Hücre İskeleti Görsel Laboratuvarı · Fonksiyonel Tıp Akademisi

Çarşamba, mantar pano

Ekimin dördüncü çarşambası güneşli ama soğuk; kırağı öğleye kadar kavakların dibinde beyaz kaldı. Perdeli odanın perdeleri bu kez açık. Behice Hanım duvardaki mantar panoya ayın bütün lamellerinden basılmış görüntüleri iğnelemiş: yeşil aktin çizgili fibroblast, kırmızı ışınlı hücre, keratin demetli deri hücreleri, eğik çizgili zaman şeridi, yarım ay biçimli balık hücresi, ağır çekimden bir kare, jel ile camdaki iki hücre. Panonun altındaki masada bir metrelik bir kâğıt şerit açık duruyor.

Toygar fotoğrafları uzun uzun geziyor. "Tuhaf," diyor. "Fotoğraflarda aktin çizgileri mikrotübül ışınlarından kalın görünüyor. Oysa boru üç kattan fazla kalındı." Behice Hanım cetveli uzatıyor. "O zaman fotoğrafa değil kâğıda bak. Önce üç ipliği aynı ölçekte çiz, sonra fotoğrafın sana neyi söyleyemediğini bul."

Bu derste ne olacak

Üç ipliği tek bir tabloda karşılaştıracak, motorları raylarıyla eşleştirecek ve zemindeki bir tutunma noktasından çekirdeğe giden kuvvetin yolunu sözle çizeceğiz. Sonra aynı ölçekte kendi çizimini yapacak, floresan fotoğrafın hangi üç yerde yanılttığını hesapla göreceksin.

Metin

Üç iplik, tek tablo

Toygar defterindeki üç çizimi yan yana koyuyor: pazartesinin çubuğu, çarşambanın borusu, cumanın halatı. Her birinin yanına o gün yazdığı notlar duruyor. Bunları tek tabloda topluyor.

Özellik	Aktin ipliği	Mikrotübül	Ara filament
Kalınlık	6–7 nm	23–27 nm, içi boş	8–10 nm
Yapı birimi	küresel aktin, yaklaşık 42 kDa	α ile β tübülin çifti, yaklaşık 100 kDa	lifli protein; vimentin 466 amino asit
Bir mikrometredeki birim	yaklaşık 370	1.625 çift	615–840
Uçlar	dikenli artı uç, sivri eksi uç	β açıkta artı, α açıkta eksi	iki uç aynı, yönsüz
Yakıt	ATP	GTP	nükleotit yok
Kendi davranışı	koşu bandı	dinamik kararsızlık	fosfat eklenmesiyle düzenlenir
Kalıcılık uzunluğu	10–20 µm	1–10 mm	yaklaşık 1 µm
Motor	miyozinler	kinezinler, dineinler	bilinen motoru yok

Tablo bir karşılaştırmayı hemen gösterir: kalınlık sırası ile sertlik sırası aynı değildir. Ara filament aktinden kalındır, ama kıvrımı en kolay olan odur; Ara Filamentler dersinde aktinin ondan 10 ile 20 kat, mikrotübülün bin kattan fazla sert olduğunu bulmuştuk. Kütle sırası da başka bir şey söyler. Bir mikrometrelik mikrotübül yaklaşık 162.500, aktin yaklaşık 15.500, ara filament 33.000–45.000 kilodalton tartar; boru aktinden 162.500 ÷ 15.500 ≈ 10 kat, halat 2 ile 3 kat ağırdır.

Uç ve yakıt satırları birlikte okunmalı. Aktinde de tübülinde de yakıt, birimin iplikte ne kadar kalacağını belirleyen bir saattir: yeni eklenen birim nükleotidi yıkar ve yaşlanır. Ara filamentte bu saat yoktur, çünkü birimi nükleotit bağlamaz; Ara Filamentler dersinde hücrenin enerjiyi ipliği düzenleyen fosfat eklemeleriyle harcadığını görmüştük.

Ölçekli şerit

Toygar ölçeği seçiyor: bir mikrometre kâğıtta on santimetre, yani gerçeğin yüz bin katı. Bir nanometre bu ölçekte milimetrenin onda biridir.

Yapı	Gerçek boy	Kâğıtta
Aktin, çap	6–7 nm	0,6–0,7 mm
Ara filament, çap	8–10 nm	0,8–1 mm
Mikrotübül, çap	23–27 nm	2,3–2,7 mm
Aktin birimi başına uzama	2,7 nm	0,27 mm
Kinezin adımı	8 nm	0,8 mm
Işık mikroskobunun sınırı	yaklaşık 200 nm	2 cm

Üç iplik şeritte kalemin ucuyla çizilecek kadar incedir: aktin ince uçlu kalemin izinden bile dar kalır, mikrotübül iki buçuk milimetrelik bir şerittir. Kurgu olarak yirmi mikrometrelik bir fibroblast bu ölçekte iki metreyi bulacağı için Toygar hücrenin yalnız beş mikrometrelik bir penceresini, elli santimetreyi çiziyor.

Kalıcılık uzunluğu şeride sığmaz. Ara filamentinki on santimetredir; şeritte halat her on santimetrede bir yön değiştirir. Aktininki bir ile iki metre arasıdır, pencereyi neredeyse düz geçer. Mikrotübülünkü beş milimetreyi alırsak kâğıtta beş yüz metre eder; Milo ile Phillips'in 1–10 milimetrelik aralığıyla yüz metreden bir kilometreye uzanır. Kâğıttaki boru, hangi kaynağı seçersen seç, cetvel gibi düz çizilmelidir.

Kinezinin tüpteki hızını Moleküler Motorlar dersinde saniyede 0,8 mikrometre bulmuştuk. Şeritte bu saniyede sekiz santimetredir: bir motor, sekizer milimetrelik adımlarla, elli santimetrelik pencereyi altı saniyeden biraz uzun sürede geçer.

Motor ile ray

Toygar şeridin altına motorları raylarının yanına yerleştiriyor.

Motor	Ray	Yürüdüğü uç	Yakıt	Bu modüldeki işi
Miyozin II	aktin	artı uç	ATP	stres lifinde kasılma, göçte arkayı toplama
Miyozin VI	aktin	eksi uç	ATP	kuralın bilinen istisnası
Kinezin-1	mikrotübül	artı uç	ATP	yükü merkezden çevreye taşıma
Sitoplazmik dinein	mikrotübül	eksi uç	ATP	yükü çevreden merkeze taşıma
Aksonem dineini	komşu dublet	eksi uç	ATP	dubletleri kaydırıp kılı bükme
Yok	ara filament	uç ayrımı yok	yok	çekmeyi taşıma, biçimi koruma

Rayların yakıtı ile motorların yakıtı ayrı hesaplardır. Tübülin GTP yıkar, ama onun üstünde yürüyen kinezin de dinein de ATP yakar. Moleküler Motorlar dersinde motor yönünü ipin kutupluluğundan okuyordu; miyozin VI aynı ipte ters yöne gittiğinde değişen şey ip değil, başın o yönü okuma biçimiydi.

Son satır tablonun asıl dersidir. İki ucu birbirinin aynısı olan bir ipte adım atacak bir yön yoktur. Silya ve Flagella dersindeki kıl içi taşımada da raylar yine mikrotübüldü; kinezin-2 yükü kılın ucuna götürüyor, sitoplazmik dinein 2 geri getiriyordu.

Kuvvetin yolu, sözle çizim

Toygar şeridin sağ ucuna, dikey olarak, bir tutunma noktasından çekirdeğe giden yolu çiziyor. Çizimi aşağıdan yukarı kur:

En alta, cama paralel kalın bir çizgi çek: hücre dışı matriks. Üstüne fibronektin için kısa çentikler koy.
Çentiklerin üstüne zarı boydan boya geçen integrinleri diz; zarın iki çizgisi arasında dursunlar.
Zarın iç yüzünde her integrinden yukarı doğru bir boncuk dizisi uzat: talin. Birkaç boncuğun yanına küçük kırmızı daireler koy: gerilince açılan yerlere bağlanan vinkülin.
Talinin öbür ucunu yatay, kalın bir demete bağla: stres lifi. Demetin içine zıt yönlü aktin iplikleri, aralarına iki başlı küçük miyozin II çubukları çiz.
Demeti çekirdeğin kenarına uzat. Çekirdek zarını iki çizgiyle çiz; dış çizgiden aktine uzanan nesprin, iç çizgide ona iki zarın arasında kenetlenen SUN olsun.
İç çizginin hemen altına, çekirdeğin çevresini saran ince bir ağ çiz ve SUN'u ona bağla: çekirdek laminası.

Yolun iplikleri bu çizimde okunur. Zeminden çekirdek zarına kadar kuvveti aktin taşır; laminanın kendisi ise tip V ara filamenttir. Bu yolun bir ucu en ince iplikte, öbür ucu halat ailesindedir. Mekanotransdüksiyon dersinde stres lifinin çekişinin LINC üzerinden bu kabuğa kadar uzanabildiğini görmüştük.

Aynı çizime ikinci bir yol eklenebilir. Hemidesmozom da hücreyi alttaki matrikse integrinle bağlıyordu, ama içeride plektin üzerinden keratine tutunuyordu. Aynı integrin ailesi, iki farklı iplik: odak yapışmada aktin, hemidesmozomda ara filament. Bu modülde mikrotübülleri çekme yolunun üstünde görmedik; Mikrotübüller dersinde OpenStax'ten okuduğumuz iş başkaydı: borular hücrenin ezilmeye karşı koymasına katkı veriyordu. Şeritte boruları yolun yanına, dik ve düz çiz.

Senin şeridin

Şimdi aynı çizimi sen yap. Bir A4 kâğıdının uzun kenarı yaklaşık 30 santimetredir; bu ölçekte üç mikrometrelik bir pencere taşır. Kâğıdı yatay koy ve şu sırayla ilerle:

Sol alt köşeye 10 santimetrelik bir ölçek çubuğu çiz, altına "1 µm" yaz.
Kâğıdın ortasından yatay üç çizgi geçir: 0,7 milimetre kalınlıkta aktin, 1 milimetrelik ara filament, 2,5 milimetrelik mikrotübül. Mikrotübülün içini boş bırak.
Aktinin üstüne, her 0,27 milimetrede bir, kısa bir çentik koy; üç mikrometrede kaç çentik düştüğünü 3 × 370 ile sına.
Ara filamenti düz çizme: her on santimetrede bir yön değiştirsin.
Kâğıdın sağ kenarına 2 santimetrelik kırmızı bir şerit koy: mikroskobun iki noktayı ayrı gösterebildiği sınır.

Çizim bitince kırmızı şeridi üç iplikle karşılaştır. Fotoğrafta her iplik en az o şerit kadar geniş görünecektir.

Görüntüde ne yanıltır

Toygar'ın sabahki sorusu şimdi cevaplanabilir. Hücre Kuramının Tarihi dersinde ışık mikroskobunun iki noktayı ancak 200 nanometre dolayında bir uzaklıktan ayırabildiğini bulmuştuk. Sınırdan ince bir iplik fotoğrafta incelmez; en az o genişlikte bir ışık çizgisi olarak görünür. Şeritte gerçek aktin 0,7 milimetre, fotoğraftaki çizgi ise en az 2 santimetredir. Görüntü aktini en az 200 ÷ 7 ≈ 29, ara filamenti 200 ÷ 10 = 20, mikrotübülü 200 ÷ 25 = 8 kat kalın gösterir. İnce iplik en çok şişirilendir.

Pazartesinin kalın yeşil çizgileri ise hiç tek iplik değildi: Aktin Filamentleri dersinde stres lifini zıt yönlü ipliklerden kurulu bir demet diye tanımlamıştık, keratin de cuma lamelinde demetler hâlindeydi. Fotoğraftaki kalınlık, demetin genişliği ile ışığın bulanıklığının toplamıdır. Toygar'ın gördüğü çizgilerden hiçbiri ipliğin çapını ölçmez.

İkinci yanılgı zamandadır. Wikipedia'nın doku sabitleme maddesi sabitlemenin süren biyokimyasal tepkimeleri durdurduğunu yazar; OpenStax'in mikrobiyoloji kitabı da kimyasal sabitleyicilerin proteinleri bozup tepkimeleri kestiğini ve yapıları sağlamlaştırdığını söyler. Panodaki boyalı lameller birer anlık karedir. Sabitlenmiş bir hücrede mikrotübüllerin büyüyüp çöktüğü, aktin ağının geriye aktığı görünmez; bunları yalnız canlı kayıtlar göstermişti. Wikipedia maddesi ayrıca en özenli sabitlemenin bile örneği değiştirip yapay izler bırakabildiğini ekler.

Üçüncüsü renktir. Wikipedia'nın floresan mikroskobu maddesine göre çok renkli görüntüler tek renkli görüntülerin üst üste bindirilmesiyle kurulur. Schmied ile arkadaşlarının 2024'te yayımlanan yöntem makalesi de kanallara kullanıcının seçtiği bir renk düzeninin atandığını, tek kanal için gri tonun en tarafsız okuma olduğunu yazar. Panoda yeşil bir baskıda aktini, bir başkasında keratini gösteriyordu; kırmızı ise bir yerde tübülini, bir yerde vinkülini, bir başka yerde lamini. Renk proteinin değil, görüntüyü hazırlayanın seçimidir.

Pano indiğinde

Saat beşe doğru güneş kavakların arkasına iniyor. Toygar şeridi uzunlamasına katlıyor: bir ucunda milimetrenin kesirleriyle çizilmiş üç iplik, ortada motor tablosu, öbür ucunda matriksten laminaya yükselen yol. Kenara üç kelime yazıyor: "kalınlık, zaman, renk."

Behice Hanım fotoğrafları iğnelerinden birer birer çıkarıp zarfa koyuyor. "Bu ay hücrenin içindeki iplere baktık," diyor. "Hücrelerin birbirine nasıl dikildiği başka bir ayın konusu." Pano boş kalıyor; yalnız iğneler duruyor.

Kendini sına

Ölçeği bir mikrometre 20 santimetre alırsan 7, 10 ve 25 nanometrelik çaplar kaç milimetre olur? Işık mikroskobunun 200 nanometrelik sınırı kaç santimetre tutar, bir A4 kâğıdına kaç mikrometrelik pencere sığar?
Ölçeği bir mikrometre 5 santimetre alırsan vimentinin 1 mikrometrelik ve aktinin 10 mikrometrelik kalıcılık uzunlukları kâğıtta kaç santimetre olur? Hangisini kıvrımlı, hangisini düz çizersin?
Kinezin bir mikrotübül üstünde neden bir yöne yürür de bir ara filament üstünde hiç yürüyemez?
Camdaki bir tutunma noktasının çekişi laminaya varana dek hangi iplikte taşınır, lamina hangi iplik ailesindendir? Hemidesmozomdan başlayan yolda iplik değişir mi?
Floresan fotoğrafta kırmızı görünen çizgi hakkında, fotoğrafın açıklamasını okumadan hangi sonucu çıkaramazsın?

Bir sonraki derse köprü

Üç haftadır tek bir hücrenin içindeki ipleri izledik; hemidesmozom ve desmozom yalnız ipin tutunduğu uç olarak göründü. Sıkı Bağlantılar dersi hücreler arasına bakacak: epitel hücrelerini tepede birbirine kapatan şerit, iki hücre arasındaki aralığı nasıl bir conta gibi kapatır, ve bir madde bir tabakayı hücrelerin içinden (transselüler) mi yoksa aralarından (paraselüler) mı geçer?