Hücresel Organizasyon Quizi

Lastikli rulo rafta

Pazartesi, saat dokuza on var. Gece karayele dönen rüzgâr histoloji laboratuvarını üşütmüş; kaloriferler yeni ısınıyor. Perşembe akşamı lastikle bağlanan ambalaj kâğıdı, çizili yüzü içeride, pencerenin yanındaki rafta duruyor. Emel Hanım rafa dokunmadan tezgâha haftanın lam kutusunu, ters çevrilmiş iki elektron mikroskobu baskısını ve Volvox kavanozunu koyuyor. Tahtanın bir köşesine de kimsenin görmediği, adsız bir hücre çizmiş ve üstünü bir gazete sayfasıyla örtmüş.

"Kutudan bir şey çıkaracağım, sen mikroskoba bakmadan cevap vereceksin," diyor. "Sonuncular tahtada. Rulo en sonda açılacak." Umay önlüğünün cebinden bir kâğıt çıkarıp her cevabı bir satıra yazmaya hazırlanıyor. Sen de her sorunun cevabını açıklamayı okumadan önce bir satıra yaz; rulo açılana kadar sen de ona bakmıyorsun.

Mantar, yanak ve bir eski sayı

1. Kutudan ilk çıkan mantar kesiti. Umay geçen pazartesi okülerdeki ölçekle bir inçin on sekizde birine 45 hücre saymış olsun. Bir inçte kaç hücre düşer, tek hücrenin boyu kaç mikrometredir? Bu kesit, hücre kuramının üç klasik önermesinden hangisine tek başına dayanak olamaz?

Açıklamalı cevap: İnçteki sayı 810'dur, çünkü 45 × 18 = 810; hücre boyu 25,4 ÷ 810 ≈ 0,031 milimetre, yani 31 mikrometre dolayındadır. Knapic ve arkadaşlarının modern ölçümüyle aynı mertebededir. Kesitteki kutular, içleri havayla dolmuş ölü hücrelerden geriye kalan duvarlardı. Bir duvar ağı, canlıların hücrelerden kurulduğunu düşündürebilir, ama bir hücrenin başka bir hücreden türediğini göstermez. Kuramın tarihini izlediğimiz derste bu önermenin serbest hücre oluşumunun yerine Remak'ın bölünen embriyo hücreleriyle geldiğini görmüştük.

2. İkinci nesne yanak lamı. Umay yağ immersiyonunda iki şey hatırlıyor: ortasında koyu leke taşıyan yassı hücreler ve yüzeylerine serpilmiş noktalar, çubuklar. Hangi ayrımı bu objektifle yapabilir, hangisini yapamaz? Memelinin mitokondri ribozomu 55S iken bakterininki 70S'tir; bu fark endosimbiyoz kuramını zayıflatır mı?

Açıklamalı cevap: Objektif çekirdeğin varlığını gösterir: leke taşıyan hücre ökaryottur, noktaların DNA'sı zarsız bir nükleoidde durur. Noktaların bakteri mi arke mi olduğunu ise gösteremez. Canlıları önce ikiye, sonra üçe ayırdığımız derste Woese ile Fox'un bu ayrımı görüntüden değil, 16S ribozomal RNA dizilerinden çıkardığını görmüştük; üç domain bir soy ayrımıdır, "prokaryot" ise bir yapı adıdır. Svedberg birimi kütle ölçmez, bu yüzden 55 ile 70'in farkı kütle farkı diye okunamaz. Kuram da birebir aynılık beklemez: çift zar, tek ve halkasal DNA, bölünerek çoğalma ve rRNA dizisi ayrı yöntemlerle aynı akrabalığa işaret eder. Benzerlik kökenden gelir, fark ise sonraki evrimden.

3. Üçüncü soru kutudan değil, Umay'ın defterinden. Sender ve arkadaşlarının hesabında bakteriler 3,8 × 10¹³, insan hücreleri 3,0 × 10¹³ tutuyordu; insan hücrelerinin yüzde 84 dolayı alyuvardı. Oranı önce bu paydayla, sonra alyuvarları paydadan çıkararak kur. Hangisi doğru orandır?

Açıklamalı cevap: Üsler sadeleşince ilk oran 38 ÷ 30 ≈ 1,27 olur. Alyuvarlar çıkınca paydada 3,0 × 10¹³'ün yüzde 16'sı kalır: 0,16 × 3,0 = 0,48, yani 4,8 × 10¹²; oran 3,8 ÷ 0,48 ≈ 7,9 olur. İkisi de doğrudur, ama farklı soruların cevabıdır. "İnsan hücresi" tanımı alyuvarı kapsıyorsa bir buçuğun altında, kapsamıyorsa sekize yakın bir sayı çıkar. Sender'in hesabını okuduğumuz dersin X kartındaki "on kat" ise bu iki tanımın hiçbirinden gelmiyordu: Luckey'nin bir litrelik bağırsak içeriği varsayımından ve yuvarlak bir 10¹³ paydasından doğmuştu.

Küpten bölmeye

4. Emel Hanım agar küplerinin yerine tahtaya iki daire çiziyor: yarıçapı 5 ve 15 mikrometre olan iki varsayımsal küresel hücre. Önce hesap yapmadan söyle: zardan merkeze difüzyonla varış süresi büyükte kaç kat uzundur? Sonra glukozun sudaki difüzyon katsayısını 6,7 × 10⁻¹⁰ m²/s alarak büyük hücrenin süresini ve yüzey–hacim oranını bul.

Açıklamalı cevap: Yarıçap üç katına çıktı, süre yarıçapın karesiyle uzar: (15 ÷ 5)² = 9 kat. İki süre oranlanırken katsayı birbirini götürür. Brown Hareketi dersinin t = x² ÷ (2D) bağıntısında yol 15 × 10⁻⁶ metre, karesi 225 × 10⁻¹²; bunu 2D'ye, 1,34 × 10⁻⁹'a bölünce yaklaşık 0,17 saniye çıkar. Kürede oran 3 ÷ r olduğundan büyük hücrede 3 ÷ 15 = 0,2 bölü mikrometredir; küçükte bunun üç katı. Sudaki katsayı kalabalık sitoplazmada tam tutmadığından sayı bir tahmindir; dokuz kat ise değildir.

5. Aynı büyük küre hacmi değişmeden bölünecek, ama bu kez ikiye değil dört eşit küreye. Her yavrunun yarıçapı annenin kaç katıdır, toplam yüzey kaç katına çıkar? Bölünmek dışında hücrenin aynı sınırı karşıladığı yollardan ikisini birer hücreyle örnekle.

Açıklamalı cevap: Her yavru hacmin dörtte birini alır ve hacim r³ ile büyüdüğünden yarıçap 1 ÷ ∛4 ≈ 0,63 katına iner. Dört yavrunun toplam yüzeyi 4 × 0,63² ≈ 1,59 kat eder. Yüzey–hacim dersinde ikiye bölünmenin artışı dörtte bir dolayındaydı. Alyuvar yassı disk biçimiyle aynı hacme daha çok zar sığdırır. Akson bir metre uzar ama incedir; silindirde oran 2 ÷ r olduğundan uzunluk oranı değiştirmez. Emici hücre de zarını mikrovilluslarla kıvırır ve hacmini pek değiştirmeden yüzeyini büyütür.

6. Karaciğer baskısı ters çevriliyor. Kurgu bir keseciğin içi pH 5,6, sitozol 7,2 olsun. Protonlar hangi bölmede daha derişiktir, fark kaç kattır ve nasıl korunur? Mitokondri matriksini aynı ölçekte nereye koyarsın? Zar çizgisi hiç görünmeyen çekirdekçik bir bölme sayılır mı?

Açıklamalı cevap: Fark 1,6 birimdir ve 10^1,6 ≈ 40 eder: kesecikte H⁺ sitozoldekinin kırk katı kadardır. Böyle bir fark kendiliğinden kalmaz; protonlar gradyanın tersine, ATP harcayan V-ATPaz pompalarıyla içeri taşınır. Lizozomda bu farkın yüzlerce kata vardığını ve enzimlerin sitozolün pH'ında düzgün çalışmadığını Hücresel Bölmelendirme dersinde görmüştük. Matriks ise öbür uçtadır: pH'ı 8,0 dolayında, yani sitozolden baziktir, ve iç zarındaki gerilim bir sinir hücresinin dinlenim potansiyelinin iki katını aşar. Çekirdekçik de bir bölmedir. Zar yerine bileşenlerini çevresinden yüksek derişimde tutarak ayrışır ve biyomoleküler kondensatların örneğidir.

Pankreas, kavanoz ve kesit

7. Pankreas baskısı çevriliyor. Tabanda sık çizgiler, tepede taneler. Umay'a bir cümle okunuyor: "Asiner hücre enzim genlerini taşıdığı için enzim yapar; karaciğer hücresi bu genlere sahip değildir." Cümleyi düzelt. Zigotu, kan yapıcı kök hücreyi ve embriyonik kök hücreyi potensi genişten dara doğru diz; fibroblast deneyi bu dizide hangi yönde yürüdü?

Açıklamalı cevap: İki hücre aynı genomu taşır; ayrışan, hangi genlerin ifade edildiğidir. Karaciğer hücresi sindirim enziminin genine sahiptir, onu kullanmaz. Özelleşme dersinin istisnası alyuvardı: başka bir genom taşımaz, olgunlaşırken genomunu atar. Potens genişten dara zigot, embriyonik kök hücre, kan yapıcı kök hücre diye sıralanır; ilki totipotent, ikincisi pluripotent, üçüncüsü multipotenttir. Takahashi ile Yamanaka merdiveni tersine çıktı: farklılaşmış fare fibroblastlarını dört faktörle pluripotent hücreye benzeyen hücrelere çevirdi.

8. Emel Hanım bir sağlık sayfasından okuyor: "İnsan bedeninde tam iki yüz hücre tipi vardır." Vickaryous ile Hall'un 411 tipinin 145'i nörondu. Nöron dışındaki tiplerin listedeki payını hesapla. İki yüz, 411 ve Tabula Sapiens'in 400'ü aşkın tipi neden birbiriyle çelişmez?

Açıklamalı cevap: Nöron dışı tip sayısı 411 − 145 = 266, payı 266 ÷ 411 ≈ 0,65; listenin yaklaşık üçte ikisi. Sayıların çelişmemesinin nedeni ölçülen büyüklüğün tanımıdır. Atlas tipleri tek tek hücrelerin RNA desenlerinden ayırdı; derlemenin ve yaygın sayının ölçütleri başkaydı. İki nöronun aynı tipe mi yazılacağı biçime, yerleşime ya da gen ifadesine bakılmasına göre değişir. Farklılaşmayı işlediğimiz derste bunu tanımsal belirsizliğin örneği olarak okumuştuk. "Tam" sözcüğü bu yüzden yanlıştır ve iddianın X kartı bundandır.

9. Volvox kavanozu ile bağırsak kesiti yan yana. Volvox'u bir koloniden ayıran nedir? Kurgu bir epitelde yalnız sıkı bağlantılar kurulamasaydı hangi iki iş aksardı, bu işleri neden desmozom ya da oluklu bağlantı üstlenemezdi?

Açıklamalı cevap: Volvox'ta hücreler işi bölüşmüştür. Yüzeydeki kamçılı somatik hücreler küreyi yüzdürür ama üremez, içerideki gonidyumlar yeni kolonileri üretir. Sıkı bağlantı iki iş görür. Hücrelerin arasından madde geçişini kapatır; çit olarak da tepe zarının proteinleriyle taban-yan zarınkilerin karışmasını önler. Desmozom kadherinle hücreleri birbirine perçinler ve ara filamentlere tutunur; işi mekanik dayanıklılıktır. Oluklu bağlantının konneksonları ise iyonları ve küçük molekülleri komşuya geçirir; çok hücrelilik dersinde kalp kası hücrelerinin birlikte kasılmasını buna bağlamıştık.

Gazetenin altındaki hücre

10. Emel Hanım gazeteyi yarıya kadar indiriyor. Görünen kısımda hücrenin zarı tek bir kalın çizgi. "Bu çizgi senin 0,5 milimetrelik kaleminle çekildi. Zarı gerçek ölçeğiyle bu kalınlıkta çizseydin ölçek ne olurdu?" Bu ölçekte yaklaşık 6 mikrometrelik bir çekirdek ve 200 nanometrelik ışık sınırı kaç uzunlukta çizilirdi? Aynı ölçeğe 450 nanometrelik mavi ışıkla çalışan, NA'sı 1,4 olan bir yağ immersiyonu objektifinin Abbe sınırını da taşı.

Açıklamalı cevap: Zarın kalınlığı 4 nanometre dolayındaydı. Ölçek 0,5 × 10⁻³ ÷ 4 × 10⁻⁹ = 125.000 kat olur, perşembe günkü kâğıdın on iki buçuk katı. Çekirdek bu ölçekte 6 × 10⁻⁶ × 125.000 = 0,75 metre tutar; bir metrelik kâğıdı tek başına dolduracak kadar. Işık sınırı 25 milimetre olur. Abbe sınırı d = λ ÷ (2 × NA) ile 450 ÷ 2,8 ≈ 161 nanometre, yani bu ölçekte 20 milimetre dolayıdır. Kısa dalga boyu sınırı biraz indirir, ama zar yine sınırın kırkta birinden incedir. Daha güçlü bir okülerse sayıyı değiştirmez; sınır açıklığa ve dalga boyuna bağlıydı.

11. Gazete tamamen iniyor. Hücre tahtaya yatık çizilmiş, hangi ucun tepe olduğu yazılmamış. Sol uçta sık, yuvarlak ve koyu taneler toplanmış. Onların sağında kavisli, yassı keseler üst üste duruyor, daha sağda iki çizgili bir oval, ovalin dış çizgisinden sola uzanan noktalı keseler var. Uzun kenarlarda sol uca yakın ince, kesintisiz bir şerit, daha sağda seyrek noktalar görülüyor. Sağ uç ince bir çizgiye yaslanmış ve ona küçük yarım düğmelerle tutunmuş; kıvrık şekiller her yere dağılmış. Tepe hangi uçtur? Hangi ipucu işe yarar, hangisi yaramaz, çizim neyi söyleyemez?

Açıklamalı cevap: Tepe soldadır ve bunu tek bir ipucu değil, birbirinden bağımsız üç ipucunun aynı yönü göstermesi söyler. Görsel harita dersinde çizdiğimiz salgı yolu kaba ER'de başlıyor, Golgi'ye cis tarafından girip trans tarafından çıkıyor ve keseciklerle zara varıyordu; taneler yolun sonunda, soldaki zarın dibinde birikmiştir. Kesintisiz şerit sıkı bağlantıdır ve tepe yüzünün hemen altında durur; seyrek noktalar desmozomlardır. Sağ uçtaki yarım düğmeler hücreyi bazal membrana bağlayan hemidesmozomlardır ve tabanı işaret eder. Çekirdeğin sağa, tabana yakın durması da silindirik epiteldeki yerleşime uyar. Kıvrık şekiller mitokondridir; sabit bir adresleri olmadığı için ekseni göstermezler. Tepede fırçamsı kenar yok, tepeyi taneler dolduruyor; düzen emici hücreden çok bir salgı hücresine benzer. Hangi organdan geldiğini, tanelerin ne taşıdığını ise çizim söyleyemez. Aynı düzen birçok salgı epitelinde bulunabilir.

Lastik çözülünce

Umay'ın kâğıdında on bir satır var; ikisinin yanına soru işareti koymuş. Emel Hanım lastiği çözüp ruloyu tezgâha seriyor ve kenarlarına lam kutusunu, kavanozu koyup açık tutuyor. Perşembe günkü emici hücre dik duruyor, tahtadaki ise yatık. Umay kâğıdı çeyrek tur döndürüp ikisini aynı yöne getiriyor: tabanda oval, tepede sıkı bağlantı şeridi. Birinin tepesi fırça gibi taranmış, öbürününki tanelerle dolu.

Emel Hanım soru işaretli iki satıra bakmıyor bile; yalnız kâğıdın köşesindeki "yüzler, yol, ölçek" notunun altına dördüncü bir sözcük ekliyor: "tanım". Sonra perşembe günkü zar çizgisini parmağıyla izliyor. "Bir haftadır bu çizgiyi yarım milimetre çektin. İçinde ne olduğunu hiç sormadın."

Modülü toplarken

Hooke kutuları saydı ama içlerini göremedi; Umay okülerde seçemediği yapıları kâğıtta doğru yere koydu. Aradaki yedi ders bir hücreye üç yönden baktı: nereden geldiğine, ne kadar büyüyebileceğine ve komşularıyla ne iş gördüğüne. Quizde iki sayının anlamı paydasıyla değişti; hücreyi saymak da önce neyin hücre, neyin tip sayıldığını söylemeyi gerektiriyor.

Bir sonraki derse köprü

Hidrofobik Etki dersinde amfipatik molekülü, suyla etkileşen bir başı ve sudan kaçan bir kuyruğu aynı gövdede taşıyan molekül olarak tanımlamış, lipit çift tabakasında bu kuyrukların iki katmanın arasına saklandığını görmüştük. Bu quizde aynı yaprak yalnız bir kalınlık olarak, dört nanometre diye girdi. Fosfolipit Çift Tabaka dersi o çizginin içini açacak: bir fosfolipitin (phospholipid) polar başını iki yağ asidi kuyruğuna hangi parçalar bağlar, ve iki kuyruklu bu molekül suda neden küçük bir küre değil de dört nanometre kalınlığında, iki katlı bir yaprak kurar?