Hücre döngüsü ve interfaz

Bisikletten düşüp dizini sıyıran bir çocuğun yarası ilk gün kızarık ve açıktır. Birkaç gün içinde üstünde bir kabuk oluşur, bir hafta sonra kabuk düşer ve altından pembe, yeni bir deri çıkar. Bu yeni deriyi yapan şey, yaranın kenarındaki sağlam hücrelerin art arda bölünmesidir. Ama bir hücre bölünmeye karar verdiğinde hemen ikiye ayrılamaz. Önce büyümesi, organellerini çoğaltması ve en önemlisi bütün kalıtım maddesinin eksiksiz bir kopyasını çıkarması gerekir. Bölünme, uzun bir hazırlığın son ve kısa bir perdesidir. Bu derste önce bir hücrenin doğumundan bölünmesine kadar geçen yolu, yani hücre döngüsünü, ardından bu yolun en uzun kısmı olan interfazın evrelerini ve döngünün nasıl denetlendiğini inceliyoruz.

• Hücrelerin neden bölündüğünü açıklar, hücre döngüsünün bölümlerini sıralarsın.
• İnterfazın G1, S ve G2 evrelerinde gerçekleşen olayları ayırt edersin.
• Döngü boyunca DNA miktarının ve kromozom sayısının nasıl değiştiğini grafikle yorumlarsın.
• Döngünün denetim noktalarını ve denetimin bozulmasının sonucu olan kanseri açıklarsın.

Hücreler neden bölünür?

Bölünme, çok hücreli bir canlının yaşamının her döneminde iş başındadır. Döllenmiş tek bir yumurta hücresinden milyarlarca hücreli bir vücudun oluşması, art arda gelen bölünmelerle mümkündür; bu büyüme ve gelişmedir. Yıpranan ya da ölen hücrelerin yerine yenilerinin konması yenilenmedir; deri ve bağırsak yüzeyindeki hücreler bu yüzden sürekli bölünür. Kancadaki yaranın kapanması ise onarımdır. Tek hücreli canlılarda bölünme aynı zamanda üreme demektir; bir amip bölündüğünde iki yeni amip ortaya çıkar.

Hücrenin bölünmesini zorunlu kılan bir de büyüklük sınırı vardır. Hücre büyüdükçe hacmi yüzeyinden çok daha hızlı artar. Hücreye besin ve oksijen zarı, yani yüzeyi aracılığıyla girer; ama bu maddelere ihtiyaç duyan şey hacimdir. Belli bir büyüklükten sonra yüzey, hacmin ihtiyacını karşılayamaz hale gelir. Bölünme, büyük bir hücreyi iki küçük hücreye çevirerek bu dengeyi yeniden kurar.

Hücre döngüsünün iki bölümü

Bir hücrenin oluştuğu andan bölünüp iki yeni hücreye dönüştüğü ana kadar geçen sürece hücre döngüsü denir. Döngü iki büyük bölümden oluşur:

• İnterfaz: Bölünmeye hazırlık dönemidir. Hücre bu dönemde büyür, metabolizmasını sürdürür ve kalıtım maddesini eşler. Döngüdeki sürenin çok büyük kısmı interfazda geçer.
• Bölünme evresi: Önce çekirdek bölünür; buna mitoz denir. Ardından sitoplazma ikiye ayrılır; buna sitokinez denir. Bu evre, interfaza göre kısa sürer.

İnterfazdaki hücre bazen "dinlenme halindeki hücre" olarak anılır; bu yanıltıcıdır. İnterfaz, hücrenin en yoğun çalıştığı dönemdir. Hücre bir yandan vücutta kendi görevini yaparken bir yandan da bölünmeye hazırlanır.

İnterfazın evreleri

İnterfaz üç evreye ayrılır:

G1 evresi. Bölünmeden yeni çıkmış hücre, bu evrede büyür. Protein, yağ ve karbonhidrat sentezi yoğundur; ribozom ve mitokondri gibi organellerin sayısı artar. Hücre kendi görevini bu evrede yerine getirir. G1, süresi hücreden hücreye en çok değişen evredir. Döllenmiş yumurtanın ilk bölünmelerinde bu evre neredeyse hiç yaşanmaz; hücreler aralarında büyümeden art arda bölünür ve embriyo, toplam büyüklüğü pek değişmeden giderek daha küçük hücrelere ayrılır. Yetişkin vücudunda ise kemik iliğinde kan hücrelerini üreten hücreler gibi bazı hücreler döngüyü hızlı, bazıları çok yavaş tamamlar.

S evresi. S harfi sentezden gelir. Bu evrede DNA eşlenir; her kromozomun DNA molekülü kopyalanır. Eşlenmenin sonunda her kromozom, sentromer bölgesinden birbirine bağlı iki özdeş kromatitten oluşur. Kromozomun DNA'yı saran proteinleri de bu evrede çoğaltılır. Hayvan hücrelerinde sentrozom da interfaz sırasında eşlenir ve bölünme başladığında iki kutba yerleşecek iki sentrozom hazır olur.

G2 evresi. Hücre bölünme için son hazırlıkları yapar. Bölünmede kullanılacak proteinler, örneğin iğ ipliklerinin yapı taşları sentezlenir; enerji depolanır. Hücre, DNA eşlenmesinin hatasız tamamlanıp tamamlanmadığını bu evrenin sonunda denetler.

Döngüden çıkan hücreler

Her hücre durmadan bölünmez. Bazı hücreler G1'den sonra döngüden çıkarak G0 adı verilen bir duruma geçer; bu hücreler görevlerini yapmayı sürdürür, ama bölünmeye hazırlanmaz. Olgun sinir hücrelerinin ve kalp kası hücrelerinin büyük çoğunluğu bu durumdadır; bu yüzden bu dokularda kaybedilen hücrelerin yerine yenisi kolay konamaz. Karaciğer hücreleri ise normalde G0'da bekler, ama karaciğerin bir kısmı zarar gördüğünde yeniden döngüye girip bölünebilir. Deri ve bağırsak yüzeyindeki hücreler ise sürekli döngüdedir.

DNA miktarı ve kromozom sayısı

Döngü boyunca DNA miktarı ile kromozom sayısının farklı davrandığını ayırt etmek gerekir. İnsan vücut hücresinde G1 evresinde 46 kromozom bulunur ve her kromozom tek bir DNA molekülü taşır. S evresinde DNA eşlenir; DNA miktarı iki katına çıkar, ama kromozom sayısı 46 olarak kalır, çünkü kopyalar ayrılmamış, sentromerden bağlı durmaktadır. Her kromozom artık iki kromatitlidir. DNA miktarı, bölünmenin sonunda kopyalar iki yavru hücreye paylaştırıldığında yeniden başlangıçtaki düzeye iner.

Bir grafikte bu durum şöyle görünür: DNA miktarı G1 boyunca sabit, S evresi boyunca giderek artan, G2 boyunca iki katta sabit bir çizgi çizer ve bölünmenin sonunda yarıya düşer.

Denetim noktaları ve kanser

Hücre döngüsü kendi haline bırakılmış bir süreç değildir. Döngünün belirli yerlerinde denetim noktaları bulunur. G1'in sonunda hücrenin yeterince büyüyüp büyümediği, ortamın uygun olup olmadığı ve DNA'sının hasarlı olup olmadığı denetlenir. G2'nin sonunda DNA'nın eksiksiz eşlendiği kontrol edilir. Bölünme sırasında da kromozomların iğ ipliklerine doğru bağlanıp bağlanmadığı denetlenir. Bir sorun saptanırsa döngü durdurulur; hasar onarılamıyorsa hücre programlı bir ölüme yönlendirilebilir.

Bu denetimi sağlayan genlerde mutasyonlar birikirse hücre, vücudun ihtiyacına bakmadan sürekli bölünmeye başlayabilir. Bu kontrolsüz bölünmenin sonucu olan hücre kümesine tümör denir. Bulunduğu yerde kalan ve çevre dokulara yayılmayan tümörlere iyi huylu, çevre dokulara sızan ve kan ya da lenf yoluyla vücudun başka yerlerine yayılabilen tümörlere kötü huylu tümör, yani kanser denir. Sigara dumanı, aşırı güneş ışını gibi DNA'ya zarar veren etkenlerden kaçınmak, bu mutasyonların birikme olasılığını azaltır.

Sıradaki ders, interfazda hazırlığını tamamlayan hücrenin mitozla kalıtım maddesini iki yavru hücreye nasıl eşit paylaştırdığını ele alıyor.

Örnek 1 — Evre

Soru: DNA'nın eşlendiği interfaz evresi hangisidir?

• A) G1
• B) S
• C) G2
• D) G0
• E) Sitokinez

Çözüm: S evresi sentez evresidir; her kromozomun DNA'sı bu evrede kopyalanır. Cevap: B.

Örnek 2 — DNA ve kromozom

Soru: 46 kromozomlu bir insan hücresi S evresini tamamladığında kromozom sayısı ve DNA miktarı nasıl olur?

• A) 92 kromozom, DNA iki kat
• B) 23 kromozom, DNA yarıya iner
• C) 46 kromozom, DNA değişmez
• D) 46 kromozom, DNA iki kat
• E) 92 kromozom, DNA değişmez

Çözüm: Kopyalar sentromerden bağlı kaldığı için sayı değişmez; DNA miktarı iki katına çıkar. Cevap: D.

Örnek 3 — G0

Soru: Olgun sinir hücrelerinin çoğunun bölünmemesi hangi durumla açıklanır?

• A) Döngüden çıkıp G0 durumunda kalmalarıyla
• B) S evresinde takılı kalmalarıyla
• C) DNA'larının olmamasıyla
• D) Sürekli sitokinez yapmalarıyla
• E) Çekirdeksiz olmalarıyla

Çözüm: G0'daki hücreler görevini yapar ama bölünmeye hazırlanmaz. Cevap: A.

Örnek 4 — Hacim ve yüzey

Soru: Büyüyen bir hücrenin bölünmesini gerektiren nedenlerden biri hangisidir?

• A) Yüzeyin hacimden hızlı artması
• B) Hücre zarının kalınlaşması
• C) Hacmin yüzeyden hızlı artması ve yüzeyin ihtiyacı karşılayamaz hale gelmesi
• D) Çekirdeğin kaybolması
• E) DNA miktarının azalması

Çözüm: Madde alışverişi yüzeyden yapılır; hacim büyüdükçe yüzey yetersiz kalır. Cevap: C.

• İnterfazı dinlenme sanmak. İnterfaz hücrenin en yoğun çalıştığı ve bölünmeye hazırlandığı dönemdir.
• S evresinde kromozom sayısının iki katına çıktığını sanmak. DNA miktarı iki katına çıkar, kromozom sayısı aynı kalır.
• Mitoz ile sitokinezi aynı şey sanmak. Mitoz çekirdeğin, sitokinez sitoplazmanın bölünmesidir.
• Bütün hücrelerin sürekli bölündüğünü sanmak. Olgun sinir hücrelerinin çoğu G0'dadır.
• Her tümörü kanser sanmak. İyi huylu tümörler yayılmaz; kanser yayılan, kötü huylu tümördür.