dışarı bırakır. Microbiology kitabı aynı sırayı verir; Wikipedia trans yüzünün ötesinde proteinlerin ayıklanıp birden çok hedefe gönderildiğini ekler.

Ok, haftanın iki gözlemini birleştiriyor. Pazartesi günkü özelleşme dersinde pankreasın salgı hücrelerinde tabanı kaba ER'nin, tepeyi zimojen granüllerinin doldurduğunu görmüştük; hat tabanda başlayıp tepede bittiği için granüller orada birikir. Bölmelendirme dersinde Golgi'den geçerek lizozoma ulaştığını söylediğimiz enzim de aynı hattan çıkar, yalnız trans yüzünde zara değil lizozoma giden bir keseciğe biner.

Kutupluluk madde geçişinde de görülür. Aktif Taşıma dersinde (L02-P07-M01-D06) SGLT1'in bağırsak hücresinin boşluğa bakan yüzünde durduğunu görmüştük. OpenStax'in anatomi kitabı glukozun hücreye sodyumla girip kolaylaştırılmış difüzyonla çıktığını, Wikipedia'nın enterosit maddesi çıkışın taban-yan zardan olduğunu yazar. Şeker bir yüzden girip öbüründen çıkabiliyorsa, iki yüzün zar proteinleri birbirine karışmıyor demektir.

Hücre iskeleti

Kaynaklar liflerin kalınlığını birkaç nanometre farkla verir. Aktin ipliği OpenStax'in Biology kitabında yaklaşık 7, Microbiology kitabında 6 nanometredir; ara filament 8 ile 10, mikrotübül 23 ile 27 nanometre arasında kalır, Wikipedia'nın maddeleri de bu aralıklardadır. 25 ÷ 7 ≈ 3,6 eder: mikrotübül aktin ipliğinden üç buçuk kat kalındır.

Emel Hanım üç renk seçtiriyor. Aktin zaten çizildi: mikrovillusların omurgası ve tepedeki ağ. Mikrotübüller için Umay çekirdeğin yanına bir nokta koyup ışınlar çekiyor; Biology kitabı hayvan hücresinde sentrozomu mikrotübüllerin düzenlenme merkezi sayar, anatomi kitabı sentriyollerini çekirdeğin yakınına yerleştirir. Ara filamentleri yeşil kalemle desmozom ve hemidesmozomlardan içeri çiziyor. Anatomi kitabına göre bu lifler hücreleri koparmaya çalışan gerilmeye direnir, Biology kitabına göre çekirdeği yerinde tutar.

Mitokondri, lizozom ve peroksizom nerede?

Bu üç organelin sabit bir adresi yoktur. Milo ile Phillips mitokondriyi kabaca iki mikrometre boyunda, bir mikrometre çapında, uçları yuvarlak bir silindire benzetir; Wikipedia kesitlerdeki alanını 0,75 ile 3 mikrometrekare verir. Ortak kalan, genişliğin bir mikrometre mertebesinde olmasıdır; Umay sitoplazmaya bir santimetre kalınlığında kıvrık şekiller dağıtıyor.

Lizozomda kaynaklar ayrışır. Wikipedia 0,1 ile 1,2 mikrometre verir; Bandyopadhyay ve arkadaşlarının 2014'te PLoS One dergisindeki çalışması olağan çapı 50 ile 500 nanometre arasında sayar, ölçtüğü epitel hücrelerinde ortancayı 520 nanometre bulur. Lizozomlar birkaç yüz nanometre dolayındadır, küçükleri ışık sınırının altındadır. Peroksizom için Wikipedia ile Vigo Üniversitesi'nin histoloji atlası aynı aralığı, 0,1 ile 1 mikrometreyi verir.

Yaygın yanlış"Organeller hücrenin içinde gelişigüzel yüzer; ders kitabındaki düzen çizerin tercihidir."

Doğrusu

Kutuplu bir epitel hücresinde çekirdeğin tabandaki yeri, ER'nin çekirdek zarıyla sürekliliği, Golgi yüzlerinin yönü ve bağlantıların yan yüzlerdeki sırası gözlenmiş bir düzendir. Mitokondri ve lizozomun yeri hücreden hücreye değişir; onlar da mikrotübüllerin döşediği raylarda taşınır.

Ölçek şeridi

Kâğıdın sağ kenarına Umay aynı ölçekte bir tablo çiziyor: gerçek boy, kâğıttaki karşılığı ve 200 nanometrelik sınıra göre yeri.

Yapı	Gerçek boyut	Kâğıtta (1 µm = 1 cm)	Işık mikroskobunda
Çekirdek	2–10 µm; insan hücresinde yaklaşık 6 µm	2–10 cm	Seçilir
Mitokondri	Genişliği yaklaşık 1 µm	Yaklaşık 1 cm	Görünür; iç zarı seçilmez
Lizozom	Yaklaşık 0,05–1,2 µm	0,5 mm–1,2 cm	Küçükleri sınırın altında
Peroksizom	0,1–1 µm	1 mm–1 cm	Küçükleri sınırın altında
Çekirdek gözeneği	100–120 nm	1–1,2 mm	Seçilmez
Ribozom	25–30 nm	0,25–0,3 mm	Seçilmez
Mikrotübül	23–27 nm	0,23–0,27 mm	Seçilmez
Ara filament	8–10 nm	0,08–0,1 mm	Seçilmez
Aktin ipliği	6–7 nm	0,06–0,07 mm	Seçilmez
Zarın lipit çift tabakası	Yaklaşık 4 nm	0,04 mm	Seçilmez

Ribozom satırı Wikipedia'nın ribozom ve ökaryot ribozomu maddelerinden gelir; biri nanometre, öbürü ångström ile aynı aralığı verir. Zar satırında Milo ile Phillips lipit çift tabakasını 4 nanometre hesaplar, Wikipedia'nın hücre zarı maddesi de aynı değeri yazar.

Umay son satıra bakınca kalemini kaldırıyor. Uçlu kalemin çizgisi yarım milimetre, bu ölçekte zar ise 0,04 milimetre olmalı: 0,5 ÷ 0,04 = 12,5 eder, kâğıttaki her zar on iki buçuk kat kalın çizilmiş. 200 ÷ 4 = 50 eder; zar, ışık mikroskobunun ayırabildiği en küçük uzaklığın ellide biridir. Çekirdek çapını zar kalınlığına bölersek 6 µm ÷ 4 nm = 1500 buluruz. Mitokondri ise sınırdadır: bir mikrometre, 200 nanometrenin beş katıdır; organel bir nokta ya da kısa bir iplik olarak görünür. Wikipedia'nın mitokondri maddesi de bu çözünürlüğün çift zarı, hatta yakın duran mitokondrileri ayırmaya yetmediğini yazar.

Tablo yalnız boyu karşılaştırır; tanınmak için boya ya da kontrast da gerekir. Hücre boyutu dersinde fırçamsı kenarın bir şerit olarak göründüğünü, parmakların seçilmediğini görmüştük.

İki mikroskop, iki harita

Tablonun alt yarısı elektron mikroskobunun alanıdır. OpenStax'in Biology kitabı elektronların fotonlardan kısa dalga boyu sayesinde çok daha ince ayrıntı çözdüğünü, geçirimli elektron mikroskobunun hücrenin iç yapısını gösterdiğini yazar. Microbiology kitabı aynı nedeni verir ve sınırını ekler: hazırlık yöntemi yüzünden canlı malzemede kullanılamaz; Biology kitabı da hazırlığın örneği öldürdüğünü söyler.

İki araç bu yüzden birbirini tamamlar. Salı günkü kesitte ışık mikroskobu bir organın katlarını, hücre dizilerini ve çekirdekleri bir arada gösterdi; cuma ve pazartesi günkü baskılar zar çizgilerini, ER keselerini ve ribozom noktalarını, ama durağan bir anın tek kesitini. Umay'ın kâğıdı ölçeği ve dizilişi birinden, iç ayrıntıyı öbüründen alıyor.

Kâğıt rulo olmadan önce

Saat beşe geliyor. Umay geri çekilip kâğıda bakıyor: tabanda iki çizgili oval, ondan uzanan keseler, cis ve trans, tepeye kıvrılan kırmızı ok, yanlarda bağlantı şeritleri, dağınık mitokondriler. Tablonun ortasından kırmızı bir çizgi geçiyor: iki milimetre.

Emel Hanım çizginin altında kalan satırları gösteriyor. "Bunların hiçbirini okülerde görmedin," diyor, "ama hepsini doğru yere koydun." Umay köşeye küçük harflerle "yüzler, yol, ölçek" yazıyor. Emel Hanım kâğıdı rulo yapıp lastikle bağlıyor. "Hafta sonu bu kâğıda bakma. Pazartesi onu açmayacağız; sorularımı aklında kalanla cevaplayacaksın."

Kendini sına

Bu kâğıdın ölçeğinde (1 µm = 1 cm) ışık mikroskobunun sınırı kaç milimetredir? Çekirdek gözeneği bu sınırın altında mı, üstünde mi kalır?
Emici hücrenin üç yüzünün neye baktığını yaz; her birine bu derste çizilen bir yapı yerleştir.
Salgılanacak bir proteinin kaba ER'den hücre dışına kadar izlediği yolu Golgi'nin iki yüzünü adlandırarak sırala. Pankreas asiner hücresinde zimojen granüllerinin neden tepede toplandığını bu yolla açıkla.
Aktin ipliği, ara filament ve mikrotübülü kalınlık sırasına diz. Her birini emici hücrede bir yere yerleştir.
"Elektron mikroskobu ışık mikroskobundan her bakımdan üstündür" cümlesini iki aracın sınırlarıyla düzelt.

Bir sonraki derse köprü

Kâğıt rulo oldu; üstündekileri bu kez hafızadan çağırmak gerekecek. Hücresel Organizasyon Quizi, bir haftalık yolun araçlarını yeni sorularda sınayacak: yüzey–hacim oranından bölmelendirmeye, farklılaşmadan hücreler arası bağlantılara kadar öğrendiklerin, sana ilk kez gösterilen bir hücreyi okumaya yetecek mi, ve o hücrenin kutupluluğunu organellerin yerinden çıkarabilecek misin?