Çekirdek

Bir amip ince bir iğneyle dikkatlice ikiye kesilir; parçalardan birinde çekirdek kalır, ötekinde kalmaz. İki parça da bir süre yaşamaya devam eder, hareket eder, hatta besin alır. Ama birkaç gün içinde aralarındaki fark ortaya çıkar: çekirdekli parça büyür, yaralarını onarır ve sonunda bölünür; çekirdeksiz parça ise giderek zayıflar ve ölür. Hücrenin yaşaması için bütün organeller gereklidir; ama hücreyi yöneten ve ona gelecek kazandıran bilginin yeri bellidir. Bir önceki derste enerji, depolama ve bölünmeyle ilgili organelleri tanıdık. Bu derste önce çekirdeği oluşturan parçalara, ardından çekirdeğin hücreyi nasıl yönettiğine ve bunu gösteren deneylere bakıyoruz.

• Çekirdek zarını, porları, karyoplazmayı, kromatini ve çekirdekçiği tanır ve görevlerini açıklarsın.
• Kromatin ile kromozom arasındaki ilişkiyi ve kromozomun yapısını açıklarsın.
• Çekirdeğin hücreyi nasıl yönettiğini ve önemini deneylerle gösterirsin.
• Çekirdeksiz ve çok çekirdekli hücrelere örnek verir, prokaryotlarla karşılaştırırsın.

Hücrenin yönetim merkezi

Ökaryot hücrelerde çekirdek, kalıtım bilgisini saklayan ve hücrenin işlerini bu bilgiye göre yöneten yapıdır. Hücrenin hangi proteinleri ne zaman üreteceği, ne zaman bölüneceği ve nasıl bir biçim alacağı, çekirdekteki DNA'nın içerdiği bilgiye bağlıdır. Çekirdek genellikle hücrenin en belirgin yapısıdır ve ışık mikroskobunda boyandığında kolayca görülür.

Çekirdek zarı

Çekirdek, iki katlı bir çekirdek zarıyla sitoplazmadan ayrılır. Bu zar yer yer porlarla delinmiştir. Porlar, çekirdek ile sitoplazma arasındaki trafiği denetler: DNA'dan kopyalanan mRNA molekülleri ve ribozom alt birimleri porlardan sitoplazmaya çıkar; DNA'nın eşlenmesi ve okunması için gereken bazı proteinler ise sitoplazmadan çekirdeğe bu yoldan girer. Zarın dış katmanı endoplazmik retikulumla bağlantılıdır ve yüzeyinde ribozomlar bulunabilir; bu bağlantı çekirdek zarını endomembran sisteminin bir parçası yapar. Zarın iki katlı olması ve geçişin yalnız porlardan yapılabilmesi, DNA'yı sitoplazmadaki tepkimelerin ve enzimlerin etkisinden korur. Hücre bölünürken çekirdek zarı geçici olarak dağılır; bölünme tamamlanınca her yeni hücrede yeniden kurulur.

Karyoplazma

Çekirdeğin içini dolduran sıvıya karyoplazma ya da çekirdek sıvısı denir. Kromatin ve çekirdekçik bu sıvının içinde yer alır; DNA'nın eşlenmesi ve mRNA'nın üretilmesi için gereken maddeler de burada bulunur.

Kromatin ve kromozom

Çekirdekteki DNA, bölünme dışındaki zamanlarda gevşek iplikler halinde dağınık durur; bu görünüme kromatin denir. DNA bu ipliklerde histon proteinlerinin çevresine sarılarak düzenlenir. Hücre bölünmeye hazırlanırken kromatin iplikleri sıkıca sarılıp katlanır, kısalır ve kalınlaşır; bu yoğunlaşmış yapılara kromozom denir. Kromatin ile kromozom farklı maddeler değil, aynı DNA-protein yapısının iki farklı görünüşüdür.

Bölünmeden önce DNA eşlendiği için her kromozom, birbirinin aynısı olan iki kopyadan oluşur; bu kopyalara kardeş kromatit denir. Kardeş kromatitler sentromer denen bir bölgeden birbirine bağlıdır. Bölünme sırasında ayrılır ve yeni hücrelerin her birine birer kopya gider.

Her türün vücut hücrelerinde belirli sayıda kromozom bulunur. İnsanın vücut hücrelerinde 23 çift, yani 46 kromozom; yumurta ve sperm hücrelerinde ise her çiftten yalnız biri, yani 23 kromozom bulunur. Kromozom sayısı türe özgüdür, ama bir canlının ne kadar karmaşık olduğunu göstermez; örneğin köpeğin vücut hücrelerindeki kromozom sayısı insanınkinden fazladır.

Çekirdekçik

Çekirdeğin içinde, zarla çevrili olmayan, yoğun görünümlü bir bölge bulunur; buna çekirdekçik denir. Çekirdekçikte rRNA üretilir ve proteinlerle birleştirilerek ribozom alt birimleri hazırlanır. Bu alt birimler porlardan sitoplazmaya geçer. Bol protein üreten hücrelerde çekirdekçik büyük ve belirgindir. Hücre bölünürken çekirdekçik kaybolur, bölünme tamamlanınca yeni hücrelerde yeniden oluşur.

Kromozomları sıralamak

Bölünme sırasında yoğunlaşan kromozomlar mikroskopta fotoğraflanabilir. Bu fotoğraftaki kromozomlar büyüklüklerine ve biçimlerine göre çiftler halinde sıralandığında ortaya çıkan düzene karyotip denir. Karyotip, kromozomların sayısında ya da yapısındaki bozuklukları görmeyi sağlar. Örneğin Down sendromunda 21. kromozomdan iki yerine üç tane bulunur; bu fazlalık karyotipte açıkça görülür.

Çekirdek nasıl yönetir

Çekirdek hücreyi doğrudan değil, gönderdiği mesajlarla yönetir. DNA'daki bir bilgi gerektiğinde kopyalanarak mRNA'ya aktarılır. mRNA porlardan sitoplazmaya çıkar ve ribozoma ulaşır; ribozom bu mesajı okuyarak hangi proteinin yapılacağını öğrenir. Böylece çekirdek, hücrenin hangi enzimleri ve yapı proteinlerini üreteceğini belirleyerek bütün faaliyetlerini dolaylı olarak yönlendirir. Bu sürecin ayrıntıları AYT'deki genden proteine konusunda ayrıntılanır.

Çekirdeğin önemi: iki deney

Kanca'daki amip deneyi, çekirdeksiz bir hücre parçasının bir süre yaşayabildiğini, ama yıpranan proteinlerini yenileyemediği ve bölünemediği için sonunda öldüğünü gösterir. Asetabularia adlı tek hücreli büyük bir algle yapılan deneyler ise çekirdeğin hücrenin biçimini belirlediğini ortaya koymuştur. Bu algin şapka, sap ve çekirdeğin bulunduğu bir taban bölümü vardır. Farklı şapka biçimine sahip iki türün parçaları birbirine aşılandığında, yeniden oluşan şapka zamanla çekirdeğin ait olduğu türün biçimini almıştır.

Çekirdek ve hücre büyüklüğü

Bir çekirdeğin yönetebileceği sitoplazma miktarı sınırsız değildir. Hücre büyüdükçe sitoplazmanın hacmi artar, ama çekirdeğin içerdiği bilgi aynı kalır; çekirdeğin hücrenin her köşesine yetecek kadar mesaj göndermesi giderek zorlaşır. Zarın büyüyen hacme yetişememesiyle birlikte bu durum, büyüyen hücrelerin belirli bir boyuta ulaşınca bölünmesinin nedenlerinden biri olarak görülür. Bölünme, her yeni hücreye kendi çekirdeğini ve daha küçük bir sitoplazmayı verir. Böylece çekirdek ile yönettiği sitoplazma arasındaki denge yeniden kurulur ve iki yeni hücre de işlerini rahatça sürdürebilir.

Çekirdeksiz ve çok çekirdekli hücreler

Memelilerin olgun kırmızı kan hücreleri gelişimleri sırasında çekirdeklerini kaybeder. Bu, onlara hemoglobin için yer kazandırır; ama bölünemez ve yıpranan parçalarını yenileyemezler. Bu yüzden ömürleri sınırlıdır ve yerlerine kemik iliğinde sürekli yenileri üretilir. Tersine, iskelet kası lifleri gelişim sırasında birçok hücrenin kaynaşmasıyla oluştuğu için çok çekirdeklidir.

Prokaryotlarda

Prokaryotların kalıtım maddesini kuşatan bir zar yoktur; kalıtım bilgisi sitoplazmadaki nükleoit bölgesinde bulunur ve hücreyi oradan yönetir. Çekirdek zarının bulunmaması, prokaryotlarda mRNA'nın üretimi ile okunmasının aynı ortamda gerçekleşebilmesine izin verir.

Organelleri tek tek tanıdıktan sonra sıradaki ders, bitki ve hayvan hücrelerini yan yana koyarak ortak ve farklı yanlarını karşılaştırıyor.

Örnek 1 — Por

Soru: Çekirdek zarındaki porların görevi nedir?

• A) Çekirdeği sitoplazmadan tamamen yalıtmak
• B) ATP üretmek
• C) Çekirdekle sitoplazma arasındaki madde geçişini sağlamak
• D) Fotosentez yapmak
• E) Kromozomları kopyalamak

Çözüm: mRNA ve ribozom alt birimleri porlardan çıkar, bazı proteinler bu yoldan girer. Cevap: C.

Örnek 2 — Kromatin ve kromozom

Soru: Kromatin ile kromozom arasındaki ilişki hangisidir?

• A) Kromatin protein, kromozom yağdır.
• B) Kromozom, aynı DNA-protein yapısının bölünme sırasında yoğunlaşmış halidir.
• C) Kromatin yalnız bitkilerde bulunur.
• D) Kromozom çekirdeğin dışında bulunur.
• E) İkisi farklı canlılara aittir.

Çözüm: Bölünme dışında gevşek duran yapı, bölünmede sarılıp kalınlaşır. Cevap: B.

Örnek 3 — Deney

Soru: İkiye kesilen bir amibin çekirdeksiz parçasının bir süre sonra ölmesi neyi gösterir?

• A) Çekirdeğin hücrenin yaşamını ve yenilenmesini sürdürmek için gerekli olduğunu
• B) Sitoplazmanın gereksiz olduğunu
• C) Zarın hiçbir görevi olmadığını
• D) Çekirdeğin ATP ürettiğini
• E) Amiplerin çekirdeksiz yaşayabildiğini

Çözüm: Çekirdeksiz parça proteinlerini yenileyemez ve bölünemez. Cevap: A.

Örnek 4 — Çekirdekçik

Soru: Ribozom alt birimlerinin hazırlandığı yer neresidir?

• A) Golgi aygıtı
• B) Mitokondri
• C) Lizozom
• D) Hücre zarı
• E) Çekirdekçik

Çözüm: Çekirdekçikte rRNA üretilir ve proteinlerle birleştirilir. Cevap: E.

• Kromatin ile kromozomu farklı maddeler sanmak. Aynı yapının iki görünüşüdür.
• Çekirdekçiği zarlı organel sanmak. Çekirdekçik zarsızdır.
• Çekirdek zarını tek katlı sanmak. Zar çift katlıdır ve porludur.
• Kromozom sayısını karmaşıklıkla ilişkilendirmek. Sayı türe özgüdür, karmaşıklığı göstermez.
• Çekirdeksiz hücrenin hemen öldüğünü sanmak. Bir süre yaşar, ama yenilenemez ve bölünemez.