GİRİŞ - Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi

GİRİŞ - Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi

GİRİŞ
Histoloji terimi, doku anlamına gelen histos ve bilim ya da çalışma anlamına
gelen logia kelimelerinin birleşmesiyle türemiştir. Bu nedenle sözlük anlamıyla hem bitki
ve hem de hayvan dokularının bileşimini ve yapısını özelleşmiş işlevleriyle bağlantılı
olarak inceleyen bilim dalını ifade etmektedir. Bugün, bilim dalları içinde histoloji
hangi anlamda kullanılıyor şeklinde düşünebiliriz. Anatomi iki alt gruba ayrılmaktadır.
Bunlardan biri çıplak gözle görülebilen vücut kısımlarını inceleyen gross anatomi,
diğeri yalnızca mikroskop yardımıyla incelenebilen vücut kısımlarını konu edinen
mikroskopik anatomidir. Mikroskopik anatomiyi de kendi içinde alt grublara
ayırabiliriz: Organoloji (organ bilimi), Histoloji (doku bilimi) ve Sitoloji (hücre bilimi).
Histoloji doku bilimi olarak bütün bu mikroskopik anatomi alt gruplarını kapsamakta,
hatta mikroskobik anatomi olarak da tanımlanabilmektedir. Her ne kadar vücut,
hücrelerden yapılmışsa da, hücreler dışında iki önemli kompenenti daha vardır. Eğer
vücut yalnızca hücrelerden yapılmış olsa idi vücudun destek fonksiyonu son derece
kısıtlı olacaktı. Bu problemin çözümünde, esas dokulardan birisi olan bağ dokusu
hücreleri, bir kaç çeşit lif sentezlerler. Bu lifler cansız yapılar olmakla birlikte inert
hücreler arası maddeler değildirler. Bundan başka, hücrelerin yaşam ve fonksiyonel
aktivitelerinin devam edebilmesi için, sürekli olarak oksijen ve besleyici maddelerin
sağlanması ve toksik maddelerin de uzaklaştırılması gereklidir. Bu fonksiyonlar kan ve
diğer sıvıları içeren vücut sıvıları tarafından temin edilir. Kan, kan damarları içerisinde
dolaşmaktadır. Diğer vücut sıvılarından ise ileriki bölümlerde bahsedilecektir. Bu
nedenle, vücut dokuları üç farklı kompenentten oluşmuştur. Bunlar;
1- Hücreler
2- Hücrelerarası (İntersellüler) maddeler
3- Vücut sıvılarıdırlar.
Dolayısıyla histoloji yalnızca dokuları değil, hücreleri ve organ sistemlerini de
incelemektedir. Histoloji, hücre, doku ve organlar bilimi olduğuna göre yapılarını
inceleme yanında fonksiyonlarını da konu edinecektir. Bu nedenle histoloji yalnızca
gross anatomiyi tamamlamakla kalmamakta, fizyoloji biliminin de yapısal temelini
oluşturmaktadır. Yapı ve fonksiyon arasındaki ilişki, belki de histolojinin niçin ilgi
uyandırıcı ve kolay öğrenilebilir bir konu olduğunu açıklayabilmektedir. Bir hücrenin,
dokunun veya organın yapısı ne kadar iyi bilinirse fonksiyonları hakkında da o kadar iyi
bilgi sahibi olunacaktır; ters yönden de bir hücre, organ veya dokunun fonksiyonu ne
kadar iyi bilinirse mikroskopik yapılarının ne olabileceği hakkındaki varsayımlar da o
kadar doğru olacaktır.
Normal yapı hakkındaki bir bilgi, çeşitli hastalıklar sonucu hücre, doku ve
organların yapılarında görülen değişiklikleri inceleyen patoloji biliminin de temelidir. Bu
nedenle, histoloji bilimi gerek tıp ve gerekse diş hekimliği sahalarında hayati bir
önemliliğe sahiptir. Biyoloji sahasında ise, histoloji hem biyolojideki profesyonel
dereceler için esastır ve hem de oldukça değerli bir başvuru alanıdır. Biyolojik bilimler
sahasında, öğrenci sıklıkla yeterli bir mikroskopik bilgiye sahip olmadan fonksiyonel
problemlerle karşı karşıya kalmaktadır.
1
Histolojik incelemede metodla ilgili olarak iki önemli nokta vardır; kullanılan
mikroskobun tipi ve doku veya organın mikroskop ile incelenebilecek şekilde
hazırlanması. Bir genelleme yapacak olursak histolojik tekniklerdeki gelişmenin pek çok
tip mikroskoplardaki teknik ilerlemeyi takip edemediğini söyleyebiliriz. Mikroskop
tekniklerinde ilerlemeye en iyi örnek olarak Elektron Mikroskobu gösterilebilir. Elektron
mikroskobu, her ne kadar 1932’de Knoll ve Ruska tarafından geliştirildiyse de, ancak
ince kesit alma tekniklerinin geliştirildiği 1940 sonları ve 1950 başlarında biyolojik
alanda kullanılabilmiştir.
Mikroskobi tarihi, Robert Hooke (1665, şişe mantarında hücreyi tanımladı) ve
Marcello Malpighi'nin değişik yapısal özellikleri incelemede basit mercekleri
kullandıkları 17. Yüzyıla kadar uzanır. 1673-1716 tarihleri arasında Leeuwenhoek
bileşik mercek sistemini geliştirmiş ve protozoa, bakteri, kas, sinir ve pek çok diğer
yapılar hakkında gözlemlerini yayınlamıştır. Mikroskopik anatomi 18. Yüzyılda çok az
gelişmiştir. 19. Yüzyıl başlarında ise bileşik mercekler oldukça geliştirilmiştir. 1827'de
Amici'nin gelişmiş mercekleri bileme tekniği sonucu bileşik mikroskoplar uyumlu bir
şekilde bir araya getirilmiş ve bunun sonunda hücrenin temel canlı ünit olduğu kavramı
ortaya çıkarılmıştır. Robert Brown 1831’de çekirdeği keşfetmiştir. 1838’de Schleiden
ve 1839’da Schwann hücre teorisini ortaya atmışlardır. 1841’de Henle insan
histolojisinde o zamanlar için ilk geniş makaleyi yayımlamıştır. Her ne kadar "dokular"
tabiri ilk kez 1802’de Bichat tarafından postmortem spesimenlerin gross incelenmesi
sonucu ileri sürüldü ise de insan vücudunun bir "hücreler devleti" olarak tanımlanması
1863’de Virchow tarafından yapılmıştır. 19. Yüzyılın son yarısında, kesit almada
kullanılan mikrotomlar oldukça geliştirilmiştir. Bunu tespit, gömme ve boyama
tekniklerinde gelişmeler takip etmiştir. Boyama teknikleri, özellikle yeni mikroskop
tiplerinde kullanılmaları yönünden, hala bir gelişme süreci içerisindedir.
Bugünkü histolojik bilgiler pek çok mikroskop tiplerinin bu sahada kullanılması ve
farklı histolojik tekniklerin uygulanması sonucu elde edilmiştir. Elde edilen sonuçların
değerlendirilmesinin, kullanılan mikroskop ve tatbik edilen metoda göre olduğu hiçbir
zaman akıldan çıkarılmamalıdır. Dolayısı ile bugün kullanılan değişik tip mikroskopların
kullanılış şekli ve sınırlılığı ile doku hazırlanmasında uygulanan metodların temel
prensipleri oldukça önemlidir.
Histolojik incelemelerde;
• Histokimya, sitokimya
• İmmunositokimya ve hibridizasyon teknikleri
• Otoradyografi
• Hücre ve doku kültürü
• Mikroskobik teknikler ve mikroskoplar kullanılmaktadır.
2
MİKROSKOBİ
Biyolojik materyallerin incelenmesinde, bugün pek çok tip mikroskop
kullanılabilmektedir. Bu mikroskoplar temel olarak ışık kaynaklarına göre
sınıflandırılabilir. Şüphesiz, en çok kullanılan mikroskop, görülebilen ışık kaynağına
sahip olanlarıdır. Bu ışık mikroskoplarının da pek çok modifikasyonları vardır:
1- Işık mikroskobu
2- Polarize mikroskop
3- Faz-Kontrast mikroskop
4- İnterference mikroskop
5- Karanlık saha mikroskobu
6- Floresan mikroskop
7- Konfokal mikroskop
Mikroskobide son gelişmeleri yansıtan ve ışık kaynağı olarak gözle görülmeyen
radyasyonu kullanan mikroskopları da şöyle sıralayabiliriz:
1- Ultraviyole mikroskobu
2- Elektron mikroskoplar, SEM: (Tarayıcı-Scanning Elektron Mikroskop),
TEM: (Geçirimli-Transmission Elektron Mikroskop)
3- Atomic Force Microscope (AFM)
POLARİZE MİKROSKOP
Işık mikroskobunun basitçe modifiye edilmiş şeklidir. Yüksek düzeyde
düzenlenmiş moleküllerden oluşan yapıları incelemeye olanak verir. 2 adet polarize
edici filtreden (polarizer-analyzer) biri ışık kaynağı ve nesne arasına yerleştirilirken
diğeri objektif mercek ile araştırma arasında yer alır. Moleküler yapılar polarizörden
çıkan ışığın eksenini saptırır ve koyu zemin üzerinde yapılar parlak görünür. Bu şekilde
ışığı saptırma yeteneğine çift kırma denir. Çizgili kas ve kristalloid içeren yapılar
(Ör.Leydig hücreleri) bu özelliktedir.
FAZ-KONTRAST MİKROSKOP
Çalışma prensibi; farklı kırma indislerine sahip boyanmamış, saydam hücre ve
hücre dışı yapılardan geçen ışığın, hızının ve yönünün değişmesine dayanır. Bu şekilde
yapıların açık ya da koyu görünmesini sağlar. 2 modifikasyonu vardır: İnterferens
Mikroskop ve Diferensiyel interferens mikroskop.
KARANLIK SAHA MİKROSKOBU
Karanlık alanda özel bir kondansör yardımı ile ışıklı bir görüntü
oluşturmaktadır. İncelenen partiküllerden yansıyan ışınlar karanlık alan içinde parlak
aydınlık görüntüler oluşturur. Otradyografide gümüşlenen kısımların ayırt edilmesinde
kullanılır.
3
FLORESAN MİKROSKOP
İnceleme yapılacak materyalde özel floresan boyalar ve özel inceleme
işlemleri kullanılır. Floresan maddeler UV (ultraviyole) maruz kaldığında daha uzun
dalga boyunda ışık yayarlar. Floresan maddeler karanlık bir zemin üzerinde parlak
parçaçıklar şeklinde görünür. Araştırıcının mor ötesi ışıktan korunması için objektif
merceklerden sonra özel bir filtre bulunmaktadır.
KONFOKAL MİKROSKOP
Bir hücre ya da kesitin çok ince bir düzlemine odaklanabilmeyi sağlar. Örnek çok
ince bir ışık demetiyle aydınlatılır ve örnekten gelen görüntü küçük bir delikten geçerek
algılayıcıya ulaşır. Odaklanan kısım dışında kalan nesneler görülmez. Bu şekilde
odaklanılan bir kaç ince düzlem birleştirerek 3 boyutlu görüntü elde etmek mümkündür.
ULTRAVİYOLE MİKROSKOBU
Işık kaynağı olarak UV ışını kullanılır. Işınlar, ultraviyole için özel olan bir optik
sistemi geçtikten sonra, floresan bir ekran üzerinde görüntü oluştururlar. Ultraviyole
ışınları görülmeyen ışınlar oldukları için doğrudan izlenemezler. Dolayısıyla florasan bir
ekrandan yararlanma zorunluluğu vardır. Görüntü, duyarlı bir plak üzerine alınarak
mikrofotoğraflar alınabilir. Özellikle nükleik asitler ve aminoasitler bu mikroskopla
incelenir.
ATOMİC FORCE MİKROSKOP (AFM)
Biyojik materyallerin incelenmesinde yararlanılan en kullanışlı mikroskoptur.
Çalışma prensibi tıpkı parmak uçlarımızla cildimize dokunduğumuzda beynimizin cilt
yüzeyinin topografisini algılamasına benzer. Ucu sivri bir konsol atomik kuvvet yoluyla
incelenecek örneğin yüzeyini tarar. Laser huzmesi konsola odaklanır ve konsoldan
yansıyarak bilgisayara bağlı bir photodiode ulaşır. Photodiode laser huzmesini ölçer,
elektriksel akıma dönüştürür ve bilgisayarda taranır. Biyolojik materyallerin
incelemesinde AFM’nin TEM ve SEM’e göre avantajı; yüksek çözünürlüklü optik
aletlerden farklı olarak vakum içermeyip canlı hücrelerin çevreleriyle birlikte su
içerisinde incelenmesine olanak vermesidir.
Herhangi bir mikroskop tipinin kullanışlılığı, yalnızca büyütme gücü ile sınırlı
olmayıp, bundan daha önemlisi rezolüsyon (ayırma) gücü ile ifade edilmektedir. Belirli
limitlerden sonra daha fazla büyütmenin ek bir yararı yoktur. Herhangi bir ışık
mikroskobunda büyütme x1000 civarındadır. Büyütme gücü oküler ve objektif
merceklerin büyütme gücünün çarpımı ile hesaplanır, bu durumda rutin ışık
mikroskoplarda en yüksek büyütme, oküler mercek x10, objektif x100 kullanıldığında;
10x100= x1000 olmaktadır. Ancak oküler merceğin x20 büyütmeli formu da
bulunmaktadır. Bu durumda ışık mikroskopta maksimum büyütme gücü x2000
olmaktadır.
Rezolüsyon gücü, birbirine bitişik iki noktayı ayrı noktalar halinde gösterebilme
gücüdür. Bir mikroskobun rezolüsyon gücünün ötesinde kalan iki ayrı nokta, tek bir
4
nokta halinde gözlenecektir. Rezolüsyon gücü kullanılan mercek sistemleri ve kullanılan
ışığın dalga boyu ile ilgilidir. En gelişmiş bir ışık mikroskobunda maksimum rezolüsyon
gücü 0,2 µm (mikron) kadardır. Birbirine 0,2 µm’dan yakın olan 2 nesne tek bir nesne
olarak izlenir ve 0,2 µm’den küçük nesneler seçilemez. İnsan gözünün ayırma gücü ise
0,2 mm’dir
IŞIK (OPTİK) MİKROSKOBU
Işık mikroskobu temel olarak iki basamaklı büyütme cihazıdır. Objektif mercek ilk
büyütmeyi (magnifikasyon) sağlar. Oküler (projektör) mercek de ilk büyütmeyi tekrar
büyütecek şekilde cihaza yerleştirilmiştir. Toplam magnifikasyon (büyütme), objektif ve
oküler merceklerin çarpımı ile hesaplanmaktadır. Ek bir toplayıcı (Kondansör) mercek,
normalde mikroskop şaryosunun altına yerleştirilir. Bu mercek, ışığı, kaynağından
konsantre ederek çok parlak bir huzme oluşturur ve objeyi aydınlatır. Böylece
büyütülmüş görüntünün incelenmesi için yeterli ışık sağlanmış olur. Her ne kadar
kondenser mercek, toplam büyütmeyi etkilemiyorsa da, görüntünün kalitesini
iyileştirmektedir. Oküler (projektör) mercek yaygın olarak x10 büyütme yapmaktadır.
Bununla birlikte farklı büyütmeler yapabilen alternatif mercekler de kullanılmaktadır.
Genellikle, objektif merceklerin bir kaç tipinin bağlı olduğu, bir disk bulunur. Bu
disk mikroskop tüpüne monte edilmiş şekildedir. Bu disk döndürülerek istenilen objektif
merceğine ayarlanabilir.
Rutin kullanımda genellikle x10, x25, x40 ve x100 büyütmeli objektif mercekler
kullanılır. x10 objektif düşük büyütmeli objektif mercek olup, x10 oküler mercek ile
birlikte toplam 100 büyütme elde edilir. Benzer şekilde x25 objektifler medium büyütmeli
objektif adını alır ve x40 objektif yüksek büyütmeli objektif adını alır ve x10 oküler
büyütme ile birlikte sırası ile 250 ve 400 büyütmeler elde edilir.
x100 objektife aynı zamanda oil-immersiyon objektifi adı verilir ve toplam olarak
bu objektif ile x1000 büyütme sağlanır. Oil-immersiyon objektif merceği kullanıldığında
preparat ile mercek arasına immersiyon yağı girer ve böylece uygun kırılma indeksi
elde edilir. Objektif, preparat ile çok yakın olduğundan, objektif merceğin fokus
ayarlanması çok dikkatli bir şekilde yapılmalıdır.
5
Işık Miksoskop (Zeiss Company Germany’den alınmıştır)
ELEKTRON MİKROSKOP VE KULLANIM ALANLARI
İnsan vücudunu oluşturan hücrelerin varlığı 17. yüzyılda ilkel ışık
mikroskoplarının yapılmasından sonra gösterilmiş ve 19. yüzyılda bileşik ışık
mikroskoplarının geliştirilmesinden sonra hücre kavramı ortaya atılabilmiştir. Hücre
kavramı ile özellikle temel tıp bilimleri olan histoloji ve anatomi başta olmak üzere
biyolojik bilimlerde önemli gelişmeler olmuştur. Işık mikroskobunun keşfinden sonra,
bütün hücre, doku ve organların yapıları incelenmiş ve o zamana kadar bilinmeyen pek
çok yapısal ve fonksiyonel bilgiye ulaşılmıştır.
Günümüzde en gelişmiş ışık mikroskobunun maksimum büyütme
(magnifikasyon) gücü x2000 kadardır. Elde edilen bu büyütme gücü tüm hücresel
yapıları göstermeye yeterli değildir. Mikroskopide büyütme gücünden daha önemli bir
faktör ise rezolüsyon (ayırma) gücüdür. Rezolüsyon gücü, kullanılan ışığın dalga
boyunun yarısına eşittir. Görünen ışığın dalga boyu 0,4-1,7 µm’dir. Bu durumda ışık
mikroskobunun maksimum ayırma gücü 0,2 µm olmaktadır. Bu sebeple birbirine 0,2
6
µm’dan daha yakın olan objeler ışık mikroskopta tek bir yapı olarak gözlenmektedir.
Işık mikroskopta hücre ve hücresel elemanların görüntülenmesindeki bu yetersizlik, bu
alanda yeni bir mikroskobun keşfi ile sonuçlanmıştır.
İlk elektron mikroskop 1932 yılında, Alman fizik mühendisleri Ernst
Ruska ve Max Knoll tarafından yapılmıştır. 1950’lerin erken dönemlerinde elektron
mikroskobun biyolojik alanda kullanıma başlanmasıyla birlikte hücre ve hücresel
elemanların yapı ve fonksiyonları hakkındaki bilgiler önemli ölçüde değişmiştir. Elektron
mikroskobunun keşfi Nobel Bilim Komitesi tarafından yüzyılın buluşu olarak kabul
edilmiş ve 1986 yılında, Ruska’ya bu keşfinden dolayı Nobel Fizik Ödülü verilmiştir.
Bilim dünyasına kazandırılmasıyla beraber Elektron Mikroskop, kimya, tıp,
mühendislik, moleküler biyoloji ve genetik gibi pek çok alanda kullanılmış ve bu
alanlarda önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Bu gelişmeler daha sonraki yıllarda baş
döndürücü bir hızla devam etmiş ve sonuçta objeleri yaklaşık 2.000.000 X büyütme
imkanına sahip elektron mikroskoplar yapılmıştır.
Elektron mikroskop, elektronlarla dokuların etkileşmesi temeline dayanan,
yüksek ayırma gücüne sahip bir görüntüleme cihazıdır. Bugün biyolojik bilimlerde en
yaygın kullanılan elektron mikroskobu olan transmisyon elektron mikroskobu (TEM),
temel olarak ışık mikroskobu sistemine eşdeğer bir sistemi içerir. Elektron
mikroskobunda ışık kaynağı olarak, ışık mikroskobunda kullanılan gözle görünür ışık
yerine tungsten filamanı tarafından üretilen ve gözle görünmeyen elektronlar kullanılır.
Yüksek hızlı olan elektronlar havası alınmış bir tüp içerisinde daha da hızlandırılırlar.
Işık mikroskobunda elde edilen görüntü ayrıntıları, kullanılan ışığın dalga boyunun yarısı
ile sınırlıdır. Görünür ışığın dalga boyu 0,4-1,7 mikron arasında olduğuna göre
birbirlerine 0,2 mikrondan daha yakın olan iki nokta birbirlerinden ayrı noktalar olarak
ayırt edilmeyecek ve tek bir yapı gibi görüleceklerdir. İncelenecek dokudan görüntü elde
edebilmek için görünür ışık yerine dalga boyu çok daha küçük olan elektronlar
kullanılarak rezolüsyon gücü oldukça arttırılabilir.
Elektron mikroskobunda elektronların dalga boyu kullanılan voltaja göre
değişmekle birlikte 60 kV elektrik enerjisi uygulandığında elektronların dalga boyları
0.05 nm kadardır. Buna göre 0.025 nm olması gereken ayırma gücü bugün kullanılan
gelişmiş bir elektron mikroskobunda ancak 1-3 nm arasındadır. Bu değerler elektron
ışınlarının dalga boylarının teorik limitlerinden çok daha uzaktır. Bunun nedenleri de
elektron mikroskobunda mercek olarak kullanılan elektromanyetik alanların en iyi
mercekler olmaması ve doku hazırlama yöntemlerinin henüz yeterli olmamasıdır.
Transmisyon elektron mikroskobunda elektronlar tungsten filamanının yüksek
derecede ısıtılmasıyla elde edilir. Katot ve anot arasında bir potansiyel farkı nedeniyle
sürekli bir elektron dalgası oluşturulur. Elektronlar elektromanyetik mercekler ile demet
getirilir. Hızlandırılmış elektronlar demet şeklinde dokuyu geçer ve ışık mikroskobundaki
cam mercekler yerine bir seri elektromanyetik veya elektrostatik alanlardan geçerek bir
floresan ekrana yansır. Görüleceği üzere elektron mikroskobunda görüntü doğrudan
doğruya insan gözüne yansımamaktadır. Floresan ekrandaki görüntü istenilen
büyütmede incelenir. Görüntü ve ışık ayarı yapılarak resim çekilir. Elektron
mikroskopide doku kalıcı olarak fotoğraf filmi şeklinde saklanabilir. Film elektron
mikrograf haline getirilir. Bu işlemde film agrandizör yardımı ile büyütülür ve siyah-beyaz
7
olarak fotoğraf kağıdına basılır. Daha ileri teknolojiyle üretilen elektron mikroskoplarda
görüntü digital kamera ile bilgisayar ekranına yansıtılır ve fotoğraf çekilir. Modern bir
elektron mikroskobunda büyütme gücü x200.000-x1.000.000 arasında değişmektedir.
Yukarıda belirtildiği gibi, büyütme gücü en gelişmiş ışık mikroskobunda x2000’ i
geçememektedir. Gerçek büyütme değerlerini agrandizör kullanarak 2-3 kez daha
artırma olanaklarını da düşünecek olursak, elektron mikroskopide 600.000-3.000.000
kez büyütülmüş elektron mikrofotograflar elde edebiliriz. Hemen şunu belirtmeliyiz ki
elektron mikroskopide önemli olan büyütme gücü değil, ayırma gücüdür.
Elektron mikroskopide büyütme ve ayırma güçleri ışık mikroskopide uzun süredir
kullanılan milimetre ve santimetre gibi ölçüm birimlerinin çok ötesine geçmiştir.
Milimetre ve santimetre gibi ölçüm birimleri yerlerini önceleri 1 milimetrenin binde biri
olan mikrona (µm) bırakmış, bunun da yerini daha sonra Angstrom birimi (A°) almıştır.
Ölçüm birimlerinde görülen bu karışıklıklar yeni kabul edilen uluslararası sistemde bir
temele bağlanmışlardır. Örneğin, milimikron yerini nanometreye (nm) bırakmış ve
elektron mikroskopistler arasında geçerliliğini koruyan Angstrom (A°) uluslararası
sistemde, ölçüm birimi olarak değerini yitirmiştir.
Eski İsimlendirme
Mikron (µm)
Milimikron (mµ)
Yeni İsimlendirme
Mikrometre (µm)
Nanometre (nm)
1 Mikron (µm)
= 1/1000 Milimetre
1 Milimikron (mµ) = 1/1000 Mikrometre
(Nanometre, nm)
1 Angstrom (A°)
= 1/10
Nanometre
Elektron mikroskobunun biyolojik alanda kullanılması sonucu hücre
elemanlarının yeni ölçüm birimleri ile tanımlanması yanında yeni terimlere de
gereksinim duyulmuştur. Bir makromolekülden daha küçük yapıları bugün elektron
mikroskop ile görebilmekteyiz. Bu şekildeki ayrıntılı yapıların bütünü için "ince yapı"
(fine structure) ve "ultrastrüktür" terimleri kullanılmaya başlanmıştır. Bunlardan "ince
yapı" yalnızca elektron mikroskop ile görülebilen yapı elemanları için kullanılmaktadır.
Halen pek çok elektron mikroskopist tarafından kullanılan "ultrastrüktür" terimi ise
lügat anlamında "yapı ötesi" anlamına geldiğine göre bu amaç için kullanılmasından
vazgeçmek daha doğru olacaktır.
Işık ve elektron mikroskoplarında incelenecek dokular farklı laboratuvar
yöntemleri ile hazırlanır. Işık mikroskobunda incelenecek hücre ya da dokular genellikle
formalin gibi fiksatifler (tespit edici) ile tesbit edilir ve parafin bloklara gömülür. Bu
bloklardan elde edilen ve kalınlıkları mikron ile ölçülen doku kesitleri mikrotom yardımı
ile elde edilir ve lam üzerine alınır. Elde edilen kesitler renkli boyalar ile boyanır ve
görünür ışık ile incelenir. Biyolojik yapının ayrıntıları ışık mikroskobunda kullanılan ışığın
8
fiziksel özelliğine bağlı olarak sınırlı olarak görülürse de, kullanılan görünür ışık bütün
renkleri içerdiğinden örnekleri renkli olarak görebilmekteyiz. Elektron mikroskobunda ise
gözle görünmeyen elektronlar herhangi bir renk içermediğinden görüntüler ancak siyahbeyaz alınabilmektedir.
Diğer taraftan değişik tip ışık mikroskobu kullanarak hücreleri canlı olarak
incelemek olası iken, elektron mikroskobu ile bu tür bir inceleme yapılamamaktadır.
Elektron mikroskobunda elektronlar yüksek vakum altında birbirlerine yapışıp bir demet
şeklinde seyreder ve dokuyu büyük bir hızla geçerler. Bu nedenle, en azından şimdilik
elektron mikroskobunda hücreleri canlı olarak incelemek olası değildir. Bu durumda
elektron mikroskobuyla canlılığını yitirmiş ve dehidrate edilmiş dokular
incelenebilmektedir. Buna bağlı olarak elektron mikroskopide hücreleri canlı duruma en
yakın şekilde inceleyebilmek için dokunun tespiti, dokudan kesit alınması ve kesitlerin
boyanması ile ilgili yöntemlerin geliştirilmesi zorunluluğu doğmuştur.
Tespit işlemine bağlı artefaktların ve yapısal bozuklukların elektron
mikroskopide, yüksek büyütme gücüne bağlı olarak ışık mikroskopiye oranla çok daha
belirgin olarak görülmesi ve elektron mikroskobunun yüksek ayırma gücü, elektron
mikroskopide kullanılacak fiksatifin önemle seçilmesini gerektirmektedir. Bu nedenle
elektron mikroskopide, çok daha az yapı bozukluğuna neden olan osmik asit (OsO4),
glutaraldehit ve akrolein gibi fiksatifler kullanılmaktadır. Fiksatiflerin pH'sının hücre
pH'sına yakın (7.2-7.4) olması için de değişik tampon solusyonları kullanılmaktadır.
Elektron mikroskopide kullanılan fiksatiflerden en yaygın olanı % 1 veya %2'lik osmik
asittir. Elektron mikroskopide siyah-beyaz dışında renkli boyaları kullanmak elektron
optik sistemde renk seçimi yapılmadığından, olası değildir. Osmik asit ise kimyasal
olarak lipoprotein membranlara ve atomik değerinin yüksek oluşu nedeni ile hücrenin
diğer bileşimlerine bağlanarak elektron mikroskopik görüntülerin kontrastlığını sağlar.
Diğer bir fiksatif olan gluteraldehid dokuyu ve hücreyi boyamaz, ancak dokuyu osmik
asit ile ikincil tespite ve özellikle de osmik asit ile boyanmaya hazırlar. Tespit edilen
doku sonradan etil alkol veya aseton ile dehidrate edilir, akrilik plastik veya epoksi
resinlere gömülür. Bu bloklardan cam veya elmas bıçakların kulanıldığı ultramikrotom
ile kesitler alınır. Biyolojik alanda kullanılan elektron mikroskoplarda elektron demetinin
penetrasyon gücü çok kısıtlıdır, bu nedenle doku kesitleri oldukça ince (50 nm)
olmalıdır. Bunun yanında kesitlerde baskı, çizik, katlantılar olmamalıdır. Doku kesitleri
daha sonra kontrastı arttırmak için uranil asetat ve kurşun sitrat ile boyanır.
Işık ve elektron mikroskopi arasında diğer bir önemli fark ise çalışma için
gereken süredir. Elektron mikroskopide doku hazırlama süresi ışık mikroskobiye oranla
çok daha uzundur. Bunun yanında istenilen bölgenin fotoğrafının çekilmesinde alanın
taranması için ışık mikroskobunda birkaç dakika yeterli iken, aynı amaçla alan
taranması elektron mikroskopta günlerce sürebilmektedir.
Elektron mikroskobunun kendisi, dokuların özel bir şekilde hazırlanması için
gerekli gereçlerle donatılmış elektron mikroskopi laboratuarı ve kesitlerin alındığı
ultramikrotom cihazı hep birlikte oldukça karmaşık ve pahalı olan elektron mikroskobi
ünitesini oluşturur. Elektron mikroskobik çalışmalar ancak yeterli parasal destek, çok iyi
teknik bakım ve uzmanlaşmış personel ile gerçekleştirilebilir.
9
Işık mikroskobunun kullanımı elektron mikroskobuna oranla çok daha pratiktir.
Öğrenci eğitiminde öğrencinin kendisi bu mikroskopları kullanabilir. Ayrıca ışık
mikroskoplarının çok daha ucuz olmaları nedeni ile her öğrenciye bir mikroskop
sağlanabilir. Elektron mikroskobunun maliyeti ise milyonlarla ölçülmekte ve kullanılması
için beceri ve tecrübe gerekmektedir. Işık mikroskopide en iyi sonuçlar çıplak göz ile
inceleme sonucu elde edilirken ışık mikroskobik fotoğraflar aynı ölçüde doyurucu
değildir. Elektron mikroskopta ise bunun tam tersi söz konusudur. Diğer bir deyimle en
iyi sonuç mikrograflardan sağlanabilmektedir. Dolayısı ile elektron mikroskopist istenilen
alanları tarayarak mikrograf haline getirebilir ve bu mikrografları inceleyerek ince yapı
hakkında gerekli bilgiyi öğrenir.
Elektron mikroskobu ile yapılan çalışmalar sonucu bugüne kadar elde edilen
bilgiler ve gelecekteki araştırmalara katkısı göz önünde bulundurulacak olursa bu
araştırma aracının pahalı olmasının ve güç çalışma koşullarını gerektirmesinin pek
önemli olmadığı görülecektir.
Işık mikroskobunun temel prensiplerini içermekle birlikte bu modern araç doku
yapılarının ayırma (rezolüsyon) sınırlarını yüzlerce defa aşmış ve böylece daha önce
bilinmeyen pek çok biyolojik yapıların keşfini sağlamıştır. Özellikle 1950'lerden sonra
elde edilen yeni bilgiler ışığında yapısal organizasyon, hücre alt yapıları ve hücre
fonksiyonlarında karanlık kalmış pek çok nokta aydınlığa kavuşturulmuştur. Bu araç
özellikle histoloji başta olmak üzere hücre ile ilgili bilim dallarına büyük bir canlılık
getirmiştir. Günümüzde araştırma laboratuvarlarında rutin kullanım alanına da girmiş
olan elektron mikroskobu ile hücre ve hücre organelleri düzeyindeki pek çok patolojik
bozukluklar gösterilebilmiştir. Bütün hücrelerde ortak olan ince yapı özellikleri elektron
mikroskopik çalışmalar sonucu bulunmuştur. Farklı hücre tiplerinde, farklı ince yapı
özellikleri ve fonksiyonları, farklı patolojik durumlarda görülebilecek ince yapı
değişiklikleri hala araştırılmakta ve tanımlandırılmalarına çalışılmaktadır.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan bir diğer elektron mikroskop ise Taramalı
Elektron Mikroskobu (Scanning Electrone Microscope - SEM)’ dur. SEM, hücre doku
ve organ yüzeylerinin üç boyutlu olarak görüntülenmesini sağlar. Elektron-numune
etkileşimlerinden köken alan sinyaller, örneğin dış morfolojisi, kimyasal bileşimi ve
kristal yapısına ilişkin bilgileri ortaya koyar. Tarayıcı (Scanning) Elektron Mikroskobunun
geliştirilmesi, elektro-manyetik merceklerde ve voltaj güçlerindeki yeni gelişmeler ve
laboratuvar çalışmalarında kullanılan yeni yöntemler bizlere çok daha gelişmiş ayırma
gücüne sahip ve dehidrate edilmemiş (canlı) dokuları incelememizi sağlayacak elektron
mikroskopların yapılacağı umudunu vermektedir. Son yıllarda TEM üzerine yerleştirilen
SEM ataçmanı ile, TEM ve SEM kısmen birleştirilmiş ve STEM (Scanning Transmission
Electron Microscope) oluşturulmuştur.
10
Transmisyon Elektron Mikroskop, Jeol JEM 1400 (Japan). Çukurova Üniversitesi
Tıp Fakültesi Histoloji ve Embriyoloji Anabilim Dalı “Elektron Mikroskop Ünitesinde”
halen kullanılmaktadır.
DOKU HAZIRLANMASI
Hücre, doku ve organlar mikroskopik gözlem için özel bir şekilde
hazırlanmadıkça yeterli bir şekilde incelenemezler. Doku hazırlama metodlarını genel
olarak 2 gruba ayırabiliriz:
1) Direkt olarak canlı hücrenin incelenmesinde uygulanan metodlar,
2) Cansız hücrelerin (tesbit edilmiş ya da korunmuş) incelenmesinde uygulanan
metodlar.
Öğrenciler inceleyecekleri preparatları tespit edilmiş ve boyanmış halde
bulacaklarından, dokuların hazır hale gelmelerine kadar geçirdikleri süreçleri, özet bir
şekilde öğrenmeleri faydalı olacaktır. Canlı dokuların incelenmesi daha zor ve
komplikedir, aynı zamanda canlı doku incelenmesi kısa bir süre için geçerlidir. Öğrenci
yine de canlı doku inceleme metodlarını bilmelidir. Canlı hücrede, yapı ve fonksiyon
aynı anda incelenebilmektedir. Canlı hücrelerin bu metodlarla, hareketleri, yabancı
maddeleri fagosite etmeleri, seyrek olarak bölünmeleri ve diğer bazı fonksiyonları
gözlenebilmektedir.
11
Canlı Doku İncelenmesi
Tek hücreli (unicellular) organizmaları ve seyrek olarak da kompleks bir
organizmadan ayrılmış serbest hücreleri canlı durumda, direkt olarak mikroskopla
inceleyebiliriz. Serbest hücreler renksiz olup, içlerindeki oluşumlar bir kontrasta sahip
değildir. Bu güçlük bir faz-kontrast mikroskop kullanılarak giderilebilir. İnsan kan
hücrelerini temin etmek kolaydır ve bu hücreleri kendi doğal şartlarında, plazma
içerisinde ince bir film tabakası haline getirerek gözleyebiliriz. Bu şekilde lökositlerin
ameboid hareketlerini ve fagositik aktivitelerini saptayabiliriz.
Hücre zarları mikroskop altında direkt olarak incelenebilecek kadar ince olabilir;
(Örneğin, kurbağa ayağı zarları, yarasa kanatları, kobay yanak kesesi gibi). Karaciğer
ve böbrek gibi nisbeten kalın organların ince kesitleri transluminasyon ile gözlenebilir.
Transluminasyonda kuartz çubuklar kullanılmaktadır. Bu çubuklardan çıkan soğuk
ışınlar protoplazmanın koagüle olmasını önlemektedir. Doku rejenerasyonu veya
vasküler aktiviteler gibi olaylar, uzun süreli olarak tavşan, kobay gibi deney
hayvanlarının kulak veya diğer uygun vücut kısımlarına, Cam pencereler yerleştirilerek
takip edilebilir. Mikroskopik incelemeler için; küçük doku parçalarını çıkartarak serum
veya serum fizyolojik ( SF), solusyonu gibi nisbeten zararsız sıvılar içine almak ve çok
ince çelik ya da cam iğneler yardımı ile bu doku parçalarını oluşturan lif veya hücreleri
birbirlerinden ayırmak mümkündür.
Canlı hücrelerin vücut dışında uzun süre hayatiyetini koruması doku kültürü
tekniği ile sağlanabilir; doku parçaları aseptik olarak alınır ve bir fizyolojik ortam içerisine
transfer edilerek dokunun alındığı hayvanın normal ısısında korunur. Kültür ince bir cam
boru veya cam bir yüzey üzerine damla şeklinde yerleştirilir. Bu şekilde hücreler
mikroskop ile incelenebilmektedir. Böyle kültürlerde, büyüme, çoğalma ve bazı
durumlarda hücrelerin diğer hücre tiplerine differensiyasyonları direkt olarak
gözlenebilir. Doku kültürleri aynı zamanda kanser ve pek çok virüslerin incelenmesinde
oldukça kıymetli bir yöntemdir.
Mikrodiseksiyonda, mikroskop altında oldukça ince cam iğneleri çok hassas bir
şekilde hareket ettiren bir cihaz kullanılır. Bu yolla, bir hücrenin çekirdek gibi küçük bir
kısmı çıkartılabilir ve bunun hücreye etkisi gözlenebilir.
Canlı hayvan veya hücrelerde başarılı şekilde iki boyama metodu uygulanır.
Vital boyamada boyalar canlı hayvana enjekte edilir. Belirli hücrelerin aktivitesi, bu
hücrelerin renkli maddeleri seçici bir şekilde absorbsiyonu ile sonuçlanacaktır. Bu olaya
örnek olarak makrofajların trypan mavisi ile boyanmasını gösterebiliriz; bu şekilde
boyama makrofajların kendileri için yabancı bir madde olan trypan mavisini fagosite
etme temeline dayanmaktadır. Supravital boyamada organizmadan çıkarılmış olan
hücrelerin ortamına bir boya maddesi ilave edilir. Bu boyama metoduna da canlı
hücrelerde mitokondriyonların Janus Green (Janus yeşili), lizozomların Neutral Red
(Nötral kırmızısı), sinir hücreleri ve sinir liflerinin Methylene Blue (Metilen mavisi) ile
boyanmasını gösterebiliriz.
Son olarak, hareket filmi ile hücre hareketlerini kayıt edip analizini yapabiliriz.
Bu şekilde mitoz, fagositoz ve ameboid hareketler gibi olaylar canlı hücrelerde veya
12
doku kültürlerinde gözlenerek, ayrıntıları saptanabilir. Silyumların hareketi gibi süratli
olayların analizi de yavaş hareket filmleri ile yapılabilmektedir.
Cansız Dokuların Hazırlanması
Işık Mikroskobu: Histolojik çalışmanın en uygun yolu, herbiri aşağı yukarı kalıcı
bir şekilde korunabilen preparatların mikroskop altında incelenmesidir. Bir kesit tesbit
edilmiş doku parçasından ince bir dilim alınarak hazırlanır. Sonradan kesit boyanır, lam
üzerine monte edilir ve lamel ile kapatılarak preparat haline getirilir. Bir kesitin
hazırlanmasında takip edilen çeşitli yollar histolojik teknikleri oluşturur ki bu konuda pek
çok referans kitaplarına başvurabiliriz. Histolojik teknikler hakkında ayrıntılı bilgi bir
histoloji öğrencisi için gerekli olmamakla beraber, kesit hazırlanmasındaki genel
prensipler bilinmelidir. Bu şekilde öğrenci elindeki preparatları daha iyi bir şekilde
değerlendirebilir. Bir histolojik kesitin hazırlanmasında aşağıdaki yollar takip edilir.
a-Parça Alınması: Sitolojik amaçlar ve en iyi histolojik kesitlerin hazırlanabilmesi
için doku anestezi altındaki bir canlıdan veya canlının ölümünü hemen takiben
alınmalıdır. Eğer parça insandan alınacaksa çok süratli ve hassas hareket etmelidir.
Ameliyatlar sırasında alınan doku parçaları en iyi kaynaktır. Patolojik ya da abnormal
doku çıkarıldığında bu doku ile birlikte çoğunlukla bir miktar da normal doku
alınmaktadır. Bu normal dokular histolojik çalışmalar için oldukça yararlı olabilmektedir.
b- Fiksasyon (Tespit): Fiksasyonda primer amaç; protoplazmayı canlı haline en
yakın şekliyle koruyabilmektir. Tespit solusyonu koruyucu göreviyle otolitik değişiklikleri
ve bakteriyel üremeyi en aza indirir. Tespit solusyonu (fiksatif) protoplazmayı koagüle
eder, dolayısı ile çözülmez hale getirir ve kesit almayı sağlayacak şekilde sertleştirir.
Bazı fiksatifler karbonhidrat ve lipidleri korurken bazıları yetersizdir. Pek çok fiksatif de
protoplazmanın bazı boyalara karşı ilgisini (affinitesini) arttırmaktadır.
Formalin, alkol, merkurik biklorid, potasyum bikromat ve belirli bazı asitler (pikrik,
asetik, osmik asit gibi) tesbit edici ajan olarak en yaygın şekilde kullanılan reagentlerdir.
Hiçbir fiksatif tek başına istenilen niteliklere sahip değildir, bu nedenle birkaç reagent
karıştırılarak tespit solüsyonları hazırlanabilir; Bouin solüsyonu, Zenker solüsyonu
ve Susa solüsyonu gibi. Bir fiksatif tipinin seçimi, genellikle, doku tipine ya da o
dokuda incelenecek kısmın özelliğine ve tatbik edilecek boyama tipine göre yapılır.
Sık kullanılan formalin, %37 oranında sıvılaştırılmış formaldehit solüsyonudur.
Çeşitli dilüsyon oranları ile ve başka kimyasallar ve tampon solüsyonları ile çeşitli
kombinasyonlar şeklinde fiksatif olarak kullanılmaktadır. Formaldehit, proteinlerin amino
grupları ile reaksiyona girerek hücrenin genel yapısını ve hücredışı yapıları
korumaktadır. Fakat lipidler ile reaksiyona girmemekte, bu nedenle hücre membranı için
zayıf bir fiksatif olarak kabul edilmektedir. Nötral lipidleri korumak için ise, permanganat
veya osmium tetroksit gibi fosfolipidlere bağlanan ağır metal içeren özel fiksatifler
seçilmelidir.
13
c- Gömme (Bloklama): Gömmeden önce doku artık fiksatifin giderilmesi için
yıkanır ve takiben derecesi giderek artan alkol (%70’den %100’e) veya benzeri
dehidrate edici ajanlar (aseton) ile dehidrate edilir (suyu giderilir). Daha sonra
şaffaflandırılır. Bu olayda dehidratasyon ajanı uzaklaştırılmakta, yerini hem
dehidratasyon ajanı ve hem de gömme materyali ile karışabilen sıvılara bırakmaktadır.
Bu sıvılar şeffaflandırıcı ajanlar olarak bilinir. Bu sınıfta ksilol, kloroform, benzen ve
cedarwood yağı gösterilebilir. Şeffaflandırmadan sonra doku genellikle parafin veya
selloidin olan gömme materyali ile infiltre edilir. İnfiltrasyondan sonra doku parçaları
taze hazırlanmış gömme materyali içerisine gömülerek bloklar elde edilir.
Özel çalışmalar için doku, fiksatif, dehidratasyon solusyonları veya şeffaflandırıcı
maddelerle muamele edilmeden direkt parafin içine gömülebilir. Freeze -Drying
(dondurarak kurutma) denilen bu metod ile taze doku süratle dondurulur ve donmuş
halde iken düşük ısıda bir vakum içerisinde dehidrate edilir, kurutulmuş doku sonradan
gömülür. Bu metodun bir modifikasyonu olan Freeze-Substition tekniğinde donmuş
doku içerisindeki donmuş suyun gömmeden önce çok düşük ısıda alkol ile yer
değiştirmesi sağlanır.
d- Kesit Alma: Parafin bloklar içine gömülmüş dokudan oldukça ince kesitler
alınabilir. Mikroskobik çalışmaların çoğunluğunda istenilen kesit kalınlığı 3 ile 10 mikron
(mikrometre) arasındadır. En uygun kalınlık 5 mikrondur. Bu tip kesitlerin alınmasında
mikrotom adı verilen özel cihazlar kullanılmaktadır. Kesit alındıktan sonra temiz bir lam
üzerine geçirilir. Bu işlemden önce, kesitin lam üzerinden düşmesini engellemek
amacıyla lamın üzerine bir miktar yumurta albumini sürmek faydalı olacaktır. Üzerinde
kesit bulunan lam süzmeye bırakılır ve sonradan da hot plate (sıcak metal levha)
üzerine yerleştirilir. Geri kalan su buharlaşır ve doku kesitinin lam üzerine sıkıca
yapışması sağlanmış olur. Kesit şimdi boyamaya hazırdır.
e- Boyama: Boyamada amaç doğal kontrastı arttırmak ve değişik tip hücre ve
doku bileşimleriyle hücre dışı materyalleri daha belirgin hale getirmektir. Boyaların
çoğunluğu aqueous solüsyonlar içerisinde tatbik edildiğinden, bir parafin kesitinin
boyanabilmesi için, parafinin, bir parafin çözücü ya da decerating ajan içerisine alınarak
uzaklaştırılması gerekmektedir. Parafin giderici maddeler genellikle ksilol veya tolüoldür.
Eğer doku parafin değil de selloidin içerisine gömülü ise yukarıdaki metod kullanılmaz.
Parafini giderilen kesitler boyamadan önce derecesi giderek azalan alkol serisinden
geçirilerek hidrate edilir ve istenilen boyalarla kesitler boyanır.
f- Monte: Boyamadan sonra fazlalık boyayı gidermek için boyanın çözücüsüne
göre kesit su veya alkol ile yıkanır ve daha sonra kesit derecesi giderek artan alkol
serilerinden geçirilerek dehidrate edilir. Son dehidratasyon ajanı olan absolüte (saf)
alkolden sonra kesitler şeffaflandırıcı ajan içerisine alınır. Şeffaflandırmayı takiben kesit
üzerine bir damla monte maddesi damlatılır. Kanada balsamı, entellan veya benzeri bir
madde olan monte maddelerinin ışığı kırma indeksleri camınkine eşdeğerdir. Monte
maddesi damlası üzerine dikkatle bir lamel konur ve kurutulur. Kurutmadan sonra
preparat hazırlanmıştır.
14
BOYALAR
Histolojide kullanılan boyalar genellikle kompleks organik kimyasal maddeler
olup, etkinliklerinde bazı farklılıklar gösterirler. Boyaları değişik şekillerde sınıflandırmak
olası ise de en basiti boyanın doku ve hücre bileşimleri ile ilgili olarak kullanılması
temeline dayanan sınıflandırmadır. Genel olarak kullanılan boyalar ya çekirdeği ya da
sitoplazmayı boyar ya da bazı hücre bileşimlerine özgü olabilir. Pek çok boya için
dokuların özel bir şekilde tespit edilmesi ve hazırlanması gerektiği de bilinmelidir.
Kullanılan boyalar asidik veya bazik olarak kabul edilirler, fakat gerçekte boyalar
nötral tuzlar olup, hem asidik ve hem de bazik radikallere sahiptir. Boyanın renklendirici
maddesi nötral tuzun bazik radikali içerisinde ise boya bazik olarak kabul edilir ve bu
boya ile boyanan yapılar da bazofil olarak tanımlanır. Çoğu durumlarda, bazik
boyalarla boyanan bazofil yapıların kendileri asittir; bunlara örnek olarak çekirdeğin
nükleik asitlerini (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) gibi sitoplazmanın asidik bileşimlerini
verebiliriz. Aynı şekilde, renklendirici nötral tuzun asidik radikali içerisinde ise, boya
asidiktir ve bu boya ile boyanan yapılar da asidofildir (örnek olarak bütün sitoplazma
gösterilebilir).
Bazik boyalardan en yaygın şekilde kullanılan nüklear boya hematoksilen'dir.
Boyama yeteneği solüsyon içerisinde hematein denen oksidatif maddenin varlığına
bağlıdır (Dolayısı ile taze hazırlanmış hematoksilen solüsyonu olgunlaştırılır, diğer bir
deyimle kullanmadan önce oksidasyonun olması için bekletilir). Böyle bir boya ile
boyandığında çekirdek mavi görülür. Çekirdekteki heterokromatin ve nukleolus kısımları
nükleik asitlerdeki iyonize fosfat grupları nedeniyle bazofili gösterir. Ayrıca
ergastoplazma gibi sitoplazmik yapılar (içeriklerindeki ribozomal RNA’lardaki iyonize
fosfat grupları nedeniyle) ve kıkırdak matriksindeki karbonhidratlar (iyonize sülfat
grupları içerirler) gibi hücredışı yapılar da bazofiliktir. Yaygın şekilde tatbik edilen
demirli hematoksilen boyamasında çekirdek koyu mavi veya siyah renk alır. Demirli
hematoksilen boyama metodlarıyla bir yapı aşırı boyanırsa zayıf asit veya ferrik tuz
solüsyonları içerisinde differensiye edilebilir. Differensiyasyon direkt olarak mikroskop
ile gözlenebilir. Dikkatli bir differensiyasyonla kromozomlar, mitokondriyonlar, Golgi
apparatus ve kasın kontraktil elemanları görünür hale gelebilir. Çekirdeği kırmızı veya
pembe renge boyayan Carmine önceleri çok yaygın kullanılırdı, fakat bugün çok az
tatbik edilmektedir.
Bazik anilin boyalar yaygın şekilde kullanılan bir grup boyadır; Azure A,
toluidin mavisi ve metilen mavisini de içeren bu grup proteoglikanların
(mukopolisakkaritlerin) tanısı için de kullanılmaktadır. Proteoglikanlar metakromatik
boyanırlar (meta=ötesi, chroma=renk). Bunun anlamı proteoglikanlar yukarıdaki
boyalardan birisi ile boyandığında boyanın esas rengini değil de başka bir rengi alırlar.
Yapıların metakromazi göstermelerinin, boyaları konsantre etmelerine veya boyaların
moleküler yapılarını değişikliğe uğratmalarına bağlı olduğu düşünülmektedir. Müsin,
kıkırdak matriksi ve mast hücre granüllleri, metakromatik boyalarla kolaylıkla
15
gösterilebilmektedir. Yaygın olarak kullanılan diğer bazik anilin boyalar parlak cresly
mavisi, nötral kırmızısı ve janus yeşilidir, bütün bu boyalar toksik olmayıp vital veya
supravital olarak kullanılabilirler.
Genel sitoplazma için yaygın olarak kullanılan asidik boyalar; Eosin, Pikrik
asit, Kromotrop gibi asit azo boyalar ve asit diazo boyalar, Trypan mavisi ve
Trypan kırmızısı'nı içerir. Trypan mavisi ve trypan kırmızısı vital boya olarak da
kullanılır. Asidik boyalar ile çoğu sitoplazmik filamanlar ve membranla çevrili organeller
ile çoğu hücredışı lifler (içerdikleri iyonize amino grupları nedeniyle) boyanmaktadır.
Histolojik kesitlerin çoğunluğu hem asidik ve hem de bazik boyalarla birlikte
boyanmaktadır. En yaygın olarak kullanılan kombinasyon Hematoksilen ve Eozindir
(H.E.). H.E.'de çekirdeksel yapılar koyu mor veya mavi, bütün sitoplazmik yapılar ile
hücrelerarası maddeler pembe boyanır. Trikrom metodlarındaki avantaj ise,
sitoplazmik yapılar ile hücrelerarası maddeleri arasındaki farklılığın ayırt edilmesidir.
Trikrom metodlarına örnek olarak Mallory'nin bağ dokusu boyasını ve Mallory-Azan
metodunu gösterebiliriz. Bu boyalarla bazı bağ dokusu lifleri parlak mavi, çekirdek
kırmızı veya portakal rengi ve hücreyi oluşturan diğer yapılar mavi, kırmızı, portakal
rengi veya mor boyanır. Yaygın olarak kullanılan diğer bir trikrom metodu da
Masson'un boyama metodudur. Bunda ise bağ dokusu lifleri yeşil, çekirdek mavi
veya mor, sitoplazmik yapılar kırmızıya boyanır. Her ne kadar kollajen için gerçekten
özel bir boya yok ise de en iyi şekilde trikrom metodu içerisinde asit anilin boyalar ile
gösterilir. Elastik lifler seçici olarak Orcein veya Resorcin fuchsin ile boyanırlar ve
parlak şekilde asidofildirler. Retiküler lifler bir alkali solüsyon içerisinde gümüş ile
presipite edilirler, dolayısı ile bu lifler Argyrophil olarak tanımlanır. Görüleceği üzere bir
kesit içindeki bütün yapıları tek bir boyama metodu ile ayırt etmek mümkün değildir ve
istenilen yapıları görebilmek için onlara özgün boyama metodlarını uygulamak
zorundayız.
ARTEFAKTLAR
Unutulmamalıdır ki, hazırlanan preparatların hepsi tamamen mükemmel
olmayabilir. Kullanılan tekniğe bağlı olarak, doku kesitlerinin hazırlanmasında bazı
eksiklikler gözlenebilir. Preparat hazırlanmasına bağlı olarak oluşan bu değişikliklere
artefaktlar adı verilir. Yaygın olarak rastlanan bazı artefakt tipleri şu şekilde
sıralanabilir:
a) Büzüşme: Dokuların muamele edileceği, özellikle fiksatifler veya sıcak
parafine bağlı olarak dokular büzüşebilir. Böylece canlı halinde bulunmamasına
rağmen, kesitlerde hücreler ve dokular etrafında boşluklar meydana gelmektedir.
b) Presipitatlar: Eğer kullanılan fiksatif yeterince tamponlanmamışsa veya
dokulardan uzaklaştırılmamışsa, kristaller şeklinde hücre ve dokular üzerinde birikintiler
şeklinde kalırlar.
c) Kırışıklık ve katlantılar: Genellikle, alınan ince kesitler birbiri üzerine katlanırlar
veya tam olarak yüzeyleri açılmaz, böylece daha koyu bir şekilde boyanırlar.
16
d) Mikrotom bıçağı hataları: Kullanılan mikrotom bıçağının ucunda çentik gibi
hatalar varsa kesitlerde çizgilenme meydana gelir.
e) Dokuların zedelenmesi: Dokuların nazik bir şekilde alınmaması veya
kullanılan kesici veya tutucu aletlerin sert bir şekilde dokuya uygulanması hücre ve
dokularda ezilmeye ve parçalanmalara sebep olacaktır.
f) Postmortem dejenerasyon: Postmortem dejenerasyon her ne kadar bir artefakt
olarak değerlendirilmese de ileride kesitlerin kalitesini büyük ölçüde etkilemektedir.
Dokuların canlıdan alınır alınmaz hızlı bir şekilde fiksasyonu son derece önemlidir. Eğer
dokular hızlı bir şekilde fikse edilmezlerse hücrelerde enzimlerin açığa çıkması ile otoliz
meydana gelir. Ve böylece postmortem dejenerasyon dediğimiz hücresel değişiklikler
ortaya çıkar.
HİSTOKİMYA
Özel boyaların belirli bölgelerde yoğun şekilde tutulma gerçeği dokular içerisinde
temel olarak bulunan kimyasal veya fiziksel maddelere bağlıdır ve histokimyanın
temelini oluşturur. Histokimya bugün hızla gelişen bir araştırma sahasıdır ve
biyokimyasal metodlarla varlıkları bilinen kimyasal bileşiklerin hücre veya doku
içerisindeki özel yerlerini gösterir. Bu şekilde hücresel ve hücredışı yapıların
fonksiyonları hakkında da bilgi elde edilmesine yardımcı olmaktadır. Histokimyasal
metodlar şimdi pek çok inorganik ve organik maddeleri göstermek için uygulanmaktadır.
İnorganik maddeler için uygulanan histokimyasal metoda örnek olarak ferrik iyonların
ayırt edilmesinde kullanılan Prusya mavisi reaksiyonunun değiştirilmiş bir şeklini
verebiliriz. Kesitler potasyum ferrosiyanid ile hidroklorik asit içeren bir solüsyonda
inkübe edildiğinden çözülmez hale gelen ferrik ferrosiyanid tortuları koyu mavi renkte
boyanırlar.
Deoksiribonükleik asitin (DNA) teşhisinde tatbik edilen Feulgen reaksiyonu da
histokimyasal teste bir örnektir. Bir histokimyasal testte kesitin önceden bazı maddelerle
muamele edilmesi gereklidir, bu şekilde istenilen madde ya serbest bıraktırılır ya da
diğer bir madde meydana getirilir ki bu da özel bir test ile açığa çıkartılır. Bazik fuksin
kırmızı-eflatun renginde bir boya olup, hidroklorik asit ve sodyum bisülfit ile
soluklaştırılabilir. Soluklaştırılmış boya içerisinde aldehitler karşılıklı tepkime sonucu
rengi gene kırmızı-eflatun olan yeni bileşiklere dönüşür. Doku kesitinin hidroklorik asit
ile hafif şekilde hidrolize edilmesi DNA'dan aldehitlerin açığa çıkmasına neden olacaktır.
Eğer kesit sonradan bazik fuksinin renksiz formu içerisinde immerse edilirse DNA'dan
açığa çıkan aldehitler boya ile reaksiyona girecek ve kırmızı-eflatun rengini alacaktır.
Deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)’in her ikisi de bazofil
olduğundan, Fuelgen reaksiyonunun sonucu ikisi arasında ayırım yapılmasına
müsaade edecektir (Bu şekilde bazofil maddenin DNA olduğu anlaşılacaktır).
Benzer bir histokimyasal teknik de Peryodik Asid-Schiff reaksiyonudur (PAS
reaksiyonu). PAS reaksiyonu, karbonhidratları ve kardonhidrattan zengin
makromolekülleri (proteoglikanlar, glikoproteinler gibi) boyamaktadır. Bu yapılar,
17
periyodik asit ile zayıf bir şekilde okside edildiğinde bir aldehit grubu kazanırlar. Bu
aldehit sonradan Schiff reagenti ile muamele edilir. Schiff reagenti, bazik fuksinin SO4
(sülfat) ile muamele edilmesi sonucu oluşan renksiz ikincil bir üründür. PAS
reaksiyonunun son ürünü kırmızı-eflatun renktedir. PAS reaksiyonu, hücrelerdeki
glikojeni, hücreler ve dokulardaki mukusu, epitel dokusunda hücrelerin üzerine oturduğu
bazal laminayı göstermek için kullanılmaktadır. Bununla birlikte, glikojen için en iyi
metod Best'in carmine boyasıdır. Gerek PAS ve gerekse Best'in carmine boyamasında
glikojeni diğer polisakkaritlerden ayırt edebiliriz. PAS reaksiyonu birçok histokimyasal
test için geçerli olan belirli prensipleri simgeler. Bunlar:
1- Birincil kimyasal reaksiyon ürünü renksizdir.
2- Oluşan ürün meydana geldiği orijinal yerden belirgin şekilde etrafa yayılmaz.
3- Birincil ürün diğer bir reagentle muamele edilerek renkli bileşik haline
dönüştürülebilir.
4- Bu renkli bileşik de 2. maddedeki özelliği gösterir.
Enzimler de kimyasal olarak ayırt edilebilirler. Buradaki prensip kimyasal olaylar
yardımı ile özel enzimlerin yerlerini belirlemektir. Kimyasal olaylar, enzimlerin in vivo
olarak gösterdiği kimyasal reaksiyonların prensiplerine dayanmaktadır. İncelenecek
kesit, uygun substratın da bulunması ile vücut ısısında inkübe edilir ve enzimlerin
kimyasal reaksiyonu sonucu oluşan ürün belirli renkteki kimyasal bir maddeye
dönüştürülür. Örneğin alkaline fosfataz enzimini göstermek için tatbik edilen Gomori
metodunda bir alkali ortam içerisinde glycero-phoshate substrat olarak kullanılır ve
enzim aktivitesine bağlı olarak açığa çıkan fosfat, kalsiyum iyonlarının varlığında
kalsiyum fosfat haline gelir. Kesit kobalt asetat (veya gümüş asetat) içerisinde immerse
edilerek kalsiyum fosfat daha kolay görülebilen kobalt sülfid (veya metalik gümüş) siyah
çökeltisi haline dönüştürülür ve kesit sonradan ammonium sülfit ile çalkalanır. Bugün
fosfatazlar, lipazlar, oksidazlar ve esterazlar dahil pek çok enzim için değişik metodlar
uygulanabilmektedir.
Histokimyadaki bütün reaksiyonlar kimyasal ilgiye dayanmamaktadır. Yağ
çözücüleri ile tespit edilmemiş doku kesitlerindeki yağ Sudan III, Sudan IV ve Sudan
Black-B gibi boyalarla gösterilebilir. Bu boyalar lipide fiziksel ilgi göstererek yağ
tarafından absorbe edilirler. Bu boyaların kullanılması Sudanofili teriminin temelini
oluşturur.
İmmunositokimya, histokimyanın bir dalıdır ve günümüzde çok yaygın olarak
kullanılmaktadır. Işık mikroskobu düzeyinde floresan antikor tekniği spesifik
polisakkaritler veya proteinlerin yerlerinin saptanmasında duyarlı bir metoddur. Bu
tekniğin temeli vücudun antijenler olan yabancı maddelere karşı antikorlar olan özel
maddeleri yapması gerçeğine dayanır. Antikorlar antijenlerle birleşerek bunları inaktif
hale getirir. Floresan boya molekülleri (florokromlar), antikor molekülleri ile kimyasal
olarak birleşir ve üzerinde boya molekülleri taşıyan antikorların antijenler ile olan
reaksiyon bölgeleri, bu sayede ultraviyole mikroskobu ile görüntülenebilir. Bu metod
protein hormonları sentez eden hücreleri, enzimlerin hücre içerisindeki yerlerini ve
miyozin gibi proteinlerin bulunduğu yerleri tayin etmede tatbik edilir. Bu metod bir
antikoru ferritin gibi bir metalloprotein ile işaretleme suretiyle elektron mikroskopiye de
18
uyarlanmıştır. Ferritin doğal olarak elektron mikroskopta belirgin şekilde görülür. Bu
şekilde antikor-antijen reaksiyonunun yeri kesinlikle saptanabilir.
İmmümositokimyada kullanılan antikorlar, monoklonal ve poliklonal olmak üzere
iki tiptir. Monoklonal antikorlar, antijen molekülü üzerindeki, antikorun kendisini tanıma
bölgesi olan epitopun tek bir tanesi ile tek bir antikor üreten hücre tipinin reaksiyon
vermesi sonucu üretilirler. Laboratuvarlarda tek bir hücreden özel olarak üretilen hücre
klonlarından elde edildiğinden, antijen-antikor kompleksi son derece özgündür.
Poliklonal antikorlar ise, antijenin birçok epitopuna karşı, farklı çok sayıdaki antikor
üreten hücre tarafından üretilir. Antijenin, farklı bir canlı vücuduna verilmesi ile (bu
metodla gösterilmek istenen protein diğer canlı için yabancı olduğundan antijen olarak
kabul edilmektedir) vücudun tepki olarak farklı savunma hücreleri tarafından ürettiği
antikorlardan elde edilmektedir. Poliklonal antikorların elde edilmesi daha kolay olmakla
birlikte, antijene karşı özgünlüğü daha azdır.
İmmünohistokimyasal
yöntemler
ile
bir
antijenin
lokalizasyonunun
belirlenmesinde, direkt ve indirekt metodlar olmak üzere 2 metod kullanılmaktadır:
1) Direkt metodda; bir antijen (protein X) içeren kesitler bu antijene spesifik
antikor ile birlikte inkübe edilir. Antikor önceden floresan bir boya ile boyanır. Sonuçta
antijen, antikor kompleksi ışık ya da elektron mikroskop ile gösterilebilir.
2) İndirekt metod; doku kesitleri öncelikle işaretlenmemiş bir antikor ile inkübe
edilir ve sonuçta görünmeyen antijen-antikor kompleksi oluşur. 2. aşama; primer
antikora karşı işaretlenmiş, sekonder antikorun üretilmesidir. Bu işlem primer antikorun
başka bir hayvana enjeksiyonu ile yapılabilir. Diğer hayvandan elde edilen sekonder
antikor, florasan bir boya ile boyanır ve antijeni göstermek istediğimiz doku kesitlerine
uygulandığında primer immün kompleks görünür hale getirilir. Bu metod kullanılan
tekniğin duyarlılığını daha da arttırmaktadır.
OTORADYOGRAFİ
Doku kesitlerinden yayılan radyasyonun, fotoğraf emülsiyonları üzerindeki
etkileri ile radyoaktif maddelerin yerlerini belirleyerek biyolojik olayların araştırılmasını
sağlar. Dokulardaki radyoaktiviteyi saptayan mikro algılayıcılar kullanılır. Araştırma
amacına göre farklı moleküller kullanılabilir (radyoaktif aminoasit, radyoaktif nükleotid,
radyoakitf şeker). Böylelikle proteinler, nükleik asitler, polisakkarilert ve glikoproteinler
işaretlenebilir. Hazırlanan doku kesitleri fotoğraf emülsiyonu ile kaplanır. Radyasyon
alan gümüş bromür kristalleri küçük metal tanecikler halinde radyoaktif molekülleri
içeren yapıları örter. Böylelikle dokuda radyoaktivite gösteren yapılar seçilebilir. Bir
organ ya da dokuda neyin, nerede, ne kadar sentezlendiği, nereye göç ettiği
araştırılabilir. Işık ve elektron mikroskopta kullanılabilen bir uygulamadır.
HÜCRE VE DOKU KÜLTÜRÜ
Canlı hücreler vücut dışında da çoğaltılıp üzerinde çalışılabilir. Çünkü
organizmada dokular ve organlar karmaşık bir düzen içerisinde işlev görmektedir ve bu
karmaşa içerisinde tek bir molekülün bir hücre ya da doku üzerindeki etkilerini
belirlemek güçtür. Hücre ve doku kültürü in vitro ortamda bunu mümkün kılmaktadır.
19
Hücreler ve dokular belli bileşimleri (tuzlar, aminositler, vitaminler) içeren çözelti
içerisinde çoğaltılır. İstenilen hücreler enzimlerle yalıtıldıktan sonra süspansiyon halinde
petri kutusu veya lam üzerinde çoğaltılır. Hazırlanan bu hücre kültürü birincil hücre
kültürüdür. Çoğalan hücrelerin önemli bir miktarı kültürün ilerleyen zamanlarında
yaşlanma ve bölünmenin durması gibi süreçlere girerler. Bu nedenle bazı
değişikliklerle belirlenen hücre hattının ölümsüzleşmesi sağlanabilir. Bu sürece
dönüşüm (transformasyon) denir.
HÜCRE
Vücut Komponentleri
Vücut 3 temel elemandan meydana gelmiştir; bunlar hücreler, hücrelerarası
maddeler ve vücut sıvılarıdır. Vücut sıvıları; kan, lenf ve doku sıvısıdır. Kan vasküler
sistem içerisinde yer alırken, doku sıvısı (hücrelerarası sıvı) hücreler arasında ve
çevresinde bulunur ve lenf venöz sisteme drene olan doku sıvısından oluşur. Kan ile
hücrelerarası sıvı arasında serbest değişim söz konusudur. Kanın şekilli elemanları
olan hücreler dışında, vücudun bu sıvı bileşikleri preparasyon esnasında kayboldukları
için normal histolojik kesitlerde, görülmezler, fakat varlıklarını unutmamak gerekir.
Hücrelerarası madde adından da anlaşılacağı üzere hücreler arasında yer alır,
hücrelere desteklik eder ve onları besler. Bu madde primer olarak dokuların
sağlamlığından sorumludur ve histolojide iki ana tip hücrelerarası madde ayırt edilir;
fibröz (şekilli) ve amorf (şekilsiz) hücrelerarası madde. Şekilli hücrelerarası madde
kollajen, elastik ve retiküler lifler içerir. Amorf (şekilsiz) hücrelerarası madde ground
substance (temel madde) ise glikozaminoglikanlar, multiadheziv glikoproteinler ve
proteoglikanlardan meydana gelmiştir. Bu maddeler proteinlere bağlı karbonhidratlardır.
Glikozaminoglikanlar genellikle bir üronik asit ve bir hekzozamin içeren doğrusal
disakkarit ünitlerinden oluşan polisakkaritlerdir. Glikoproteinler ise dallı monosakkarit
zincirlere sahiptir. Hyaluronik asit dışındaki glikozaminoglikanlar, bir proteine
bağlanarak proteoglikanları oluşturur.
İlk kez 1665 yılında, İngiliz bilim adamı Robert Hooke tarafından Latince
“cellula” olarak tanımlanan hücre, tüm canlı organizmaların yapısal ve fonksiyonel
ünitidir. Birbiri ile ilişkili, benzer özelliğe sahip hücreler bir araya gelerek dokuları
oluşturur. Vücudumuzda epitel, bağ dokusu, kas dokusu ve sinir dokusu olmak üzere 4
temel doku bulunur. Bu dokular bir araya gelerek organları, organlar da birlikte organ
sistemlerini oluşturacaklardır. Her bir organ sistemi de sindirim, solunum, üreme gibi
fonksiyonlar için özelleşmiştir. İnsan vücudu farklı fonksiyonlara sahip yaklaşık 200
hücre tipinden oluşmuştur. Bu hücrelerin tamamı oosit ve spermin birleşmesi ile oluşan
zigottan meydana gelirler. Hücre farklılaşması ile kendilerine özgü proteinler
sentezlerler, şekillerini değiştirirler kısacası belli işlevler için özelleşirler.
Hücreler tüm canlı organizmaların yapısal birimleridir. Her ne kadar bütün
sınırları tam olarak görülemezse de çoğu kesitlerin en belirgin özelliği hücrelerin
20
varlığıdır. Her bir hücre, bir bütün halinde zar ile çevrelenerek dış ortamdan izole
edilmiştir
Hücreler protoplazmadan oluşmuştur. Hücrenin canlı kısmını oluşturan
protoplazma heterojen yapıda olup içerisinde metabolik olaylar için gerekli kimyasal
maddeler ve genetik materyal yer almaktadır. Bakteriler gibi primitif, küçük (1-5 µm
çapında) hücreler, genetik materyali hücrenin diğer elemanlarından ayıran bir zara
sahip değildir, bu tip hücreler prokaryotik hücreler olarak tanımlanırlar. Ayrıca
prokaryotik hücrelerde genellikle membranla sarılı organeller bulunmaz. Bitki ve hayvan
hücrelerinde ise genetik materyallerin büyük bir kısmı bir zarla örtülü olan çekirdek
içerisinde izole edilmiştir, bu tip hücreler ise ökaryotik hücreler olarak tanımlanırlar.
Ökaryotik hücrelerde membranla çevrili çok sayıda organel de bulunmaktadır. Hücrenin
çekirdek ve ve hücre zarı (plazmalemma) arasında kalan yerleri sitoplazma olarak
adlandırılır. Kesitlerde çekirdeğin bazen görülemeyeceği unutulmamalıdır ve hücrelerin
bazılarında da sitoplazma farkedilir halde değildir. Ender olarak birden fazla olan
çekirdek, genellikle düzgün ovoid veya sferikal şekillidir ve koyu boyanır. Çevresinde
yer alan sitoplazma ise, daha açık boyanmaktadır. Hücrelerin görünüm, büyüklük ve
şekillerinde büyük farklılıklar görülür. Bu farklılıklar değişik hücre tiplerinin farklı
fonksiyonlarını yansıtmaktadır.
PROTOPLAZMA
Hücrenin canlı kısmını oluşturan Protoplazma 2 temel bölümden oluşur.
Sitoplazma ve Çekirdek. Protoplazma ve sitoplazma sıklıkla birbirlerinin sinonimleri
olarak kullanılırsa da gerçekte çekirdek içerisinde de protoplazma bulunur. Çekirdek
protoplazması nükleoplazma veya karyoplazma olarak adlandırılır. Her bir hücre
yaşayan dinamik bir bütündür.
Protoplazmanın yaklaşık % 75'i sudur ve bunun da bir kısmı serbest, bir kısmı
da protoplazmanın yapısal bileşiği olan proteine bağlı halde bulunur. Serbest su
metabolik olaylarda kullanılmaktadır. Vücut materyallerinin yaklaşık % 1 kadarı da
tuzlardır. Tuzlar; katyonlar ve anyonlar halindedir. Katyonlar özellikle potasyum ve
magnezyum, anyonlar ise fosfat ve bikarbonatlardır. Bunlar olmaksızın fizyolojik
olayların gerçekleşmesi imkansızdır. Hücre içi ve dışı osmotik basınç, kas
kontraksiyonu, sinir impulslarının geçişi, doku rijiditesi (kemik gibi), hücrelerin yapışması
ve enzimlerin aktivasyonu gibi çeşitli fizyolojik fonksiyonları gerçekleştirirler. Vücudun
diğer bileşimleri ise 3 ana gıda maddesidir: % 10-20 proteinler, % 2-3 yağlar (lipid) ve %
1 de karbonhidratlardır. Bütün yüzdeler yaklaşık değerler olup, hücreden hücreye ve
hatta aynı hücrede, değişik metabolik sikluslarda varyasyon gösterebilir. Hücrelerin
kendilerine özgü yapısından sorumlu olan proteinler, amino asitlerden oluşan yüksek
moleküler ağırlıklı moleküllerdir. Yaklaşık 20 tip amino asit vardır. Lipidler hücre
içerisinde hem yedek gıda maddesi hem de yapı bileşiği olarak fonksiyon görür ve
hepsi de yağ çözücülerinde çözülürler. Rutin mikroskobik preparat hazırlanmasında yağ
çözücüler de kullanılmaktadır. Bu nedenle lipidleri koruyabilmek için özel fiksatifler veya
özel teknikler kullanılmalıdır. Karbonhidratlar protoplazmada monosakkaritler,
disakkaritler, polisakkaritler ve protein-polisakkaritler şeklinde bulunmaktadır. Diğer
21
önemli bir protoplazma bileşiği de vitaminlerdir. Hücrelerin büyümesi ve normal
metabolizması için vitaminlerin küçük bir miktarı yeterlidir.
Hücrelerin canlı olan protoplazması ve hücreler arasındaki cansız materyalleri
(hücrelerarası madde) kolloid halinde bulunur. Bir kolloidi tam olarak tayin etmek
oldukça güçtür. Bu kolloid solüsyonunun partikülleri bir elek fonksiyonu gören doğal
membranlardan süzülemeyecek kadar büyüktür. Kristalloidler, örneğin glukoz ise bu
membranları katedebilirler. Proteinler kolloidal durumun bütün özelliklerine sahiptir ve
bazıları ya sol ya da gel halindedirler. Kolloidlerin sıvı solüsyonları sol olmasına
rağmen, bir dereceye kadar da viskozdur (örnek yumurta albumini beyazı). Yumurta
albumini ısıtılırsa veya hidrojen iyon konsantrasyonu bir değişikliğe tabi tutulursa solid
hale geçerek jel durumunu alır. Bu şekildeki sol-jel değişiklikleri hücre
protoplazmasında da görülebilir ve sıklıkla reversibledir (geriye dönüşebilir). Bu durum,
jelatin solüsyonunun pıhtılaşması veya erimesi şeklinde düşünülebilir.
Protoplazmanın şeklinden ve organizasyonundan sorumlu olan maddeler başlıca
makromoleküllerdir. Bunlar en küçük organik yapı taşları olan monomerlerin
birleşmesiyle oluşur. Örneğin bir makromolekül olan proteinler, amino asit
monomerlerinin birleşmesiyle oluşur. Polisakkaritler de şeker monomerlerinden
meydana gelmiştir. Polimerizasyonun derecesi tek bir makromolekül şeklinde birleşmiş
monomer ünitleri sayısına bağlıdır. Hayvan hücrelerinde makromoleküller 3 ana
grupta toplanırlar; bunlar polisakkaritler, proteinler ve nükleik asitlerdir.
Polisakkaritler
Çok sayıda monosakkaritin dehidrasyonu ile oluşmuş karbonhidratlardır.
Temel yapı birimi glukoz molekülüdür. Kolloid yapıda olan bir bileşiktir. Biyolojik
önemliliğe sahip polisakkaritler glikojen ve protein-polisakkaritleri içerir. D-glukozun
oldukça dallı polimeri olan glikojen, hücrede depo edilir. Glukoz buradan gereksinim
duyulduğunda serbest bırakılabilir. Glikojene hücrelerdeki pek çok kimyasal aktiviteler
için gereksinim vardır. Sıklıkla histolojik kesitlerde görülebilen protein-polisakkaritler,
çoğunlukla bağ dokusu proteinleri olan kollajen ve kondroitin sülfatlara bağlanmış
olarak bulunur. Kondroitin sülfatlar, kıkırdak temel maddesi içerisinde oldukça fazla
bulunurlar. Histolojik materyallerde bulunan protein-polisakkaritler hyaluronik asiti de
içerir.
Proteinler
Proteinler belirli bir sıra takip eden ve peptid bağları ile bağlanmış bir seri amino
asitlerden meydana gelmiş büyük moleküllerdir. Proteinler ya yapı proteinleri ya da
enzimler şeklindedir. Yapı proteinlerine örnek olarak kollajen, kıl ve tırnak keratinlerini
ve kas proteinlerini gösterebiliriz. Enzimler proteinlerin önemli bir gurubunu oluşturur ve
pek çok kimyasal olaylar da katalizör olarak rol oynar. İnsulin ve gonadotropinler gibi
pek çok hormonlar da yine proteinlerdir.
Nükleik Asitler
Nükleik asitler bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotid
birimlerden oluşmuş polimerlerdir Makromoleküller yapıda olup yerleşimleri sınırlıdır.
Protein sentezinde de rol alan nükleik asitler 2 ana sınıfa ayrılır: DNA
(Deoksibonukleik asit) ve RNA (Ribonukleik asit). Bu polimerleri oluşturan nükleotid
22
birimlerin her biri üç bölümden oluşur: 1) Azotlu heterosiklik bir baz, 2) beş karbonlu
(pentoz) bir şeker ve 3) bir fosfat grubu. RNA'da bulunan şeker riboz, DNA'da
ise deoksiribozdur. DNA ve RNA içerdikleri azotlu bazlarda da farklılık gösterirler,
adenin, guanin ve sitozin her ikisinde, timin yalnızca DNA'da, urasil ise yalnızca
RNA'da bulunur. DNA başlıca çekirdekte bulunur ki burada genetik materyali oluşturur.
RNA ise hem çekirdekte ve hem de sitoplazmada yer alır.
Protoplazma makromoleküllere ek olarak, lipidleri de içerir. Lipidler daha küçük
moleküllerdir ve sıklıkla proteinlerle birlikte biyolojik zar formasyonunun yapısal temelini
oluştururlar. Lipidler, hücre için enerji kaynağı olarak da görev yaparlar. Lipidler uzun
alifatik zincirlerden meydana gelmişlerdir ve kendilerini su yüzeylerinde organize ederek
monomoleküler tabakalar meydana getirme özelliğine sahiplerdir. Lipid-protein-su
komplekslerini, sinir myelin kılıfları, mitokondriyon, Golgi apparatus ve endoplazmik
retikülüm zar (membran) sistemlerinde görebiliriz. Birbirlerini takip eden böyle iki
kompleks kombinasyon bir ünit membranı meydana getirir.
Hücre Fonksiyonları (Hücrenin Canlılık Belirtileri)-Protoplazmanın Özellikleri
Protoplazma bir kısım fizyolojik özelliklere sahiptir. Bu özellikler hücre
fonksiyonlarına ve hücrenin canlılığına işarettir. Herhangi bir tip hücrenin fonksiyonları o
hücrenin protoplazmasındaki bir ya da daha fazla özelliklere direkt bir işarettir. Bu
fizyolojik özellikleri şöyle sıralayabiliriz.
Uyarılabilme (İrritabilite)
Canlılar sürekli olarak iç ve dış ortamdan kaynaklanan uyaranların etkisi
altındadırlar. Uyarılabilme protoplazmanın bir uyarıya (stimülüse) karşı cevap verme
kapasitesidir. Hücrenin uyarıya tepkisi protoplazmadaki bir ya da daha fazla oluşumlar
tarafından gösterilebilir. Uyarılabilmenin kendisi canlılığın bir işaretidir. Hücre ölünce
kaybolur. Uyarılabilme sinir hücrelerinde belirgin olarak izlenir.
Uyarıyı iletebilme (Konduktuvite)
Uyarıyı iletebilme, protoplazmanın bir eksitasyon dalgasını (elektrik impulsı)
uyarıyı aldığı noktadan bütün hücreye nakletmesi olayıdır. Bu özellik sinir hücre
membranında oldukça gelişmesine rağmen kas hücreleri membranında daha az
gelişmiştir.
Kasılma (Kontraktilite)
Kasılma genellikle boyda kısalma olarak gözlenen, şekil değiştirme özelliğidir ve
kas hücrelerinde oldukça gelişmiştir.
Solunum (Respirasyon)
Solunum çeşitli enerji verici organik besin maddelerinin oksijen varlığında ya
da yokluğunda kimyasal reaksiyonlarla daha küçük moleküllere yıkılması ve
bağlarındaki enerjinin ATP'nin yapısına aktarılması olayına denir. Solunum gıda
23
maddeleri ve oksijenin kimyasal olarak birbirlerine etkisi ile enerji, karbondioksit ve su
oluşturmaları olayıdır. Bu olay şüphesiz hayat için esasdır.
Emilim (Absorbsiyon)
Absobsiyon belirli çözülmüş maddelerin daha sonra metabolizmada kullanılmak
üzere emilimidir. Sıvılar, diffüzyon veya pinositozis yoluyla plazma membranını geçerek
hücreye girebilirler. Pinositoziste bir sıvı damlacığı hücre membranı tarafından sarılır ve
çöküntü meydana gelir. Bu çöküntü zardan ayrılarak vakuol şeklinde sitoplazmaya dahil
olur. Hücreler aynı zamanda katı parçacıkları fagositozis ile hücreye alabilme
yeteneğine sahiptir.
Salgı ve Atılım (Sekresyon ve Ekskresyon)
Salgı ve artık materyallerin hücre dışına çıkartılmaları olayıdır. Eğer hücre dışına
atılan materyal, sindirim enzimleri veya hormonlar gibi faydalı bir ürünse bu olay
sekresyon, artık maddeler ise ekskresyondur.
Büyüme ve Çoğalma
Hücre büyüklükleri farklı olmakla beraber insan hücrelerinin büyük bir kısmı 5-50
mikron (mikrometre) arasında bir büyüklüğe sahiptir. Hücreler arasında diffüzyon
süratlidir ve bu hücre büyüklüğü ile düzenlenir. Hücre büyüklüğü arttıkça diffüzyonun
görülebileceği yüzeysel alan artar ve bu artış kare ile ölçülür, protoplazmadaki artış ise
kübik olarak ifade edilir. Dolayısıyla, bazı hücreler hacimce büyürken, maksimal
büyüme yüzeysel alan ile sınırlanmıştır, eğer doku daha da büyüyorsa hücre sayısında
artış gerçekleşmek zorundadır. Bu da ancak hücre bölünmesi ile mümkündür.
Metabolizma
Canlıların yapısına giren maddelerin yapım ve yıkım ürünü halini alıncaya
kadar uğradığı kimyasal ve fizyolojik değişikliklere metabolizma (madde değişimi)
denir. Hücre metabolizması ikiye ayrılır. Hücrelerin sindirimle aldıkları moleküllerin
enerji elde etmek için yıkılmasına katabolizma ve elde ettikleri enerjiyi kendi
yapılarında kullanabilecekleri yeni moleküllerin sentezlemesi olayında kullanmasına
anabolizma denir.
24
HÜCRE KOMPONENTLERİ (BİLEŞENLERİ)
Vücutta çekirdek ve sitoplazmadan oluşan pek çok farklı tipte hücre vardır (farklı
şekil, büyüklük ve fonksiyona sahip hücreler). Normal bir histolojik kesitte, hücrenin bu
iki bileşeni, farklı boyaları alırlar. Sitoplazma bileşenleri, rutin boyama teknikleriyle
(Hemotoksilen-Eozin) genellikle belirgin olarak ayırt edilemez. Buna karşın çekirdek
koyu boyanmış olarak görülür.
SİTOPLAZMA
Sitoplazma, yarı sıvı formda olup plazma zarı ile çekirdek arasını doldurur.
Hücrenin yaşamsal olaylarının gerçekleştiği yerdir. Stoplazmanın miktarı hücrenin
boyutuna göre değişir. Sitoplazmik matriks inorganik iyonlar (Na, K, Ca) ve organik
moleküller (karbonhidrat, protein, RNA)’den oluşur. Organik ve inorganik moleküllerin
oranı hücredeki metabolik aktiviteyi gösterir. Işık mikroskobide sitoplazma düzgün,
homojen ve amorf olarak görülür fakat granüllü, fibrilli veya vakuollü sahalara da sahip
olabilir. Sitoplazma gerçekte değişik tipte ve farklı fonksiyonlara sahip küçük cisimcikleri
de barındırır. Sitoplazmik cisimcikler, sitoplazmik matriks veya sitozol (cytosol) adı
verilen bir komponent içerisinde asılı haldedirler. Sitoplazmanın bu kısmı, pek çok tip
enzim, çözünebilir proteinler, besin maddeleri ve makromolekül sentezinde kullanılan
yapıları içerir. Farklı fonksiyonlara sahip hücreler tiplerinin (enzim salgılayan hücre ve
sinir hücresi gibi) sitoplazmaları da farklı görünümüe sahiptir. Bir hücre tipinin farklı
görünüme sahip olması aynı zamanda o hücrenin metabolik aktivitesine ve
sitoplazmada küçük sitoplazmik cisimciklerin değişik tip ve sayıda olmalarına bağlıdır.
Sitoplazmik cisimcikler iki ana grupta toplanır;
a- Organeller; hücrenin canlı yapısal elemanlarıdır.
b- İnklüzyon cisimcikleri; hücrenin cansız olan metabolit veya hücre ürünleridir.
Hücrelerin çoğunluğunda sitoplazma bölgesel özelleşmeler gösterir. Sentrozom
(hücre merkezi) ve Golgi apparatus genellikle çekirdeğe yakın yerleşmiştir. Lizozomlar
ise sıklıkla Golgi apparatusa çok yakın komşuluk gösterir. Protein salgılayan hücrelerde
granüler endoplazmik retikülüm (GER) ve mitokondriyonlar bazal sitoplazmada
(subnuklear sitoplazmada) yoğunlaşmışken, sentrozom çekirdeğin üst tarafında ve salgı
granülleri ya da damlacıkları apikal sitoplazmada yer alırlar. Mikrotübüller,
mikrofilamanlar ve kontraktil proteinler gibi kas hücrelerinin diğer organelleri özel şekilde
dağılmışlardır. Şüphesiz her hücre bir plazma membranı (zar) ile sarılıdır.
Plazmalemma olarak da adlandırılan plazma membranı canlı olup hücre
organellerinden biridir.
25
Hücre: Organeller ve inklüzyonların genel görüntüsü.
Hücrenin Canlı Yapıları (Organeller)
I
II
Hücre Zarı
Sitoplazma:
Mitokondriyonlar
Endoplazmik Retikülüm
(Granüler ve Agranüler ER)
Ribozomlar
Golgi Apparatus
Lizozomlar
Mikrocisimcikler
Mikrotübüller
Sentriyoller
Silya ve Flagella
Fibriller ve Filamentöz yapılar
Annulate lamellae
*Hücrenin Cansız Yapıları (Inklüzyonlar)
A- Depo edilmiş gıda maddeleri
1- Karbonhidrat
2- Yağ
B- Pigmentler
1- Endojen pigmentler
a-Melanin
b-Hemoglobin
2- Eksojen pigmentler
- Karotenler
- Tozlar (Karbon tozu)
- Mineraller (Kurşun, Gümüş)
- Döğme boyaları
C- Kristaller
*Salgı granülleri, canlı olan membran ile örtülü
olduklarından bu gruba alınmamışlardır.
III
Çekirdek
26
Hücre Organelleri
Hücre (Plazma) Zarı:
Sitoplazmayı hücre dışındaki çevreden ayıran hücrenin en dış bileşeni hücre
zarı (plazmalemma)’dır. Plazmalemma 7-10 nm (Nanometre) kalınlıkta olup, elektron
mikroskobunda incelenebilirken, ışık mikroskobu ile görülemez. Ancak oblik olarak
kesildiğinde kalınlığı artacağı için veya dış yüzeyi ile ilişkili materyallerin bulunması
durumunda daha koyu boyanacağı için belirgin olarak izlenebilir. Plazmalemma hücre
yüzeyinde ışık mikroskobu ile ayırt edilebilen en ince tabaka olarak tanımlanmıştır.
Plazmalemma hücreyi dıştan sınırlamış olsa da hücre içi ve dışındaki
makromoleküllerin geçisine izin veren dinamik bir yapıdır. İleri derecede seçici bir filtre
olup, hücre içi ve dışındaki farklı iyon konsantrasyonun korunmasını, besin
maddelerinin hücreye girmesini ve artık iyon konsantrasyonun korunmasını, besin
maddelerinin hücreye girmesini ve artık ürünlerin ise hücreyi terketmesini sağlar.
Tüm ökaryotik hücreler; fosfolipitler, kolesterol, proteinler ve oligosakkarit
zincirlerinden oluşan sınırlayıcı bir zarla çevrelenmiştir. Ökaryotik hücrelerin plazma
membranları ve hücre içi membranlarını da kapsayan tüm biyolojik membranlar ortak
bir yapıya sahiptir. Kalınlığı hücreden hücreye değişkenlik gösterir ve genellikle hücre içi
membranlar plazma membranından daha incedir.
Elektron mikroskobu ile incelendiğinde, bu membranın üç belirgin tabakadan oluştuğu
görülür. “Ünit membran” olarak adlandırılan bu düzenleme 2,5 nm kalınlığında iki
koyu bölgeyi birbirinden ayıran 3 nm kalınlığındaki merkezi elektron lusent tabakadan
oluşmaktadır.
Plazma membranı ile ilgili çeşitli modeller ileri sürülmüştür. Deneysel
çalışmaların çoğunun temelinde Danielli ve Dawson’un ileri sürmüş olduğu; merkezi
bimoleküler bir lipid tabakası ile ayrılmış, iç ve dış protein tabakalarından oluşan
membran yapısı modeli bulunmaktadır. Bugün için bu model geçerli değildir.
Fosfotidilkolin (lesitin), fosfotidiletanolamin (sefalin), fosfotidilserin, sfingomiyelin ve
fosfotidilinositol gibi membran fosfolipidleri; bir hidrofilik fosfat (polar) uç ile iki uzun
hidrokarbon zincire sahip bir hidrofobik (non-polar) uca sahiplerdir. Membran içerisinde
iki monomoleküler tabaka şeklinde düzenlenen fosfolipidlerin hidrofilik fosfat uçları
yüzeydeki protein tabakası ile temas halindeyken, hidrofobik uçları membran
merkezinde birbirlerine karşılık gelecek şekilde yerleşim gösterirler.
Kolesterol de hücre zarının bir bileşenidir. Sıkıca paketlenmiş uzun fosfolipit
zincirlerini kırarak zarı daha akışkan yapar. Dolayısıyla hücrede kolesterol miktarı zar
akışkalığını kontrol eder. Glikolipitler ise hücre zarından dışarı uzanarak lipitlerin
asimetrik yapısına katkıda bulunurlar. İki tabakanın herbirindeki lipit tabakası da
farklıdır. Örneğin eritrositlerde fosfotidilkolin ve sfingomyelin miktarı zarın dış yarımında,
fosfotidilserin ve fosfotidiletanolamin miktarı ise iç yarımda daha çoktur.
Son yıllarda plazma membranının özellikleri ile ilgili yeni bilgilerin edinilmesi ile
birlikte plazma membranının moleküler yapısı ile ilgili yeni görüşler ileri sürülmüştür.
27
Günümüzde kabul edilen en uygun membran modeli “Singer ve Nicholson’un sıvı
mozaik modeli” dir. Bu modelde; amfipatik lipid tabakasına değişik aralıklarla gömülü
integral proteinler ve zar yüzeyinde periferal proteinlerin, lipid tabakası ile birlikte bir
mozaik oluşturduğu ileri sürülmektedir. Bu integral membran proteinleri hidrofobik ve
hidrofilik bölgelere sahiptirler. Hidrofobik kısımları membranın merkezi lipid tabakası
içerisine gömülü iken, hidrofilik kısımları yüzeye doğrudur.
Hücre zarının sıvı mozaik modeli: Hücre zarı çift fosfolipit tabakasından
oluşmuştur. Lipit tabakası; hidrofobik (nonpolar) zincirleri zarın merkezinde, hidrofilik
(polar) baş kısımları ise dışa doğru olacak şekilde en karalı halini alır. İntegral
proteinler lipit tabakasını boydan boya geçerken, periferal proteinler lipit tabakasının
yüzeyine tutunmuştur. Ayrıca hücre zarı yüzeyinde oligosakkarit zincirleri de yer
almaktadır. (Histology; A text and atlas. MH Ross, W Pawlina, Lippincott
Williams&Wilkins, 2011’den alınmıştır.).
Protein dağılımı membranlar arası farklılık gösterir. Proteinler toplam membran
kütlesinin yaklaşık yarısını oluşturur. Bazı integral proteinler zarı bir taraftan diğer tarafa
bir ya da birkaç kez geçer. Bu nedenle bunlara tek geçişli ya da çok geçişli
transmembran (zarı kateden) proteinler denir. Uzun yıllardır integral proteinlerin
membran düzlemindeki hareketi okyanusta buzdağlarının hareketine benzetilirdi. Son
kanıtlar proteinlerin lipid tabakasında dağılım ve hareketinin rastgele olmadığını
göstermiştir. Kolesterol ve glikosfingolipid konsantrasyonu “lipid raft(sal)” bölgelerinde
yüksektir. Lipid raft bölgeleri, proteinlerin lipid tabakası içinde hareket ve dağılımını
28
kontrol eder. Lipid raft alanları, hücre sinyalizasyonuyla ilgili integral ve periferal
proteinler içerir. Bu nedenle sinyal transdüksiyonu lipid raft bölegelerinde daha hızlıdır
Zar proteinleri granüllü endoplazmik retikülümde sentezlenir, moleküllülleri Golgi
kompleksinde olgunlaşır ve veziküller içinde hücre yüzeyine taşınırlar. Bu proteinler;
hücre membranını sitoiskeletal filamentlere ve hücreleri ekstrasellüler matrikse bağlar.
Enzimatik aktiviteleri dışında küçük iyon ve moleküllerin geçişini sağlayan pompa,
kanallar sahiptirler. Glikolipitler ve glikoproteinlerin karbonhidrat bölümleri plazma
zarının dış yüzeyine uzanarak özelleşmiş reseptör bölgelerini oluştururlar. Reseptörler,
hücre yapışması, hücre tanınması ve hormonlara yanıt verme gibi fonksiyonlarda görev
alır.
Membran içerisindeki protein ve fosfolipidler arasındaki gerçek kimyasal
bağlantıların çok hafif derecede oluşması nedeniyle, bu yapıların büyük ölçüde
birbirlerinden bağımsız olduklarına inanılmaktadır. Elektron mikroskobik ve dondurmakırma çalışmaları plazma membranın rijid bir yapısı olduğu izlenimi vermesine rağmen,
özellikle membran proteinleri olmak üzere bir çok bileşenleri serbestçe hareket
etmektedirler. Bu hareket sırasında membran proteinlerinin polar özelliklerine uygun
olarak membran içerisindeki pozisyon ve oryantasyonlarını korudukları tahmin
edilmektedir.
Canlı hücrede maddeler membran boyunca seçici olarak hareket ederler. Eğer
hücre ölürse veya plazma membranı onarılamayacak şekilde zarar görürse moleküller
membranı serbestçe geçer ve denge sağlanabilir. Çünkü canlı sistemlerde nadiren
hücre içi ve dışı arasında denge sağlanır. Canlı membranlar moleküllerin ve partiküllerin
giriş ve çıkışını düzenleyici dinamik bir bariyerdirler. Hücre içi ortamın korunması için
besin maddelerinin hücreye girişini diğer materyallerin ise dışarı çıkışını sağlayan aktif
ve pasif seçici membran transportu gereklidir. Bir molekülün plazma membranını geçiş
oranı büyük ölçüde molekülün büyüklüğüne ve lipid içerisindeki çözünürlüğüne bağlıdır.
Yağda çözünürlüğü yüksek olan (oldukça hidrofobik veya non-polar) ve daha küçük
hacimli moleküller lipid tabakasını daha hızlı geçerler. Morfolojik olarak
gösterilememesine karşın fizyolojik olarak membranda porların bulunduğuna
inanılmaktadır. Bunlar membran kalınlığı boyunca proteinlerin geçtiği kanalları
simgelemektedirler. Bu transport proteinler yalnızca özel bir uyarıya cevap olarak
açılırlar, diğer durumlarda geçişe kapalıdırlar. Bu plazma membranları hormonlar ve
nörotransmitterler aracılığı ile uyarı alırlar.
Plazmalemmanın en dış yüzeyi glikoprotein ile kaplanmıştır. Bu nedenle
plazmalemma diğer bütün membranlardan farklıdır. Bu glikoprotein tabakası hücre
örtüsü veya glikokaliks (glycocalyx) adını alır. Kalınlığı 10-20 nm arasında
değişmektedir. Örneğin, barsak epiteli luminal yüzeyinde PAS tekniği ile
gösterilebilecek kadar kalın olabilir. İnce barsak epiteli luminal yüzeyinde mikrovilluslar
adında parmak şeklinde sitoplazmik uzantılar bulunur. Intestinal hücreler yüzeylerine
yapışan çeşitli maddelerden dolayı daha kalın bir glikokalikse sahiptir. Elektron
mikroskopta içte amorf madde ve dışta “antennulae microvillares” denilen ince
filamentler şeklinde görülür. Önceki çalışmalarda bütün hücrelerin yüzeylerinde değilse
bile, çoğunluğunda, çok ince bir örtü şeklinde de olsa gösterilebilir kalınlıkta glikokaliks
olduğu saptanmıştır. Glikokaliks, yalnızca hücrelerin birbirleri ile temas ettikleri yerlerde
29
bulunmaz. Hücre örtüsü, kimyasal olarak, glikoproteinleri içeren sialik asitten
meydana gelmiştir. Glikoproteinler plazma membranına gömülmüşlerdir. Görüleceği
üzere plazmalemma ünit membranı simetrik değildir. Glikolipidler ve kolinfosfolipidler
hücre örtüsünün bir kısmını oluştururlar ve dış yüzeydeki glikoproteinin karbonhidrat
kısımları ile birlikte lipid tabakasının en dış yarısında yer alırlar. Kolesterolün
çoğunluğunda olduğu gibi aminofosfolipidler başlıca lipid tabakasının en iç sitoplazmik
yarısında bulunurlar. Hücre örtüsü kompozisyonu hücre tipinden hücre tipine hafif
farklılıklar gösterir.
Hücre örtüsünün görevi hücre yüzeyini elektrostatik olarak yüklemektir. Bu
yükleme hücresel temaslarda, hücrelerarası yapışmada ve hücresel tanınmada oldukça
önemlidir. Hücreleri mekanik ve kimyasal etkenlere karşı korur ve reseptör özelliğe
sahip proteinler içerir. Yüzeysel yüklemede ve hücre örtüsünde bir bozukluk belki de
neoplastik veya kanser hücrelerinin birbirlerinden ayrılmalarına neden olmaktadır.
İlaveten antijenler de hücre örtüsü içerisinde yer alırlar.
Küçük moleküller hücre membranı yapısında bir değişiklik olmadan kolayca
plazma membranını katedebilirler. Daha büyük moleküllerin hücre tarafından içeri
alınması membran ile çevrili vesikül oluşumunu kapsayan endositozis olayı ile
gerçekleşir. Endositozis enerji gerektiren aktif bir olaydır, 3 şekilde gerçekleşir; küçük bir
miktar sıvı ya da materyal önce hücre membranı ile sarılır, bu kısım hücre içine doğru
membrandan kopar ve küçük bir pinositotik vezikül (yaklaşık 80 nm çapında) haline
gelir. Pinositotik veziküller genellikle lizozomlarla birleşirler. Eğer bu şekilde vezikül
içeriği sıvı materyal ise pinositozis, vesikül içeriği solid bir materyal ise fagositozis
denir. Mononüklear fagositer sistem üyesi hücreler fagositoz için özelleşmişlerdir.
Antikorlarla sarılan hücre kalıntıları ve bakteri gibi biyolojik materyaller hücre yüzeyinde
Fc reseptörlerine tutunur, aktin filamentlerinin depolarizasyonuyla plazma membranında
pseudopod oluşur. Hücre içine alınan vezikül (250 nm’den büyük çapta) Fagozom
formasyonunun içine hapsolur. Fagozomun lizozomalarla birleşmesiyle lizozomal
sindirim gerçekleşir. Biyolojik olmayan materyaller için antikor Fc reseptörleri
kullanılmaz. Reseptör aracılı endositozis sırasında ise; hücre yüzeyinde yer alan
reseptör bölgelerine bağlanan ligandlar Klatrin kaplı veziküller şeklinde Adaptin
molekülü Dynamin protein kompleksi araclığıyla bellirli bölgelerden plazma membranı
içerisine alınır. Daha sonra klatrin kılıf kaybolur, veziküller endozomla birleşir.
Endozomlardan hücre yüzeyine yakın olanlar genç (erken) endozom, sitozol derininde
olanlar yaşlı (geç) endozom adını alır. Ayrılan klatrin molekülleri ise yeni veziküller
oluşturmak üzere hücre zarına geri dönerken kılıfsız kalan veziküller de sitoplazmik
organellerle birleşir.
30
Lizozomal sindirim yolları. Kırmızı oklar, küçük partiküllerin klatrin kaplı veziküller
içinde hücreye alındığı reseptör aracılı endositozis ve sıvı materyalin alındığı
pinositozisi göstermektedir. Mavi oklar: bakteri ya da hücresel artıklar gibi büyük
partiküllerin hücre içine alındığı fagositozis olayını belirtmektedir. Yeşil oklar,
lizozomların hücre içi sindirimini özetlemektedir. Hücreye ait organeller veya
proteinler SER izolasyon membranı ile sarılarak sitoplazmik matriksten izole edilir ve
otofagozom halini alarak, lizozomlar tarafından sindirilirler.(Histology; A text and
atlas. MH Ross, W Pawlina, Lippincott Williams&Wilkins, 2011’den alınmıştır.)
Endositozis olayının ters yönde işlemesi ekzositozis (atılım)’dir; örnek olarak,
membran ile çevrili bir salgı granülünün plazmalemmaya yapışmasını ve içeriğini
plazma zar bütünlüğünü bozmaksızın hücrenin dış tarafına doğru serbest bırakmasını
gösterebiliriz. Mikropinositotik veziküller ya da Kaveola intrasellülares (caveoloe
intracellulares) yaklaşık 50 nm çapa sahiptir ve iki ana tiptir; iki ana tiptir; örtülü ve
örtüsüz. Örtüsüz vesiküller düzgün bir sitoplazmik yüzeye sahiptir ve translusent veya
düşük elektron densitede, oldukça ince granüllü materyal içerirler. Bu tip vesiküller
özellikle endotelyal, mesotelyal ve düz kas hücrelerinde belirgindir ve proteinler ile diğer
moleküllerin bu hücrelerin membranları arasında taşınmasında rol oynarlar. Örtülü
31
vesiküller flokulant materyalleri içerirler ve kendilerini sınırlayan membranların dış
yüzeyinde, gömülü vaziyette 15 nm kadar uzunlukta küçük çıkıntılar görülür. Örtülü
vesiküller yabancı partikül ve proteinleri, bakterileri, metabolik ürün veya artık maddeleri
sindiren hücrelerde bulunurlar. Makrofaj, karaciğer hücreleri, barsak iç yüzeyinin örtücü
hücreleri ve böbrek proksimal tübül hücrelerinde yaygın şekilde görülürler. Bağ dokusu
fibroblastları, kondrosit, odontoblast ve osteoblastlarda ise bu vesiküllerin her iki tipine
de rastlanır. Buralardaki görevleri ekzositozis, protein salgılanması ve/veya bağ dokusu
ve sıkı dokulardaki hücrelerarası boşluklara karbonhidrat moleküllerinin iletilmesidir.
Ekzositozis olayında, sonuçta plazma membranı ile kaynaşan bu vesiküllerin kökeni
muhtemelen Golgi apparatustur. Ekzositozise Ca+2 kontrolünde çok sayıda özgül
protein aracılık eder. Sitozolde Ca+2 artışı ekzositozisi tetikler. Granüler Endoplazmik
Retikülümde (GER) sentezlenen proteinler COP-II (kaplı vezikül-II) vezikülleri halinde
Golgi Kompleksine gönderilir. Golgiden ters yönde GER’e doğru taşıma işlemi ise COPI kaplı veziküller aralığıyla gerçekleşir.
Vezikül transport yolları; endositozis ve ekzositozis. Endositozis hücre zarından
difüzyonla veya aktif taşımayla geçemeyecek büyüklükteki moleküllerin hücre içine
taşıyıcı veziküller içinde alınış yöntemidir. Ekzositozisde ise artık madde içeren salgı
vezikülü hücre zarı ile kaynaşır, ve zar bütünlüğünü bozmaksızın dışarı atılır.
(Histology; A text and atlas. MH Ross, W Pawlina, Lippincott Williams&Wilkins,
2011’den alınmıştır.)
32
Pek çok hücre tipinde plazma membranı fonksiyonlarına göre şekilce modifiye
olmuştur. Çoğu durumlarda, böyle modifikasyonlar yalnızca elektron mikroskobu ile
görülebilir. Örneğin, absorbsiyon (emilim) için özelleşmiş hücrelerde, sıklıkla luminal
(apikal) sınırda, pek çok sayıda küçük silindir şeklinde parmağa benzer uzantılar diğer
adı ile mikrovilluslar yer alır. Mikrovilluslar plazmalemmanın tübüler uzantılarıdır,
merkezi yerinde sitoplazmik öz yer alır. Eğer mikrovilluslar topluca ve düzenli şekilde bir
araya gelmişlerse hep birlikte çizgili ya da fırçamsı kenarı oluştururlar. Çizgili ya da
fırçamsı kenarı ışık mikroskobu ile görebiliriz; fırçamsı kenar, hücre yüzey alanını
arttırmaktadır. Bir hücrenin bağ dokusuna veya kapiller kan damarlarına en yakın olan
taban kısmına ait yüzeysel alan plazmalemmanın içe doğru çöküntüler yapmasıyla
arttırılabilir. Hücreler arasında lateralde komşu plazma membranlar birbirlerinden
yalnızca yaklaşık 20 nm’ lık dar bir mesafe ile ayrılmışlardır. Her ne kadar burada
yüzeyler düzgün ve plazma membranları birbirlerine paralel iseler de, çoğunlukla
düzensiz bir görünüme sahiptir. Düzensizlik görülen bölgelerde sistem birbirleri ile
kenetlenmiş diş ve yivler şeklindedir. Fermuar şeklindeki bu kenetlenmenin hücre
adhezyonunda bir faktör olabileceği düşünülmektedir. Karşıt yüzeyler boyunca dağılmış
vaziyette, küçük, dens yapılar bulunabilir, bunlar desmozom ya da makula adherens
olarak adlandırılırlar. Ender olarak hücre yan yüzeyleri birbirlerinden "hücrelerarası
kanal"ı oluşturacak şekilde ayrılırlar, bu gibi bölgelerde hücrelerden, hücrelerarası
boşluğa genellikle mikrovilluslar ya da pseudopodial uzantılar uzanır. Son olarak
plazma membranı ile hücrenin diğer membranöz kısımları arasındaki ilişkiden söz
edilebilir, muhtemelen, plazma membran endoplazmik retikülüm ile devamlılık
göstermekte ve dolayısı ile plazma membranı ile nüklear membran, Golgi apparatus ve
belki de mitokondriyonlar arasında dolaylı bir devamlılıktan bahsedilebilir. Bütün bunlara
karşın bu membranlar aynı kalınlığa sahip değildir. Plazma membranı, hücre
organellerinin membranından % 10-15 daha kalındır.
Endoplazmik Retikülüm (ER)
Birbiriyle bağlantılı anastomoz gösteren kanal ve keseler şeklinde sisternaları
çevreleyen kesintisiz zar sistemidir. Granüllü ve granülsüz olmak üzere 2 tiptir:
Granüler Endoplazmik Retikülüm (GER)
Işık mikroskobide bazı hücre tiplerinde sitoplazma içerisinde bazik boyalarla
boyanmış alanlar görülür. RNA içeriği fazla olan bu bölgelere sitoplazmanın bazofilik
komponenti, kromodial madde veya ergastoplazma adı verilir. Ergastoplazma
yapılan işe, diğer bir deyimle sitoplazmanın sentez ile ilgili kısmına işarettir. Bu bölgeler
elektron mikroskobide granüler endoplazmik retikülüm olarak tanımlanır. Retikülüm,
sisterna (sarnıç) veya düzleşmiş kesecik, tübüller ve vesiküller şeklinde membran ile
sınırlanmış kanalların oluşturdukları 3 boyutlu bir ağdır. Bu ağı meydana getiren
oluşumlar birbirleri ile irtibatlıdır. 6-7 nm kadar bir kalınlığa sahip olan retikülüm
membranları plazma membranından daha incedir ve dış (sitoplazmik) yüzeyine
ribozom adı verilen küçük, elektron dens cisimcikler yapışmıştır. Retikülüm kaviteleri
içesinde flokulant elektron dens bir materyal bulunur. Bazı hücrelerde retikülüm bir
33
veya iki düzleşmiş sisternadan meydana gelirken, bazı hücrelerde pek çok düzleşmiş
sisternalardan oluşmuştur ve diğer bir kısım hücrelerde ise oldukça yaygın bir şekilde
bulunan, birbirlerine paralel düzenlenme gösteren uzun sisternalar şeklindedir. Yalnızca
olgun eritrositler ve belki de bazı küçük lenfositler GER'den tamamen yoksundur.
Komşu sisternalar arasındaki bağlayıcı tübüllere ilaveten bazı hücrelerdeki sisternalar
pencereli tiptir. Bir hücredeki GER miktarı protein sentezi ile ilgilidir; örneğin sindirim
enzimlerini sentezleyen pankreatik asinar hücrelerde, kollajen sentezleyen
fibroblastlarda ve immunoglobulin sentezleyen plazma hücrelerinde GER oldukça
yaygındır. Bu oldukça ince intrasitoplazmik membranlar sistemi aralıklı şekilde yüzeysel
plazma membranı ve çekirdek kılıfı ile birleşip devamlılık gösterebilir ve bazı hücrelerde
de düzgün ya da agranüler endoplazmik retikülüm (SER) ile devamlılık gösterir. GER’in
esas işlevi protein sentezinin kalite kontrolünü yapmaktır. Bir sorun varsa protein,
retrotranslokasyonla sitoplazmaya geri gönderilir. Hasarlı protein glikolizlenir,
poliubiquitinlenir, proteozoma indirgenir. GER ribozomları ayrıca lizozom, Golgi,
çekirdek kılıfı, plasma membranı integral proteinlerininde daimi komponentlerini
oluşturur. COP-II vezikülleri, GER’den Golgi kompleksinin cis yüzüne Anterograde
taşıma ile, COP-I vezikülleri ise Golgi kompleksinin cis yüzünden GER’e Retrograde
taşıma ile iletilir.
Hücreler bir tahribatla karşılaştığında veya ayırıcı santrifüje tabi tutulduğunda
GER parçalanarak mikrozomları (100 nm çapta) oluşturur. Mikrozomlar dış
yüzeylerinde ribozomlar bulunan küçük, membranla çevrili sferikal cisimciklerdir.
Mikrozom lümenleri retikülümün salgı ürünlerini içerir. Biyokimyacılara gore
mikrozomlar protein sentez kapasitesine sahip küçük granüler endoplazmik retikülüm
parçalarıdır. GER‘in esas fonksiyonu protein sentezidir. Bazı hücrelerde örneğin;
(pankreatik asinar hücrelerde) salgı retikülüm membranları içerisinde konsantre edilir.
Bununla beraber salgıların esas olarak konsantre edildiği hücre organeli Golgi
apparatusudur. GER aynı zamanda, çoğu hücre organellerinin lipid komponentlerinin
sentezi ile de ilgilidir. Yaygın GER membranları üzerinde hücrenin lipid sentezinden
sorumlu pek çok farklı biosentetik enzimler bulunmaktadır.
34
Pankreas ekzokrin hücrelerinin elektron mikroskopik görüntüsü izlenmektedir.
Sitoplazmada çok sayıda salgı vezikülü (S), granüler endoplazmik retikülüm (RER),
Çekirdek
(Ç)
ve
unit
membran
yapısında
hücre
zarı
(PM)
görülmektedir.(http://www.visualhistology.com/products/atlas/VHA_Chpt1_Cells.html’
den alınmıştır.)
Ribozomlar
Ribozomlar bütün hücrelerde ya GER' e yapışmış ve onun bir parçası olarak
veya sitoplazma içerisinde serbest halde bulunurlar. Ribozomlar 20x30nm boyutlarında
küçük elektron dens partiküllerdir.Ribozomlar rRNA ve protein içerirler ve RNA’da
bulunan çok sayıda fosfat grubu nedeniyle sitoplazmik bazofiliden sorumludurlar. Bu
nedenle metilen mavisi, toluidin mavisi ve hematoksilen gibi bazik boyalar ile belirgin
olarak boyanırlar. Ribozomlar, biri diğerinden daha büyük olan iki subünitten meydana
gelmiştir; subünitler farklı sedimentasyon hızlarına sahiptir ve 60 S ve 40 S subünitleri
şeklinde tanımlanırlar. 60 S’lik subüniti 50 S protein ve rRNA, 40 S’lik subüniti ise 33 S
35
protein ve rRNA içerir. Ribozomlar sitoplazma içerisinde serbest ya da bağlı olarak 2
şekilde bulunurlar; serbest ribozomlar ve bağlı ribozomlar (GER ribozomları).
Serbest ribozomlar; sitoplazmada bulunurlar ve önemli sitoplazmik proteinlerin
sentezinde görev alırlar. Serbest ribozomlar olgun eritrositler dışında bütün hücrelerde
bulunurlar ve bazofilik karakterdedirler. Sinir hücrelerinde bulunan, bazofilik yapılar
olan, Nissl Cisimcikleri de GER ve serbest ribozomlardan oluşur. Serbest haldeki
ribozomlar ya tek olarak ya da rozet veya helikal şekillerde topluca bulunurlar, bu bileşik
cisimciklere polizom ya da poliribozom adı verilir. Bir polizomda, ribozomlar haberci
RNA’nın (mRNA) 1,5 nm uzunluğundaki ince filamenti boyunca dizilmişlerdir.
Ribozomlar amino asitlerin peptid ve proteinlere dönüştüğü yerlerdir (Protein sentez
bölgeleri). Serbest ribozomlar hücre büyümesi ve bölünmesi için gerekli
sitoplazmik proteinleri meydana getirirken, bağlı ribozomlar ise; GER’in dış
yüzeyinde olup, membran yapısında yer alan proteinlerin, sitoplazmada vezikül içinde
depolanacak proteinlerin ya da hücre dışına salgılanacak proteinlerin sentezinde görev
alırlar. Bu nedenle embriyonik hücrelerde, tümör hücrelerinde ve hemoglobin yapan
genç (immatur) eritrositlerde serbest ribozomlar oldukça fazladır. Ayrıca
mitokondriyonlarda ve nüklear membranın dış yüzeyinde de ribozomlar bulunmaktadır.
GER’da protein sentezi; transkripsiyonla DNA’dan pre mRNA sentezi ile başlar.
Ribozomlar mRNA’ya bağlanırlar, mRNA’daki sinyal peptidi (15-60 aminoaitlik) SRP
(sinyal tanıyan partikül) ile etkileşir. Oluşan polizom bu şekilde SRP ve ribozomal
reseptörler aracılığıyla GER’e tutunur Kenetlenmeden sonra SRP ayrılır, translasyon
devam eder. Translokator protein, polipeptid zincirini GER lümenine yönlendirir. Sinyal
peptidinin sinyal peptidaz tarafından ayrılmasından sonra, sinyal peptit peptidaz kesilen
sinyal peptidini yok eder. Protein sentezi tamalanınca ribozom tranlokator proteinden
ayrılır. Protein sentezi sırasında ayrıca sisternada hidroksilleme, glikozlama, sülfatlama,
fosforlama gibi değişikliklerde gerçekleşir. GER’de sentezlenen protein depolanabilir
(lizozom ve lökositlerin özgül granülleri gibi), geçici olarak tutulabilir (pankreas ve bazı
endokrin hücreler gibi) veya zar bileşeni olarak kullanılabilir.
Agranüler Endoplazmik Retikülüm (SER)
Agranüler (düzgün=smooth) endoplazmik retikülüm (SER ya da AER)
ribozomlara sahip olmadığından GER'den farklıdırlar. Ayrıca sisternaları GER’deki gibi
yassı üstü üste dizilmiş raflar şeklinde değildir, birbiriyle bağlantılı değişik şekil ve
büyüklükte tübüller sisternalara sahiplerdir. Çevre sitoplazmik matriksten farklı
boyanmadığı için elektron mikroskobik inceleme sonucunda görülebilirler. GER
membranlarına benzeyen SER membranları 6-7 nm kadar kalınlığa sahiptir. Tübüler
lümen genişliği 50 nm kadardır. Düzgün retikülüm; GER, Golgi apparatus ve
plazmalemma ile birleşebilir. SER elemanları sıklıkla glikojen partikülleri,
mitokondriyonlar ve lipid damlacıkları ile yakın ilişkidedir. SER membranları lipid ve
karbonhidrat metabolizması için gerekli olan enzimlere sahiptir. SER özellikle adrenal
korteks, korpus luteum ve testisin intertisyal (Leydig hücreleri) hücrelerinde belirgindir ki
buralarda steroid biyosentezi ile ilgilidir. Hepatik parankimal hücrelerinde, pankreas
tarafından salgılanan glukagon hormonu yeni glukoza parçalanması ve lipid sentezi
olaylarında rol oynar. Aynı zamanda glukagon yağda çözünen pek çok ilaçların
36
(barbitüratlar gibi) metabolizması ile de ilgilidir. Hepatik parankimal hücreler lipoprotein
partiküllerinin başlıca üretim yeridir. Lipoproteinlerin lipid komponentlerini sentezleyen
enzimler agranüler endoplazmik retikülüm membranlarında yerleşmiştir. Bu organel
aynı zamanda metabolizma tarafından oluşturulan zararlı bileşiklerin ve ilaçların
detoksifikasyonu için gerekli bir seri reaksiyonu katalize eden enzimleri de içerir.
Karaciğer hücrelerindeki SER glikojen formasyonu ve depolanması, kolesterol
lipoprotein sentezi ve detoksifikasyon olaylarında rol oynar. Hidrolaz, metilaz, glukoz-6fosfat, ATP az ve lipid oksidaz içerirler. SER barsak epiteli içerisindeki prizmatik
absorbtif hücrelerde, monogliserit ve yağ asitlerinden trigliseritlerin sentezlenmesinde
rol oynar. Mide parietal hücrelerinde bu organel hidroklorik asit formasyonu ile ilgilidir.
Kas hücreleri SER'ü sarkoplazmik retikülüm adını alır ve bu hücrelerde kalsiyum
iyonlarını depolar, kas hücrelerinin kontraktil elemanlarının aktivitesini düzenler. SER
sitoplazmadaki Golgi apparatus ve pinositotik vesiküller gibi diğer membransal
elemanlardan mutlaka ayırt edilmelidir.Granüler endoplazmik retikülüm ile yakın
ilişkisinden dolayı SER’ün GER’den ribozomlarını kaybetmesi ile oluştuğu ileri
sürülmüştür.
Karaciğier hücresinde, Agranüler Endoplazmik Retikülüm (SER), Çekirdek (Ç),
Mitokondriyon (M), granüler içeriği ile Lizozom (Liz), kesecikler şeklinde Golgi
kompleksi (G) ve vezikülleri (V), tübüler sisternalara sahip Lipofuksin pigmenti (Lf)’nin
varlığı elektron mikroskopik olarak görülmektedir.(Duane’s Ophthalmology. Gerald B.
Grunwald 2006’den alınmıştır.)
37
Golgi Apparatus
1898’de İtalyan anatomist Camillio Golgi tarafından tanımlanmıştır. Golgi sahası
veya Golgi kompleksi olarak da bilinen bu organel "pozitif" veya "negatif" imaj
(görüntü) şeklinde ışık mikroskobu ile de görülebilir. Gümüş impregnasyonu veya
osmium tetroksit ile uzun süre muamele gibi özel tekniklerden sonra Golgi apparatus
çekirdek yakınında yerleşmiş kanal ve vaküollerden oluşmuş bir ağ veya düzensiz
granüler küme şeklinde görülür ve bazen multipledir (birden fazla). Özel tekniklerden
sonra elde edilen görüntü "pozitif" görüntü olarak adlandırılır. Salgı hücrelerinde
(Goblet hücreleri gibi) Golgi apparatus supranüklear olarak (çekirdek üstünde), çekirdek
ve salgılama yüzeyi arasında yer alır. Diğer hücrelerde ise genellikle çekirdek
yakınındadır ve sıklıkla bütün hücre boyunca çeşitli bölgelere dağılmıştır. Bu organel
genel tekniklerle boyanmaz, fakat osteoblast ve plazma hücreleri gibi oldukça bazofilik
sitoplazmaya sahip hücrelerde, H.E. ile boyanma halinde, Golgi bölgesinde çoğunlukla
soluk, berrak saha olarak görülür. Bu bir "negatif" görüntüdür. Negatif görüntü bize
Golgi bölgesinde ribozomların olmadığını düşündürür.
Elektron mikroskobide Golgi apparatusun 3 membranöz komponentinin
bulunduğu görülür.
1- Sisterna veya kesecik, 2- Küçük veziküller, 3- Geniş vakuoller. Sisternalar
yassılaşmış ve hafif açı yapacak şekilde bükülmüş düzgün yüzeyli membranlardan
meydana gelmiştir. Bu membranlar birbirlerine paralel raflar şeklinde dizilim gösterirler.
Rafların sayısı 3 ile 12 arasında değişir. Her komşu sisterna arasında 20-30 nm
kadarlık bir boşluk bulunur ve birbirleriyle ilişkilidir. Bütün apparatus bir kase
görünümünde olup, çekirdeğe bakan bir dış, konveks, proksimal yüzeyi (cis yüzeyi) ile
çekirdekten uzakta iç, konkav, distal (trans yüzey) yüzeye sahip bulunmaktadır.
Proksimal membranlar distal membranlardan daha incedir. Sisterna membranları dış
yüzde 6-7 nm ve iç yüzeyde de 7-8 nm kalınlığındadır. Sisterna veya kavitelerin
genişlikleri ise 15 nm kadardır, fakat bu genişlik periferde artar. Bir sisterna rafına
diktiyozom (dictyosome) adı verilir. Çekirdeğe yakın olan proksimal yüz nisbeten
vesiküllerden yoksundur ve konveks, şekillendirici, immatür yüzey olarak adlandırılır.
Distal yüz granül oluşumu ile ilgilidir ve konkav, matür, salgılayıcı yüzey adını alır.
Vesikül ve vakuoller distal sisternalar ile ilişkilidir. Vesiküller küçük, 40 nm çapında,
sferikal şekilli, çoğu düzgün yüzeyli yapılardır. Fakat bazıları yüzeyden uzanan tüy
şeklinde ince filamentlerle örtülüdür (örtülü vesiküller). Örtülü vesiküller membran
proteinlerinin endoplazmik ketikülüm ile Golgi apparatus arasında ve Golgi aparatus ile
plazmalemma arasında taşınmasında rol oynarlar. Vakuoller 0,5 µm veya daha fazla
çapta olup, değişik densitede salgı ürünleri içerebilirler. Daha geniş olanlar dens,
homojen bir içeriğe sahip olup, yoğunlaşan veya salgılayıcı vakuoller olarak adlandırılır.
Pankreas asinar hücrelerinde salgı vakuolleri yoğunlaştırılmış salgı proteinleri (zimojen
granülleri) içerir. Bu salgı proteinleri hücreden ekzositoz ile atılır. Atılım sırasında salgı
vakuolleri plazma membranı ile kaynaşarak içeriklerini dış ortama boşaltırlar.
Sisternalarla ilişkili vesikül ve vakuollerin yerleşimi sıklıkla asimetriktir.
Golgi apparatus statik (durgun) değildir, devamlı olarak değişim gösterir.
İmmature yüzeye yakın olan GER ribozomlardan yoksundur; işte bu endoplazmik
retikülümden tomurcuklanma sureti ile ayrılan transfer vesikülleri Golgi apparatusun dış
38
immatur yüzeyi ile birleşerek içeriğini boşaltır. Aynı zamanda iç matur yüzeyden ve
keseciklerin periferinden salgı vakuolleri ayrılır. Bu nedenle Golgi rafları boyunca bir
"hareket" vardır.
Golgi apparatusun büyüklüğü hücrenin salgılanma aktivitesine bağlıdır. GER
içerisinde oluşan proteinden zengin salgı maddesi transfer vesikülleri içerisinde Golgi
apparatusa giderek orada yoğunlaşır ve apparatusu salgılayıcı vakuol olarak terkeder.
Bundan sonra salgı granülü veya damlacığı olarak hücre yüzeyine ilerler ve içeriğini
hücre dışına boşaltır. GER tarafından meydana getirilen salgı (protein) Golgi apparatus
içerisinde şekil değişikliğine uğrar. Burada muhtemelen suyun uzaklaştırılması ile
yoğunlaştırılır ve çoğu durumlarda karbonhidrat parçacıkları ilave edilir. Örneğin
glikoproteinleri (müküs) salgılayan goblet hücrelerinde protein GER içerisinde meydana
getirilir, burada bir miktar karbonhidrat ilave edilirse de glikoproteinlerin karbonhidrat
yan zincirlerinin çoğunluğu Golgi apparatus içerisinde basamak, basamak ilave edilir ve
ürün şekillendirici yüzeyden olgunlaşma yüzeyine kesecikler aracılığı ile ilerledikçe
karbonhidrat içeriği artar. Pankreasta Langerhans adacık hücrelerinden beta
hücrelerinde, endoplazmik retikülümde sentezlenen proinsulin Golgi apparatus içinde
insülin ve C-peptide parçalanır. Golgi apparatus aynı zamanda hücre örtüsü olan
glikokaliks formasyonunda da proteine şeker ilave eder, bu madde yüzeye Golgiden
köken almış vesiküller içerisinde iletilir. Kıkırdak hücrelerinde karbonhidratlar Golgi
apparatus içerisinde sülfatlanır ve yüzeye giderek extrasellülar matrix bileşikleri olarak
serbest bırakılır. Bütün bu olaylarda yüzeye bir miktar membran eklenmektedir, bir salgı
granülü veya örtülü vesikülün membranı plazmalemma ile kaynaşır. Bu şekilde oluşan
yüzeysel membran fazlalığı endositosiz ve lizozomal aktiviteler ile giderilir, böylece bir
hücrenin yüzeysel alanı nisbeten aynı kalır. Golgi apparatus aynı zamanda hücre
içindeki bazı hidrolitik enzimleri (lizozomlar şeklinde) konsantre ederek paket haline
getirir (etrafını membran ile çevirir). Spermatositlerde hyaluronidase enzimi Golgi alanı
içerisinde konsantre edilir, bu enzim sonradan olgun spermatozoon akrozomunun
şekillenmesinde rol oynayacaktır.
Bütün bunlardan dolayı Golgi apparatus salgı maddelerinin hücre içi iletiminde ve
hücre yüzeyinden salgılanmalarında büyük rol oynar, aynı zamanda özellikle
glikoproteinler olmak üzere bazı salgı ürünlerinin sentezi ile de ilgilidir. Bazı hücrelerde,
Golgi apparatusun şekillendirici yüzeyine yakın olarak agranüler endoplazmik retikülüm
membranları yerleşmiştir. Bu membranlar özellikle lizozomların (ve belki de salgı
vakuollerinin) oluşumu ile ilgilidirler. Bu retikülüm membranları lokalizasyonu, tabiatı ve
fonksiyonu dikkate alınarak GERL (Golgi, Endoplazmik Retikülüm ve Lizozom) olarak
isimlendirilirler.
39
Golgi aparatusu. Şematik çizim ve elektron mikroskobik görüntü. Yassılaşmış
raf şeklinde sisternalara sahip Golgi aparatusunun cis yüzü, endoplazmik
retikülümden gelen salgı vezikülleriyle birleşir ve Golgi aygıtında işlendikten sonra
trans yüzden transport veziküller şeklinde salınır.
Lizozom ve keseler şeklinde Golgi kompleksine ait elektron mikroskop görüntüsü
görülmektedir.(http://faculty.une.edu/com/abell/histo/histolab2.htm’den alınmıştır.)
40
Mitokondriyon
Mitokondriyonlar sitoplazmadaki metabolitlerin kimyasal enerjisini, hücrenin
kolayca kullanabileceği enerjiye dönüştüren organeller olup, kan hücreleri ve terminal
keratinositler hariç bütün hücrelerde bulunurlar. Normal H.E. boyaması ile görülemez
ise de pinacyanol, demirli hematoksilen ve Janus yeşili B ile supravital boyamadan
sonra ayırt edilebilirler. Taze preparatlarda mitokondriyonlar faz-kontrast mikroskop ile
farkedilebilir. Mitokondriyonlar ipliğe benzer (mito=iplik, kondros=tanecik), ovoid veya
sferikal şekilli 0.5-1 µm eninde, 2-5 µm boyunda yapılar olup (bazen boyaları 7-10 µm
kadar ulaşabilir) , sitoplazma içerisinde yer alan cisimciklerdir. Hücre aktivitesine bağlı
olarak sayıları hücreden hücreye farklıdır; lenfosit ve epitelyal hücrelerde çok azdır,
fakat midenin parietal hücreleri (asit salgılayıcı), böbrek proksimal tübül hücreleri ve
adrenal korteks hücreleri gibi yüksek metabolik hıza sahip hücrelerde oldukça
fazladırlar. Örneğin, her bir karaciğer parankim hücresinde 1000 veya daha fazla sayıda
mitokondriyon bulunabilir. Canlı hücrede mitokondriyonların hareket ettiği, hacim ve
şekil değiştirdiği, bölündüğü görülür. Mitokondriyonlar hücrede ana enerji kaynağıdırlar.
Elektron mikroskopik mikrograflarda mitokondriyonların karakteristik bir yapıya
sahip oldukları izlenir. Mitokondriyonlar her biri 6-7 nm kalınlığında ve trilaminar yapıda
olan düzgün yüzeyli iki membran ile sarılmıştır ve iki membran arasında 10-20 nm
genişliğinde elektron saydam (lucent) bir aralık bulunur. Dış membran 3 nm çapında
voltaj bağımlı anyon kanalları (Mitokondriyal porlar) içerir. Bu porlardan 5000 dalton
büyüklüğe kadar moleküller geçebilir. Dış membran, membranlararası boşluğa
geçecek olan proteinler ve polipeptidler için reseptörler içerir. Membranlar arası
boşluk, sitoplazma benzeri bir yapı gösterir. İç membran hücre merkezine doğru bir seri
uzantılar gönderir. Mitokondriyon kristaları (cristae mitochondriales) adını da alan bu
uzantılar şekil yönünden farklıdır; transvers (enine) membransal tabakalar şeklinde
olabileceği gibi tübüler veya vesiküler de olabilirler. Kristalar belirgin bir şekilde iç
membranın yüzeysel alanını arttırmakta ve matriksi çevrelemektedir. Mitokondriyon
sayısı ve her bir mitokondriyonda, krista sayısı bulunduğu hücrenin enerji etkinliği ile
ilgilidir. Düşük enerji metabolizmasına sahip hücrelerde kısa kristalara sahip az sayıda
mitokondriyon bulunur. Çizgili (iskelet) kas ve böbrek tübül hücreleri ile yüksek
metabolik aktiviteye sahip diğer hücrelerde karakteristik bir şekilde sıkıca paketlenmiş
membranöz tabakalar halindedir, fakat adrenal korteks, korpus luteum ve Leydig
hücreleri gibi steroid hormonlarının sentez edildiği hücrelerde kristalar tübüler veya
vesikülerdir. Kristaların iç (matrix) yüzeyine pek çok sayıda çok küçük, topuz şeklinde
partiküller yapışmıştır; elementar partiküller adını alan bu yapıların, oksidatif
fosforilasyon enzimlerini taşıyan başları 10 nm çapında, sapları 5 nm kadar uzunlukta
ve 3 nm kadar enindedir. Baş kısımları matrikse bakacak şekilde iç membrana
tutunurlar, TEM’de tenis raketine benzer görünüm sergilerler. Bu partikülleri ancak özel
teknikler ile görebiliriz. İki membran arasında kalan boşluk dış kompartmanı simgeler, iç
kompartman ise iç zar ile çevrelenmiştir ve matrix tarafından doldurulmuştur.
Mitokondriyal matriks amorf veya oldukça ince granüllü olup küçük, dens
intramitokondriyal granüller içerebilir; bu granüller 50 nm çapında olup, kalsiyum ve
41
magnezyum iyonlarından zengindir. Matriks içerisinde aynı zamanda çift sarmal halde
DNA, 3 tip RNA (rRNA, mRNA, tRNA) ve bir kaç adet de ribozom bulunur. Bu çift
sarmal DNA mitokondriyonda sentezlenir, dublikasyonu çekirdeğin DNA
kopyalanmasından bağımsız olarak gerçekleşir. Sitoplazmik ribozomlara benzeyen
mitokondriyal ribozomlar daha küçük olup farklı sedimentasyon hızına sahiptir. Bütün
bunların yanında mitokondriyal matriks ender olarak birkaç glikojen partikülü, protein
kristali ve myelin (lipid) figürlerini de içerebilir.
Mitokondriyonların primer fonksiyonu adenozin difosfat (ADP) ve inorganik
fosfatdan adenozin trifosfat (ATP) sentez etmektedir. ATP, bütün hücre için
enerji kaynağı olarak kullanılır. Mitokondriyonlar 3 ana enzim sistemine sahiptir;
Krebs (trikarboksilik asit) siklusu, hidrojen ve solunum zinciri elektron taşıyıcıları
(elektron transport sistemi) ve fosforilasyon enzimleri. Krebs siklusu enzimleri
karbonhidrat, yağ asitleri ve bazı amino asitlerin (bütün bunlar matriks içerisinde yer
alırlar) son parçalanmaları ile ilgilidir. Solunum zinciri enzimleri ve ilgili fosforilasyon
enzimleri muhtemelen krista yüzeylerinde veya krista membranları içerisindeki
elementar partiküllerin içerisinde yer almışlardır. Mitokondriyonların çoğalması
kendilerinin genetik bilgi içerikleri (DNA ve RNA) ve matriks ribozomları yardımıyla
protein sentez yetenekleriyle ilgilidir. Mitokondriyonların karakteristik proteinleri sentez
edebildiği bir gerçektir, fakat çoğalma şekli hala açıklığa kavuşamamıştır; çoğalma
muhtemelen tomurcuklanma veya basit bölünme ile olmaktadır.
Mitokondriyonlar bölgesel enerji ihtiyacına göre sitoplazma içerisinde fonksiyonel
dağılım gösterir; örneğin metabolik olaylar için enerjinin kullanıldığı sitoplazmik
bölgelerde yer alırlar. Buna örnek olarak kas hücrelerinde mitokondriyonların kontraktil
yapılarına yakın bulunmalarını, hareketi sağlamak için spermde orta-parçada ve
silyanın tabanında bulunmalarını, aktif taşıma için böbrek proximal tübül hücrelerinin
bazal katlantıları arasında yer almalarını gösterebiliriz. Ayrıca mitokondiyonlar
kalsiyumu konsantre ederek sitoplazma içerisinde genel bir kalsiyum ortamının
devamını da sağlarlar.
42
Mitokondriyon yapısı. a. Pankreatik asinar hücrede mitokondriyon elektron
mikroskopik görüntüsü izlenmektedir. İç mitokondriyal membranda kristalar (C) ve dış
mitokondriyal membran (ok) gösterilmiştir. b. Mitokondriyonun şematik görüntüsü; iç
ve dış mitokondriyal membranlar arasında boşluk yer almaktadır. Kristaların iç
yüzeyine elementar partiküller tutunmuştur. Mitokondriyal matrikste kalsiyum ve
magnezyum iyonlarından zengin granüller, DNA, RNA ve ribozom bulunmaktadır.
(Histology; A text and atlas. MH Ross, W Pawlina, Lippincott Williams&Wilkins,
2011’den alınmıştır.)
Lizozomlar
Lizozomlar değişik hacim ve şekildeki küçük, membran ile çevrili organeller olup,
hücre içi sindirimi için gerekli enzimleri içerirler. Hücre içi sindirim ve hücre içi
bileşenlerin yenilenmesi ile ilgili olduklarından görünümleri fonksiyonel durumlarına göre
değişir ki, bu olay pleomorfizme neden olacaktır (pleomorfizm; bir yapının değişik
şekillerde görünmesi). Lizozomlar olgun eritrositler dışında tüm hücrelerde bulunurlar,
fakat böbrek proksimal tübül hücrelerinde, karaciğer hücrelerinde, nötrofil lökositlerde
ve makrofajlarda en yoğundurlar. Lizozomların 40'dan fazla tanımlanan enzim içerdikleri
bilinmektedir. Bunların hepsi hidrolitik enzimler olup, proteazları, nükleazları,
glikosidazları, lipazları, fosfolipazları, fosfatazları ve sülfatazları içerir. Bu enzimlerin
bütün hepsi asit hidrolazlar olup, optimal olarak pH: 5 civarında aktiftirler. Asit fosfataz
için modifiye Gomori metodu ile elektron sitokimyada teşhis edilirler. Lizozomal
membranın, kolesterol ve lizobifosfatidik asit içeren, farklı fosfolipid yapısı, kendi
kendini sindirmesini önler. Gerek fonksiyonel ve gerekse morfolojik yönlerden
lizozomları iki ana guruba ayırabiliriz; primer lizozomlar ve sekonder lizozomlar. Bir
primer lizozom henüz enzimatik faliyete başlamamış, sitoplazma içerisinde yeni
43
şekillenmiş veya dinlenme safhasındaki bir organeldir. Bir sekonder lizozom ise primer
lizozom ile hücre içi veya dışından kaynaklanan membranla çevrili cisimciğin (fagozom)
birleşmesi ile oluşur ve içerisinde enzimatik sindirim ya başlamıştır ya da başlamak
üzeredir. Bir primer lizozomun yapısında bulunan hidrolitik enzimler GER tarafından
meydana getirilmektedir. Buradan transfer vesikülleri olarak Golgi sisternalarına gider
ve tam bir lizozom olarak Golgi apparatusun mature (salgılayıcı) yüzeyinden
tomurcuklanma sureti ile ayrılır. Primer lizozom genellikle 25-50 nm çapındadır ve 6-7
nm kalınlıktaki trilaminar membran ile örtülüdür. Bazı primer lizozomlar 0.8 mikron çapa
sahip olacak kadar büyüktürler; bazıları ise nötrofil lokositlerde olduğu gibi elipsoid
şekillidir; ve ender olarak da düzensiz kristal huzmeleri şeklinde dens maddeleri
içerirler. Primer lizozomlar pinositosiz, fagositosiz ve otofaji veya self-fagositosiz olayları
sırasında fonksiyon gösterirler bu olaylar sonucu membran ile çevrili cisimcikler oluşur.
Pinositosiz ve fagositosizde yüzey plazmalemma invagine olur(çöküntüye uğrar) ve
sonra da koparak, ya yalnızca sıvı içeren ya da hücre dışından köken alan diğer
maddeleri içeren, membran ile çevrili vesikül haline gelir. Bu şekilde oluşan cisimcik
fagozom veya heterofagozom adını alır. Bir primer lizozomun membranı (veya
birden fazla lizozomların membranı) ile bir fagozomun membranı birbirleriyle birleşir,
fagozomun içeriği primer lizozomların hidrolitik enzimleriyle muhatap olur ve neticede
sekonder lizozom oluşur. Buna benzer bir olay da sitoplazmanın kendisinin bir
parçasında oluşabilir; yaşlanan veya tahrip olan bir hücrede görülen bu olayda,
sitoplazmanın bir kısmı hücrenin kendi membranı ile çevrilir ya da izole edilir. Hücrenin
kendisine ait organeller, sitoplazmik proteinler vs. sindirimi olayına otofaji denir. Bu
yolla anabolik ve katabolik hücre fonksiyonları dengelenir istenmeyen gereksiz
organeller ortadan kaldırılır. Sindirilen organel komponentleri geri dönüştürülür, hücre
büyümesi ve gelişmesi için kullanılır. Besinsel açlıkta, hücresel farklanmada, hücre
ölümünde ve hücre yaşlanmasında önemli rol oynar. Uygun besin ve büyüme faktörleri,
serin/threonin kinaz olarak bilinen Mammalian Target of Rapamycin (mTOR)’in
enzimatik aktivitesini stimüle eder. Yüksek mTOR aktivitesi otofajiyi inhibe eder. Açlık,
hipoksi, yüksek sıcaklık mTOR aktivitesini engeller bu durum da Atg (autophagyrelated genes) aktivasyonuna neden olur, otofaji başlar. Otofaji 3 şekilde gerçekleşir;
makrootofaji de sitoplazmanın bir kısmı ya da bir organel ilk önce ER’un ekstrasellüler
membranı ile sarılır. Primer lizozomlar bu yapıyla birleşir ve sekonder lizozom yani
otofajik vakuol (otozom=otofagozom) meydana gelir. Bu vakuoller ribozom,
mitokondriyon, endoplazmik retikülümün bir kısmı, lipid damlacığı veya membran
parçalarını içerebilir. Oluşan otofagozom hidrolitik enzimlerle parçalanır. Mikrootofaji
de ise küçük sitoplazmik materyaller parçalanır. Şaperon aracılı otofajide de Hsc73
şaperon proteini gereklidir. İndirgenecek protein Hsc73’e bağlanır ve lizozoma transfer
edilir. Her şekilde de oluşan sekonder lizozomun içeriği sindirildikten sonra faydalı
ürünler hücre bileşimlerinin sentezinde kullanılmak üzere tekrar sitoplazmaya döner,
fakat geride sindilmemiş kalıntılar kalabilir; işte bu inaktif cisimcikler residüel cisimcik
(kalıntı-artık cisimcik) olarak adlandırılır. Akciğer makrofajları içerisindeki residüel
cisimcikler slika veya asbestos, adrenal korteks hücrelerindeki residüel cisimcikler
kolesterol veya boya partiküllerine sahip olabilir. Yaşlanan hücrelerde görülen diğer bir
özel tip de lipofuscin granülleridir; burada sekonder lizozomlar lipid damlacıklarını,
44
granüler pigment maddelerini ve vakuolleri barındırabilir. Eğer bu şekildeki cisimcikler
bir hücrede oldukça fazla ise hücre kahverengimsi-sarı rengi alır. Uzun ömürlü bazı
hücrelerde (Ör: nöronlar, kalp kası ve karaciğer hücreleri) yaşlanmayla birlikte çok
miktarda residüel cisimcikler (lipofuscin) birikir. Diğer bir sekonder lizozom tipi de
multivesiküler cisimcik olarak adlandırılır. Multivesiküler cisimcikler 0,2-0,3 mikron
çapında vakuollerdir ve asit fosfataz karakteri gösteren makriksinde, küçük vesiküller
bulunur. Multivesiküler cisimciklerin kökeni ve önemliliği henüz açıklığa kavuşmamıştır
fakat muhtemelen bir primer lizozom içerisindeki pinositotik vesikül inklüzyonlarından
meydana gelmişlerdir.
Lizozomlar, esas olarak hücrenin kendini korumasında rol oynamaktadır; bakteri
ve funguslar gibi yabancı maddelerin tahrip edildikleri yerlerdir ve normalde görülen
hücre bileşimleri ve organellerinin yenilenmesinde rol oynarlar. Tahrip olan hücrelerde
membran ile örtülü lizozomların membranları yırtılabilir veya geçirgen hale gelebilir, bu
durumda hidrolitik enzimler sitoplazmanın kendisini etkisi altına alacaktır, neticede
hücrenin lizisi (erimesi) ve ölümü meydana gelecektir. Böyle bir olay enfeksiyonlar
sırasında nötrofil lökositlerde, hücrelerin öldüğü bakterilerin fagositosizinde görülür; ve
buna benzer bir olay muhtemelen dokuların büyümesi ve yeniden şekillendirilmesi
sırasında da görülmektedir.
Lizozomal enzimler, extrasellüler boşluklara, eksositozis ile salınırlar
örneğin; osteoklastlarda tipik olan bu fonksiyon, kemiğin resorpsiyonu ile ilgilidir. Bazı
salgı hücrelerinde salgılama azaldığında veya durduğunda yeni oluşan salgı granülleri
direkt olarak lizozomal siklusa dahil olarak yıkılırlar. Böylece hücre içerisinde fazla
miktarda salgı materyali birikimine engel olunur. Bu olaya krinofaji (crinophapy) adı
verilmektedir.
Tay-Sachs hastalığı lizozomları içeren önemli bir genetik hastalıktır.
Lizozomlardaki enzimler fonksiyon yapamazlar ve substratlar parçalanamadığı için
sitoplazma içerisinde birikerek hücrenin fonksiyonunu engellerler. Tay-Sachs
hastalığında serebral korteksteki nöronlarda galaktosidaz enzimi bulunmamaktadır.
Bunun
sonucunda
hücrelerdeki
substratlar
parçalanamadığından
nöron
sitoplazmasında birikmektedirler. Elektron mikroskopik incelemelerde sinir hücrelerinde
tipik tanıya yardımcı olan laminar şeklinde düzenlenen elektron dens cisimcikler
izlenmektedir.
45
L
L
L
Lizozomların (L) elektron mikroskopik görünümü izlenmektedir.
Proteozomlar
Protein yıkımının lizozomal yollara ilaveten diğer bir yolu da lizozom harici
protein yıkımıdır. Bu tip bir yıkım, proteozomlar olarak adlandırılan geniş sitoplazmik
veya nuklear protein komplekslerinde meydana gelmektedir. Proteozomlar, ATP
bağımlı proteaz kompleksleridir ve yönlendirilen proteinleri parçalarlar. Denatüre olmuş,
gereksiz, anormal aminoasit içeren proteinleri yıkarlar. Ayrıca hızlı bir şekilde inaktive
edilmesi gereken regulatör proteinler ve transkripsiyon faktörleri, tümör supresörleri,
tümör promoterları gibi mitotik siklinleride indirgerler. Lizozomlar hücre içindeki
maddeleri, organel ve vezikülleri sindirirken, proteozomlar doğrudan proteinlerle ilgilenir.
76 aminoasitlik bir protein olan ubiquitin ayrıştırılacak olan proteine bağlanır. İlk
ubiquitinin bağlanmasıyla diğer ubiquitinler ardışık olarak linear bir zincir oluşturur. Varil
şeklindeki proteozomun her iki ucunda ATPaz ve ubiquitinle işaretlenmiş parçaları
tanıyan düzenleyici parçalar yer almaktadır. Tanınan işaretli proteinler ATPaz
tarafından, proteozom merkezine alınır ve 8 amino asitlik peptidler şeklinde kırpılır, zıt
uçtan sitozole salınır. Sitozolde ya daha küçük parçalara ayrılır ya da başka bir işlemde
46
kullanılır. De-ubiquitinating enzimler (DUBs) tarafından salınan serbest ubiquitinler ise
yeniden kullanılmak üzere serbest kalırlar.
Peroksizomlar (Mikrocisimcikler)
Mikrocisimcikler olarak da adlandırılan, peroksizomlar yapısal yönden
lizozomlara benzerler ancak bunlar lizozomal hidrolazlara sahip değillerdir.
Peroksizomlarin bazıları primer lizozomlardan daha geniş olup, agranüler endoplazmik
retikülüm ile devamlılık gösterebilirler. Peroksizomlar membran ile çevrili granüler
cisimcikler olup sferikal veya ovoid şekle sahiptir, çapları 0.5-1.2 mikron (µm) arasında
değişir. Peroksizom membranı trilaminar yapı gösterir ve 6 nm kalınlığındadır.
Mitokondriyonlar gibi oksijen kullanırlar ancak, ATP üretmezler ve hücresel
metabolizmaya doğrudan katılmazlar. Peroksizomlar; makrofajlarda, böbrekte
proksimal tübül hücrelerinde, bronşiollerin silyasız hücrelerinde, karaciğer parankim
hücrelerinde ve odontoblastlarda bulunurlar; son iki tip hücredeki peroksizomların
granüler matriksi bir kristalloid cisimciğe veya nukleoide sahip olabilir.
Peroksizomlar, muhtemelen GER tarafından meydana getirilmişlerdir.
Peroksizomlar özgül organik maddeleri okside ederek, hücre için çok zararlı olan
hidrojen peroksit (H2O2) oluşumuna neden olurlar. Bununla beraber hidrojen peroksiti
parçalayan katalaz ve peroksidaz gibi oksidatif enzimleri de içerirler. Oksidazlar hidrojen
peroksiti (H2O2) oluştururlar bu da katalaz ile yıkılır. Peroksizomlar, muhtemelen
hücreleri aşırı hidrojen peroksit yapımından koruma yönünden oldukça önemlidir ve
yağların karbonhidratlara dönüştürülmesi olan glukoneogenesizde rol oynayabilirler.
Karaciğer ve böbrek tübül hücrelerinde çok sayıda peroksizomların bulunması bu
organellerin bir çok farklı molekülün detoksifikasyonunda rol oynadıklarını
göstermektedir. Ayrıca kristalloid bir inklüzyon olan ürat oksidaz insan dışında, birçok
hayvan hücre peroksizomunda da bulunur.
Lizozoma yapısal benzerlik gösteren peroksizomların ve Golgi kompleksi
sisternalarının
elektron
mikroskobik
görüntüsü
izlenmektedir.
(http://faculty.une.edu/com/abell/histo/histolab2.htm’den alınmıştır.)
47
Annulate Lamella
Hücre içerisinde yassılaşmış membran sisternalarının oluşturduğu aktif bir ağ
sistemidir. Her bir lamella 30-50 nm genişliğinde,
sisternalar oluşturan iki paralel
membrandan (7-9 nm kalınlığında) oluşur. Bu sisternalar sirküler porlar (40-50 nm
çapında) tarafından sıklıkla kesilir. Porlar ya da annuluslar nuklear (çekirdeğe ait)
membran porlarına benzemektedir, her iki tip de porların periferinde çepeçevre 8
globular subünite sahip 8 katlantılı bir simetri gösterir ve poru örten membran
merkezinde de daha küçük merkezi bir granül bulunur. Gerek nuklear membranın ve
gerekse annulate lamellaların her ikisinin de adenozin trifosfataz enzimini içerdikleri
gösterilmiştir, fakat en azından oositlerde annulate lamellaların por sayısı nüklear
membran por sayısından daha fazladır; annulate lamellalarda total por alanı nüklear
membran total por alanından iki kez fazladır; bunun önemliliği henüz açıklığa
kavuşamamıştır. Nüklear membrana olan bu yapısal benzerlik annulate lamellaların
nüklear membrandan köken aldığı hipotezine yol açmıştır. Buna benzer yapılara
intranüklear olarak da rastlanmıştır. Her nekadar kuvvetli bir kanıt yoksa da, fonksiyonel
olarak, annulate lamellalar çekirdekten sitoplazmaya bilgi taşıyabilir. Bu fonksiyona ek
olarak ve gene kesin bir kanıt olmaksızın annulate lamellaların meydana gelmesi
olayları bu organelin
basitçe değişici ve sonradan parçalanarak sitoplazmik
vesikülleri oluşturabileceğini düşündürmektedir. Annulate lamellalar süratli bölünen
hücrelerde (embriyonik ve neoplastik hücreler) ve erkek ile dişi germ hücrelerinde tarif
edilmişlerdir. Annulate lamellalar sıklıkla endoplazmik retikülüm membranları ile direkt
bağlantılara sahiptirler.
AL
Yassı membran sisternalarının oluşturduğu ağ yapısında, Annulate lamellae
(AL)‘nın elektron mikroskopik görüntüsü izlenmektedir.
48
Hücre iskeleti
Mikrotübüller,
ara
(intermediyer)
filamanlar
ve
aktin
flamanları
(mikrofilamanlar)‘dan oluşan karmaşık bir ağdır. Bu yapısal proteinler; hücrenin
şekillenmesi sağlar, organeller ve veziküllerin hatta tüm hücrenin hareketinde rol
oynarlar.
Mikrotübüller
Mikrotübüller 20-25 nm kadar çapta ve uzunlukları tam olarak belirlenemeyen
ince, uzun, tübüler yapılardır. Sitoplazmada düz şekilde bulunmaları bunların belirli bir
katılığa sahip olduklarını gösterir. Mikrotübüller 15 nm kadar çaplı, merkezi, elektron
lusent bir öze sahiptir, dolayısı ile duvar kalınlığı 5 nm’dir. Duvar, protofilament olarak
adlandırılan merkezi bir öz çevresinde sirküler düzenlenmiş 13 adet 110 kDa
ağırlığında tubulin adı verilen globüler proteinden yapılmış subunitlerden meydana
gelmiştir. Her tubulin dimeri de, 55 kDa ağırlığında α ve β-tubulin alt birimden oluşur.
Ancak bazen az sayıdaki özel lokalizasyonlarda mikrotübüllerin çapı 12
protofilamentten oluşacak şekilde daha küçük veya 15 protofilamentten oluşacak
şekilde daha geniş olabilmektedir. Işık mikroskobunda flamentöz sitoplazmik liflerle
karıştırılan mikrotübüller tübülin antikorları kullanılarak florasan boyalarla ayırt edilebilir
Hemen bütün hücrelerde bulunur ve sitoplazmada dağılmış tek elemanlar, paralel
düzenlenmiş gruplar ve kısmen de iki (doublet) ya da üçünün (triplet) kaynaşmış
formları halinde görülürler.
Mikrotübüller temel olarak 3 fonksiyona sahiptir;
1- Hücre şeklini korumak için bir sitoiskelet olarak görev yapar. Örneğin disk
şeklindeki kan plaketlerinde mikrotübüller yüzeye yakın bir band oluştururlar.
2- Mikrotübüller hücre şeklinin değişmesi ile ilgilidir. Mitozisde, mikrotübüller
mitotik iği meydana getirirler, krozomlar bu iğ boyunca ilerlerler. Mikrotübüller
spermatidlerin tekrar şekillendirilmesinde rol oynarlar ve silya ile flagellada kayma
mekanizmasını oluştururlar sonuçta silya ve flagella hareket edecektir. Mikrotübülün
uçlarına yeni subünitlerin eklenmesiyle bu yapıların boyları uzayabilir ki bu da mitotik
iğlerin oluşmasında görülür.
3- Su, metabolit ve hatta makromoleküller için bir diffüzyon kanalı olarak
fonksiyon görür, dolayısı ile intraselluler (hücre içi) transporta yardım eder. Maddeler
uzun bir mesafeye nakledilebilirler; örneğin maddelerin sinir hücresi perikaryonundan
uzantılarına iletilmesi. Mikrotübüller aynı zamanda hücre içinde organellerin
taşınmasınada aracılık eder. Nöronlardaki aksoplazmik transport, pigment
hücrelerindeki melanin transportu, kromozom hareketleri, vezikül hareketleri gibi
örneklerin herbirinde kompleks bir mikrotübül ağının varlığı gereklidir. Eğer mikrotübüler
kırılıp ayrılmış ise bu aktivasyonlar mümkün olmaz.
Mikrotübüllerin bir ucunda polimerizasyon diğer uca göre daha hızlı olur. Bu uca
pozitif (+) uç, diğerine negatif (-) uç denir. Tubulin dimerlerinin polimerizasyonu,
49
Guanozintrifosfat (GTP) ve Mg varlığına bağlıdır. Her bir tübülin mikrotübül yapısına
katılmadan önce GTP’ye bağlanır. GTP-Tübülin kompleksi polimerize olur, P ayrılır.
Polimerizasyondan sonra tüm dimerler aynı yönde yerleşime sahip olur. Polimerizasyon
ve depolarizasyon denge içindedir ve MAPs (microtubul associated proteins) tarafından
modifiye edilirler.
Mikrotübüller protein tübülünden meydana gelmiştir. Protein tübülin çözülebilir
karakterdedir. Muhtemelen silya, sentriol ve bazal cisimcikler haricindeki hücrelerde
devamlı yıkılması ve yeniden formasyonu söz konusudur. Bu olay kolşisin ve
vinblastin ile bloke edilebilir. Antimitotik bir alkoloid olan kolşisin mikrotübüle
bağlandığında (+) uca daha fazla tübülin bağlanmasını engellerken, vinblastin
mikrotübülü çözer. Bu maddelerin verilmesinden sonra hücrede mikrotübüller kaybolur
ve mitosis mitotik iğin yetersiz bir şekilde formasyonundan dolayı durdurulmuş olur.
Mikrotübüller; aynı zamanda sentrioller, siller, flagellum gibi çok sayıda kompleks
sitoplazmik bileşenin de temel yapını oluştururlar.
Mikrotübül polimerizasyonu. Herbir tübülin dimeri α ve β-tubulin alt birimden oluşur.
Her mikrotübül 13 tübülin dimeri içerir. Kapak proteini mikrotübül organizasyon merkezi
(MTOC)‘ne gömülü durumdadır ve mikrotübüller α ve β-tubulin’in eklendiği γ-tübülin
halkasından gelişir. + uçta tübülin dimerleri guanozintrifosfat (GTP)’a bağlanır, - uçta
GTP hidrolize olur. (Histology; A text and atlas. MH Ross, W Pawlina, Lippincott
Williams&Wilkins, 2011’den alınmıştır.)
50
Sentrioller
Işık mikroskopide sentrioller çekirdek yakınında yer alan kısa çubuklar veya
granüller şeklinde görülür. Genellikle, interfaz devresinde ya da bölünme halinde
olmayan hücrede 2 adet olup diplozom adını alır. Çift olan sentrioller sıklıkla Golgi
apparatus tarafından ya çevrelenmiştir, ya Golgi apparatusa yakın ya da çekirdek
çöküntüsü içerisinde yerleşim gösterir. Elektron mikroskopide her bir sentriol 150 nm
kadar çapta ve 300-500 nm uzunlukta, 42kDa ağırlığında içi boş bir silindir şeklinde
görülür. Enine kesitte görüldüğü gibi duvar herbiri 3'er mikrotübülden oluşmuş 9
mikrotübül takımdan meydana gelmiştir; 3'er mikrotübülden oluşan her bir takım triplet
olup duvar çeperine bir açı yapacak şekilde silindirin uzun eksenine paralel yerleşmiştir.
Herbir triplete ait mikrotübüller A, B ve C, olarak adlandırılır; en içteki A, ortadaki B ve
duvara en yakın olanı da C mikrotübülüdür. Tripletler dens amorf bir madde içerisinde
gömülmüştür. Her sentriolün bir ucu açıktır, diğer ucu ise dens bir madde tarafından
araba tekerleği görünümünde kısmen kapatılmış olabilir. Önceden değinildiği gibi
sentrioller genellikle bir çift olup uzun eksenleri birbirine dik açı yapacak şekilde ve orta
elektron denste bir miktar amorf madde içerisinde yer alırlar; bu orta elektron denslikte
olan materyal çevre sitoplazmaya perisentriolar satellitler veya sentrofer adı altında
uzanır. İki sentriol ile birlikte sentrofere beraberce sentrozom veya hücre merkezi adı
verilir. Sentrozomal bölge mikrotübül hariç diğer organellerden yoksundur.
Sentrioller kendi kendilerine çoğalırlar ve mitozisde daha belirginleşir. Profaz
safhasında sentrioller ikiye ayrılır ve herbirinden yeni bir prosentriol gelişir. Yeni oluşan
sentriollerin etrafında mikrotübüler, mitotik iğ ve yıldız şeklindeki lifleri meydana
getirmek üzere dizilirler. Sentriol ve mikrotübül organizasyon merkezi (MTOC);
interfazda mikrotübül sayısı, polaritesi ve organizasyonunu düzenler. Mitoz sırasında
dublike olan MTOC mitotik iğ oluşumunu sağlar. Hücre bölünmesinden önce interfazın
S evresinde her sentrozom eşini oluşturur; böylece hücre bölünmesinden sonra her bir
hücre iki sentriol kazanır. Hem silyum hem de flagellum hücre yüzeyine göç eden
sentriolün burada bazal cisim oluşturmasıyla meydana gelirler. Ancak bazal cisimcikler
merkezi tübül parçası içermezler.
51
Fibroblast
sitoplazmasında
sentriollerin
elektron
mikroskopik
görüntüsü
izlenmektedir. 9x3’lü mikrotübül organizasyonuna dikkat ediniz. (Histology; A text and
atlas. MH Ross, W Pawlina, Lippincott Williams&Wilkins, 2011’den alınmıştır.)
Silya
Silya, başlıca epitelyal hücrelerde olmak üzere hücre yüzeyinden uzanan
hareketli sitoplazmik uzantılardır, fonksiyonları yüzeyde bulunan sıvı film tabakasını
hareket ettirmektir. Kıl veya kirpik tipi uzantılar anlamında kullanılan silyum, çoğul
şeklinde silya terimi ile ifade edilir. Silya en çok üst solunum yolları epiteli, erkek ve dişi
üreme yollarının bir kısım epiteli ve beyin ventrikülleri ile medulla spinalisin merkezi
kanalını döşeyen epandim hücrelerinde bulunur.
Silya uzunlukları farklı olmakla beraber genellikle 5-15 mikron (µm) arasındadır.
Fakat bazan daha uzun veya daha kısa olabilmektedir. Uzunluktaki bu farklılıklara
karşın bütün silyumlar aynı 0.2 mikron (µm) çapa sahiptir. Her silyum trilaminar
plazmalemma uzantısı ile örtülüdür ve bir uzun silindirik şaft, bir kütleşen uç ve apikal
sitoplazmada yer alan bir bazal gövde diğer adı ile kinetozom'dan meydana gelmiştir.
Kinetozom ışık mikroskobunda silyumun tabanında dens bir granül şeklinde görülür.
Şaft içerisinde düzgün yerleşim gösteren 9 periferal mikrotübül çifti (duplet) ve iki adet
merkezi mikrotübül yer alır. Bu şekildeki mikrotübüler filaman kılıfı axonema veya axial
filaman kompleksi olarak adlandırılır. Merkezdeki mikrotübüller bir merkezi kılıf ile
çevrilirdir. Silyum ucunda, mikrotübül doubletleri ve merkezi yerde bulunan tek
mikrotübül kaybolur. Önce doubletler tekleşir ve merkezi mikrotübül kaybolur, son
olarak da periferal mikrotübüller sonlanır. Şaft içerisinde periferal doubletlerin iki subüniti
A ve B olarak adlandırılır. "A" 13 longitidünal subünite sahip tam bir mikrotübüldür; B ise
tam olmayıp 10 veya 11 subünite sahiptir, geri kalan subünitler mikrotübül A ile
52
paylaşılır. Bir doubletin A mikrotübülü iki takım "kol" a sahiptir; iç kol ve dış kol. Bu kollar
komşu doubletin B mikrotübülüne doğru uzanır, aynı zamanda mevcut olan çubuklar
her dubleti (A mikrotübül) merkezi yerde bulunan iki mikrotübüle bağlar. Kol şeklindeki
uzantılar mikrotübül boyunca 24 nm'lik aralıklarla yerleşmişlerdir. Bu uzantılar yüksek
molekül ağırlıklı ve ATPaz içeren protein dynein'den oluşmuşlardır. Dynein sap kısmı
ile A mikrotübüle tutunmuştur. Baş kısmı ise ATP-az aktivitesi gösterir. Daha geniş
aralıklarla bulunan diğer bir protein ise nexin ise komşu dubletler arasında bağlantıyı
oluşturur. Bunların bütün axonema etrafında oldukça elastik bağlar oluşturduğu
düşünülmektedir. İki merkezi (tek olarak bulunan) mikrotübül hücre yüzeyinde sonlanır;
ve apikal sitoplazmada yer alan bazal gövde içerisinde 9 periferal dubletin her biri bir
üçüncü, C mikrotübülünün ilavesi ile triplet (üçlü) haline geçer. Dolayısı ile 9 periferal
triplet ile bazal gövde yapısal yönden bir sentriolü andırır ve sentrioldeki gibi tripletler de
çevreye bir açı yapacak şekilde yerleşim gösterir, herbirinin en içte bulunan mikrotübülü
A olarak adlandırılır. Her bir tripletin bazal kısmından apikal sitoplazmaya fibröz
maddeden oluşan iplikçikler uzanır bunlara, enine bandlaşma gösterdiklerinden, çizgili
kökçük adı verilir. İlaveten basal gövdenin orta bölgesinden sitoplazmaya bir piramidal
bazal "ayak" ya da mahmuz şeklinde bir çıkıntı uzanır; bu, basal gövdeye dik açı
yapacak şekildedir. Bütün bu yapıların, bir silyumu apikal sitoplazmaya sıkıca
tutunmasını sağladıklarına inanılmaktadır.
Silya hareketi ileri doğru süratli çarpma (etkili çarpma) ve geriye doğru yavaşca
gelme (eski halini bulma) ile karakterizedir. Etkili çarpmada silya şaftının büyük bir kısmı
sertliğini korur, bükülme ise şaftın tabana yakın olan kısa bir bölgesinde sınırlıdır. Eski
halini bulma sırasında bütün şaft daha yumuşamış görünür ve kıvrılır. Silya hareketi
esnasında mikrotübül boyunca bir kısalma olmamaktadır. Kalmodulin kalsiyuma
bağlı bir protein olup, kalsiyumu silyar
axonema'dan ayırarak, siliyar çarpmayı
düzenlediği düşünülmektedir. Dynein kolları ve komşu dubletler arasındaki bağlantı
ATP hidrolizini aktive edecektir ve böylece mikrotübüller arasında kayma gücü
meydana gelecektir. Nexin gibi yardımcı proteinler, mikrotübül çiftlerini hep beraber
yüzük şeklinde sarmakta ve onların kayma limitlerini sınırlamaktadırlar. Gevşeme pasif
olarak oluşmaktadır ve muhtemelen nexin bağları ve plazmalemmanın elastikiyeti
sonucu oluşmaktadır. Gerçekte silya kasılması kas liflerinde görülen kayan filamanlar
mekanizmasına benzer şekilde filamanların (mikrotübüller) kayması ile oluşmaktadır.
Bir silyumun kıvrılması sırasında 3 ana değişiklik görülmektedir;
1- 9 dış dublet birbirleri ile ilgili olarak kayar.
2- Her dubletin A subüniti ile komşu dubletin B subünitini birbirine bağlayan kol
aktif şekilde kaymakta ve belirgin şekilde kolun B subünitine bağlantı yerinin şekli
değişmektedir, bu olay ATP nin ADP ye yıkılması ile birliktedir.
3- Her dubletin A subünitini merkezi tek mikrotübüle bağlayan radyal çıkıntılar
kopma ve yapışma şeklinde bir siklik hareket gösterir. Mikrotübül kayma mekanizması
oldukça kompleks ise de bugün bu mekanizmanın görüldüğü ve silya çarpma
hareketinden sorumlu olduğu saptanmıştır. Şunu da ilave edebiliriz ki bir epitelyal
yüzeydeki silya hareketi dalga şeklinde kasılma göstermek üzere senkronize edilmiştir,
böylece yüzeysel sıvı filmi ya da mukus hareket ettirilmiş olur.
53
Tek haldeki silyum uzantılarına retinadaki rod ve koni hücrelerinde ve iç kulaktaki
kıl hücrelerinde rastlanmaktadır. Bunlar genellikle hareketsizdir ve merkezlerinde çift
mikrotübüllere sahip değildirler
Silyumların elektron mikroskopik görüntüsünde; üstte boyuna kesit, altta enine kesitleri
izlenmektedir. (TS Leeson, CR Leeson, AA Paparo: Text/Atlas of Histology,
W.B.Saunders Company, 1988’den alınmıştır.)
Flagella
Hücre zarıyla çevrili kırbaç şeklinde bir uzantı olan flagellum yapı olarak bir
silyuma benzer fakat daha uzundur. Spermatozoonun hareketli kuyruğu bir flagellum
olup, 70 mikron kadar bir uzunluğa sahiptir. Flagellumun fonksiyonu, burada erkek
gamet hücresinin sıvı bir ortamda ileri doğru hareketini sağlamaktır. Flagelluma aynı
zamanda, böbrek ve rete testis gibi diğer bazı epitel hücrelerinde de rastlanmaktadır.
Ancak bu hücrelerdeki fonksiyonları bilinmemektedir.
Mikrofilamanlar ve İntermediyer Filamanlar
Filamentöz yapılar ile ilgili terminoloji bazen karışıklığa neden olmaktadır; ilk
önce hücre içi (intrasellüler) fibriller (lifcik) ile hücre dışında ve hücreler arasındaki
(ekstraselüler) fibrilleri ayırt etmek gerekmektedir. Esktraselüler fibriller bağ dokusu
bahsinde konu edilecektir. İkinci olarak intrasellüler fibröz materyaller için büyüklüklerine
54
bağlı olarak değişik terimlerin kullanıldığını bilmek gerekmektedir. Filaman veya
mikrofilaman yalnızca elektron mikroskop ile görülebilir ve çapı 4-15 nm arasında
değişir. Fibril (lifcik) bir demet filamanlardan meydana gelmiştir. Fibril ışık
mikroskobunda immersiyon ile görülebilmektedir ve çapı 0,2-1 mikron (µm) arasındadır.
Fiber (lif) küçük büyütmeli mikroskop ve hatta çıplak göz ile görülebilir; lifciklerden
oluşmuş demetlerden meydana gelmiştir. Diğer taraftan fiber terimi ince-uzun, ipliğe
benzer hücreler için de kullanılmaktadır (örneğin kas lifi). Bu durumda fiber terimi
bütün bir hücre anlamına gelmektedir (Fiber=lif, Fibre=lifler).
Bir hücrede her ne kadar elektron mikroskop ile gözlenebilen farklı tipte
filamanlar gözlense de, mikrofilaman terimi genellikle her biri 6-7 nm çapında olan ve
protein aktinden oluşan özel bir tip fibröz element için kullanılmaktadır. Aktin, kas
hücrelerinde bulunan esas kontraktil proteinlerinden birisidir. Kas hücrelerinde
mikrofilamanlar, aktin-miyozin sisteminin bir parçasıdırlar ve diğer önemli bir kontraktil
protein olan miyozin filamanları üzerinde kayarak kasılmayı sağlamaktadır.
Aktin filamanlarının kasılabilen demetler oluşturduğu hücrelerde, miyozin de
daima bulunmaktadır. Yapısal ve biyokimyasal çalışmalar çeşitli aktin tiplerinin
olduğunu ve bu proteinin tüm hücrelerde bulunduğunu göstermiştir. Kas hücreleri
dışındaki diğer hücrelerdeki birçok hücresel hareketin (örneğin; yer değiştirme, hücre
bölünmesi, pinositoz ve fagositoz gibi) temelinde kontraktil mekanizma yatmaktadır. Bu
hücrelerde de kas hücrelerinde olduğu gibi filamentöz metaryalin fonksiyon gördüğü
düşünülmektedir. Pek çok çeşit hücresel uzantıların merkezi kısımlarında çapraz bağlar
oluşturmuş aktin filamanları bulunmaktadır.
Mikrovilluslar bu tip yapılara en iyi örneği oluştururlar. Mikrovillusun merkezinde
yaklaşık 40 kadar aktin filamanı mikrovillus uzunluğu boyunca paralel demetler
oluşturacak şekilde yerleşmiştir. Mikrovillusun uç kısmında aktin filamanları şapka
şeklinde amorf bir metaryal içerisine gömülmüşlerdir. Taban kısımlarında ise terminal
ağ içerisine doğru uzantılar gönderirler. Terminal ağ (terminal web) hem aktin hem de
miyozin filamanları içerir. Bu yapıların fonksiyonu, mikrovillusların hücre yüzeyindeki
pozisyonlarının korunmasında belirgin bir gerilme oluşturmaktır. Kas hücrelerine benzer
kontraksiyonların gerekli olduğu hücrelerin bazı spesifik bölgelerinde aktin filaman
demetleri, miyozin ile bağlantılar oluştururlar. Buna örnek olarak hücrelerdeki bölünme
sırasında oluşan kontraktil yüzük (halka) ve epitel hücrelerin apikal bölgelerinde kemer
desmozomlar verilebilir. Ayrıca birçok diğer hücrede, hücre yüzeylerine yakın 5-7 nm
çapında mikrofilamanlardan oluşan bir ağ bulunur. Bu ağın görevi yüzey membranının
bölgesel hareketini sağlamaktır. Aktin polimerizasyonunu etkileyen çoğu ilaçların,
hücrelerde hareketi bozduğu gösterilmiştir. Örneğin cytochalasin B'nin bir çok omurgalı
hücrelerinde hücre hareketi, fagositoz ve sitokinezi inhibe ettiği bilinmektedir.
Cytochalasinler, aktin filamanının bir ucuna bağlanmakta ve diğer aktin moleküllerinin
bu uca bağlanmasını engellemektedirler.
İkinci bir grup intrasellüler filamanlar, mikrofilamanlardan oldukça farklı olan
intermediyer filamanlardır. İntermediyer filamanlar,uzun,dallanma göstermeyen, 1012 nm çaplarında 50 kDa ağırlığında filamanlardır ve mikrotübüller ile mikrofilamanlar
arasında bir ara formu temsil etmektedirler. Bu filamanlar oldukça sağlam ve dayanıklı
protein lifler olup, elektron mikroskopta düz veya hafifçe eğilmiş şekilde izlenirler. Bu
55
yapılar özellikle sinir hücresi uzantıları boyunca oldukça belirgindirler. Komşu epitelyal
hücreler arasında yer alan desmozomlara yakın olarak yerleşirler ve düz kas
hücrelerinin bütün sitoplazmaları boyunca görülürler. Mikrofilaman ve mikrotübüllerden
farklı olarak, intermediyer filamanlar, kimyasal olarak heterejenöz grup yapılardır.
Intermediyer filamanlar, protein subünitlerine göre 5 esas gruba ayrılırlar.
1- Sitokeratinler: Pek çok çeşit epitelyal hücrelerde (epidermis, tırnak vb.)
bulunurlar ve 42-65 kDa molekül ağırlığında proteinlerden oluşan sitoplazmik filamanlar
olup, 8 nm kadar bir çapa sahiptirler ve yapı olarak da α - keratine çok benzerler,
bu sitokeratinler sıklıkla demetler oluşturarak desmozomların tonofilamanlarını
yaparlar.
2- Vimentin: Mezenşimal kökenli hücrelerde karakteristik olarak bulunan bu tip
proteinler, 56-58kDa kadar bir molekül ağırlığına sahiptirler. Bazı çekirdekli eritrositlerde
vimentin içeren intermediyer filamanlar plazma membranın iç yüzeyi ile birleşmiş olarak
gösterilmişlerdir. Fonksiyonları hücrelere desteklik yapmak ve hücre şekillerinin
korunmasını sağlamaktır. Vimentin filamanları sitoplazmada keratin filamanları, glial
filamanlar ve desmin filamanları ile polimerizasyon yapabilirler. Vimentin filamanları,
aynı zamanda nüklear kılıf ve plazma membranını birbirlerine bağlarlar. Böylece
intermediyer filamanların çekirdeğe desteklik yanında, onun hücre içerisinde ki
pozisyonun korunmasına da katkıda bulundukları düşünülmektedir.
3- Desmin (skeletin): 53-55 kDa molekül ağırlığında olan, bu tip protein
filamanlar 10 nm kadar bir çapa sahiptirler ve kas hücrelerinde bulunurlar. İskelet ve
kalp kası hücrelerinde Z bandları içerisinde yerleşmişlerdir ve buradaki görevi komşu
sarkomerlerin aktin filamanlarını birbirine bağlamaktır.
4- Glial fibriler asidik protein (GFAP): Glial hücrelerin (Astrositler)
sitoplazmasında karakteristik olarak bulunan bu tip intermediyer filamanlar dağınık
demetler şeklinde bulunurlar ve 51 kDa molekül ağırlığında proteinlerden oluşan, 8 nm
çapında filamanlardır. GFAP, nöron, kas, mezenşim hücreleri ve epitel hücrelerinde
bulunmamaktadır.
5- Nörofilamanlar: Nöron sitoplazmasında bulunurlar. Gevşekçe paketlenmiş,
10 nm çapında filamanlardan oluşan demetler şeklindedirler. Nörofilamanlar 3 farklı
molekül ağırlıkta proteinlerden oluşmuşlardır (68, 140 ve 210 kDa) bu üç farklı protein
birleşerek tek bir filamanı oluştururlar.
Sitoplazmik Canlılık (Vitalite)
Hücre tiplerinden, eğer varsa, çok az bir kısmı statiktir (hareketsiz). Yapısal ve
fonksiyonel olarak hücreler devamlı değişikliğe uğrarlar. Mikrotübüllerin devamlı olarak
görülen yıkılma ve yeniden organizasyonları bu olaya bir örnektir. Dinamik duruma
diğer bir örnek de sitomembranlar arasındaki alış-veriştir. Hücrelerin devamlı değişime
uğraması oldukça ilgi çekicidir; örneğin karaciğer parankim hücreleri muhtemelen 6 ay
kadar yaşarken, bu hücrelerin sitomembranlarının ömrü günler ile ifade edilir.
Membranlar devamlı olarak hücre içerisinde meydana getirilir ve oluşan membranlar bir
yerden diğer bir yere hareket ederler; böyle bir göçe hücre organelleri konusunda
değinilmişti. Hücre membranı hareketine nüklear membranın annulate lamellalara olan
değişimini, endoplazmik retikülüm membranın transfer vesikülü olarak hareketini,
56
membranların Golgi apparatustan plazmalemma ve lizozomlara hareketini,
plazmalemmadan endositotik vesikül ve vakuol oluşmasını ve multivesiküler cisimcik ile
fagozomların meydana gelişlerini ekleyebiliriz. Membranlı organellerde membran bu
şekilde veziküler, tübüler veya SER’de olduğu gibi kıvrılmış, mitokondri iç zarında
olduğu gibi plikalar oluşturmuş olabilir. Membranın bu konfügrasyonu, fizyolojik ve
biyokimyasal reaksiyonlar için yüzey alanının artmasını sağlamaktadır. Şunu da hatırda
tutmalıyız ki sitomembranların yapıları ve fonksiyonlarındaki bu farklılık ilgili oldukları
enzimlerden de kaynaklanmaktadır. Doku kesitlerinin incelenmesi ve elektron
mikrograflar, yanlış şekilde, hücrelerin hareketsiz olduğu izlenimini verir. Bu izlenim
devamlı olarak yapı ve fonksiyon arasında ilişki kurmakla giderilir.
İnklüzyonlar:
Önceleri, her ne kadar inklüzyonlar metabolitlerin canlı olmayan kümeleşmeleri
olarak düşünülseler de bugün sentez ile oluşan hücre ürünlerinin veya hücre içine dahil
edilen dış maddelerin büyük bir kısmının hücrenin normal fonksiyonlarında rol
oynadıkları bilinmektedir. İnklüzyon terimi bugün depo edilmiş gıda maddelerini,
pigmentleri ve bazı kristallin maddeleri kapsar. Bunlar genelde sitoplazmanın geçici
bileşenleridir. Salgı granülleri veya damlacıkları gibi cisimcikler önceleri inklüzyon olarak
kabul edilirdi fakat bunlar membran ile çevrilerek paket haline getirilmiş, GER ve Golgi
apparatus ile ilgili olarak ele alınmışlardır.
1-Depo edilmiş gıda maddeleri
Yağ: Her ne kadar başlıca bağ dokusu hücreleri içerisinde depo edilmişselerde
karaciğer, kas hücreleri ve adrenal korteks hücreleri gibi pek çok diğer hücre tiplerinde
de bulunurlar. Yağ sitoplazma içerisinde membran ile örtülü vakuol ve damlacık
şeklinde dağılmıştır. Yağ vakuolleri ve damlacıkları nötral yağ (trigliserid) yağ asitleri,
kolestrol ve kollestrol esterlerini içerir. Yağ normal doku hazırlama metodlarında çözülür
ve yerini berrak, sferikal, düzgün boşluklara bırakır; fakat osmium tetroksit ile tespit
edilerek korunabilirler ki bu durumda koyu kahverengi ya da siyah damlacıklar şeklinde
görülürler. Dondurma suretiyle alınan kesitlerde sudan boyaları ve scharlach
kırmızısı ile boyanabilirler. Yağ damlacıkları Golgi apparatus içerisinden veya SER ile
ilişkili şekilde oluşmuş izlenimini verir ve 6-7 nm kalınlıkta bir membran ile örtülüdür.
Karbonhidrat: Bir gıda maddesi olan karbonhidrat başlıca glikoz olarak
barsaklarda absorbe edilir, takiben özellikle karaciğerde olmak üzere depolanmak
amacıyla glikojene polimerize edilir. Suda çözülen glikojen normal preparatlarda
görülmez ve sitoplazmada yerini karakteristik bir şekilde düzensiz, kaba boşluklara
bırakır. Dolayısı ile sitoplazmaya güve yeniği manzarası verir. Özel preparatlarda
glikojen Peryodik Asit-Schiff reaksiyonu (PAS) ile parlak kırmızı renge boyanır. Elektron
mikroskopide glikojen, sıklıkla SER tübüler profilleri arasında yer alan serbest
sitoplazmik partiküller şeklinde görülür. Başlıca 2 tip glikojen partikülü görülür.
57
ß (Beta) partikülleri; düzensiz, sferikal cisimcikler olup 15-30 nm kadar bir çapa
sahiptir.
α (Alfa) partikülleri; 50-100 nm arası çapta olup, pek çok daha küçük partiküllerden
oluşmuş bir komplekstir, burada küçük partiküller rozet şeklinde bir araya gelmişlerdir.
Karaciğer hücrelerinde solda Best’in karmin boyası ile parlak kırmızı renkte boyanan
glikojen partikülleri izlenmektedir. (TS Leeson, CR Leeson, AA Paparo: Text/Atlas of
Histology, W.B.Saunders Company, 1988’den alınmıştır.)
2-Pigmentler
Hücre içinde kendi doğal renklerindeki maddelerdir ve diğer hücre bileşimleri gibi
boyanma istemezler. Pigmentler 2 tip olarak sınıflandırılırlar;
a-Eksojenöz (Exogenous, dış kaynaklı) Pigmentler: Vücut dışında meydana
gelmiş ve sonradan içeri alınmışlardır.
b- Endojen (Endogenous) Pigmentler: Hücre tarafından sentezlenebilirler.
Vücut içerisinde oluşmuşlardır.
Eksojen pigmentler bitkilerin sarımsı-kırmızı renkteki ve yağda çözünen
(Lipochrome) pigmenti olan karotenleri, özellikle akciğerde belirgin olan karbon gibi
tozları ve kurşun, gümüş gibi minarelleri içerirler. Deriye döğme yapmada kullanılan
boyalar da exogen pigment olarak sınıflandırılır.
Endojen pigmentler ise başlıca 2 tiptir; 1-Melanin, 2-Hemoglobin ve hemoglobin
yıkım ürünleri olan hemosiderin (demir içerir) ile bilirubin (hematoidin, demir içermez).
Her iki tipte sarımsı-kahve rengindedir. Koyu kahverengi veya siyah renkte olan
melamin pigmenti deri ve göz yapısında bulunur. Güneş yanığı pigmenti (derinin güneş
58
ile bronzlaşması) olan melanin zenci ırkların epidermisinde oldukça fazla bulunur.
Lipofuscin sarımsı-kahverengi granüller halinde pek çok hücrede görülür (özellikle
yaşlılarda) ve kalıntı cisimcikler içerisinde yer alır (lipofuksin granüllerinin, sekonder
lizozomlarda sindirilmeyen madde birikintileri olduğu düşünülmektedir).
3-Kristaller ve Kristalloidler
Kristal ve kristalloidler muhtemelen proteinöz yapılar olup, testisteki Sertoli
hücreleri ve Leydig hücreleri gibi bir kaç hücre tipinde görülürler. Kristal ve kristalloidler,
sitoplazma içerisinde serbest haldedir ve membran ile örtülü değillerdir. Kristalloidler,
eozinofilik lökosit granülleri, bazı mikrocisimcikler (peroksizomlar) ve ender olarak da
mitokondriyonlar içerisinde kristalar ile ilişkili olarak görülürler.
RK
RK
Testiste Leydig hücrelerinde Reinke kristallerinin (RK) elektron mikroskopik görünümü
izlenmektedir. (TS Leeson, CR Leeson, AA Paparo: Text / Atlas of Histology,
W.B.Saunders Company, 1988’den alınmıştır.)
59
ÇEKİRDEK (NUKLEUS)
Hücre çekirdeği, ökaryotik hücrelerde bulunan, zarla sınırlandırılmış şekilde
genetik materyali içeren hücrenin en büyük yapısıdır. Hücresel yapılar ve bu
yapıların fonksiyonlarına ait şifreler, çekirdek içerisinde bulunan kromozomlarındaki
DNA’da kodlanmıştır. Çekirdek ayrıca, DNA replikasyonu ve 3 tip RNA sentezi için
(rRNA, mRNA, tRNA) gerekli moleküler mekanizmaya da sahiptir. Çekirdek RNA’sı
henüz sitoplazmaya geçmemiş, yeni sentezlenmiş mRNA, tRNA ve rRNA’dır.
Çekirdeğin 4 esas bileşeni vardır.
1) Nüklear Kromatin: Ökromatik ve heterokromatik bölgeler şeklinde organize olan
hücrenin genetik materyalidir.
2) Çekirdekcik: rRNA sentez merkezi ve ribozomal subünitelerin oluşturulduğu
bölgedir.
3) Nuklear kılıf: Çekirdeği saran membran sistemi.
4) Karyoplazma (Nukleoplazma): Kromatin ve çekirdekçik dışında kalan nüklear
materyaldir.
Çekirdek olgun eritrositler ve kan plaketleri (trombositler) dışında, bütün
hücrelerde bulunur. Hücre şekline bağlı olarak değişik şekillerde olabilirse de genellikle
sferikal veya ovaldir ve hücrenin merkezinde yerleşim gösterir. Fincan şeklinde
olabildiği gibi, çöküntülere de sahip olabilir ve birkaç hücre (Ör. Granüler lökositler)
tipinde de lobcukludur. Çekirdek çapı genellikle 3-14 mikron (µm) arasında değişir, fakat
ovum ve bazı büyük ganglion hücrelerinde (nöronlarda) 25 mikron veya daha fazla da
olabilir. Bir hücrede normalde tek bir çekirdek bulunmakla beraber karaciğer hücreleri
gibi bazı hücrelerde iki, çizgili kas ve osteoklastlar gibi bazı hücrelerde ise ikiden fazla,
(multinuclear) çekirdek bulunur. Osteoklastlar 25 veya daha fazla sayıda çekirdek
içerebilirler.
Çekirdek karakteristik bir şekilde maviye boyanır; nükleik asitler bazik proteinler
(histonlar) içerdiklerinden bazofiliktir, fakat bazı asidik proteinleri de içerir. Çekirdek
içerdiği deoksiribonükleik asit’e bağlı olarak Feulgen reaksiyonuna kuvvetli pozitif
reaksiyon verir. Çekirdek büyüklüğü DNA içeriğine ve dolayısı ile kromozom sayısına
bağlıdır. Hücrenin sentez aktivitesi arttıkça çekirdek hacminin de arttığına dair kuvvetli
kanıtlar vardır. Çekirdek hücrenin genetik materyalini taşır ve sitoplazmanın metabolik
aktivitelerine doğrudan doğruya etkide bulunur. Çekirdek hücre hayatiyeti için mutlaka
gereklidir. Çekirdekte protein sentezi yapılmaz. Çekirdeğin kendi aktiviteleri için gerekli
olan protein molekülleri çekirdeğe sitoplazmadan alınır. Hücere çekirdeği, deneysel
olarak çıkarıldığında sitoplazmada protein sentezi durur ve kısa zamanda hücre ölür.
Çekirdek ile sitoplazma arasında devamlı bir madde alış-verişi vardır. Hücrelerin
metabolik aktivitelerin başlatılması ve kontrolü için gerekli tüm bilgiler çekirdekte
bulunur.
İnterfaz veya istirahat halindeki (bölünmeyen) hücre çekirdeği çekirdek
membranı ile örtülüdür ve nüklear sap ya da karyoplazma ile doldurulmuştur.
Çekirdekte ayrıca nüklear kromatin ve çekirdekçik (nukleolus) yer alır.
60
Elektron mikroskop mikrofotografında çekirdekte, nükleoplazmada elektron dens,
koyu boyanan heterokromatin (HK) kitleleri ve daha az kıvrıntılı, dağınık halde ince
granüler yapıda ökromatin (ÖK) kitleleri ile çekirdekçik (Çck) izlenmektedir.
Çekirdek seçici geçirgen bir membran sistemi ile sarılı olup nükleoplazmasında
yoğun kıvrıntılı kromozom kitleleri içeren heterokromatin bölgeleri ve dağınık daha az
kıvrıntılı kromozom kitleleri içeren ökromatin bölgeleri şematik olarak görülmektedir.
Çekirdek Kılıfı
Çekirdeğin etrafını saran ve nükleoplazmayı sitoplazmadan ayıran seçici
geçirgen membran sistemidir. Elektron mikroskopide iki tabakalı olarak izlenen
çekirdek kılıfı ya da çekirdek membranı 40 nm kalınlığa sahiptir. Çekirdek kılıfının iç
yüzeyine kromatin materyali yapışmıştır, bundan dolayı ışık mikroskobunda çekirdek
61
kılıfı görülebilmektedir. Kılıf iç ve dış olmak üzere iki unit membrandan meydana
gelmiştir. Bunlardan herbiri 7-8 nm kadar kalınlıktadır ve birbirlerinden yaklaşık 10-30
nm genişliğinde bir boşluk olan perinüklear sisterna ile ayrılmıştır. Her iki membran
da trilaminar yapıdadır. Dış membranın sitoplazmik yüzeyine ribozomlar yapışmıştır.
Dış membran bazı kısımlarında granüler endoplazmik retikülüm membranı ile devam
eder; böylece perinüklear sisterna retikülüm sisternası ile birleşmiş olur. Perinüklear
sisterna boşluğu dens, protein materyali içerir. İç nüklear membranın iç yüzeyi,
intermediate filamentlerle desteklenmiştir. Lamin A, B, C proteinlerinden oluşan bu ağsı
yapıya nuklear (fibröz) lamina adı verilir. Bu laminaya nüklear kromatin kümeleri
sıkıca yapışmıştır. Fibröz lamina kalınlığı hücre tiplerine göre değişir (80-100 nm).
Çekirdek zarı ve altında uzanan kromatinin organizasyonunda rol oynadığına dair
biyokimyasal kanıtlar bulunmaktadır. Diğer sitoplazmik intermediate filamentlerden farklı
olarak, mitoz sırasında ve sonrasında laminler çözünüp yeniden oluşurlar.
Nüklear kılıfın iç ve dış membranının birleştiği yerde, 8 kenarı açıklıklar
(octagonal gap) şeklinde nüklear porlar yer alır. Bu porların çapları 40-80 nm arasında
değişir ve porlar, aralarında 130 nm kadar uzaklık olacak şekilde sık dizilmişlerdir.
Nüklear porlar, çekirdek ile sitoplazma arasındaki iletişimi ve makromolekül hareketini
sağlarlar. Porların sayıları total nüklear yüzey alanının % 20-25'ine ulaşacak kadar fazla
olabilir. Nüklear porların geçirgenliği ve sayıları, hücrenin fonksiyonel durumu ve
aktivitesine göre değişir. Her bir porun kenarında, iç ve dış membranlar birbirleri ile
devam eder. Bu porlar nuklear lamina aracılığı ile birbirleri ile ilişkilidirler. Porlar oldukça
ince unilaminar (tek laminalı) bir membran ile kapatılmıştır. Nuklear por kompleksi
denilen silindirik yapının periferinde 8 adet oktagonal yapıda protein alt ünitleri yer alır,
ortada bir kanal bulunur. Bu nuklear por kompleksleri nukleoporin adı verilen 50’den
fazla proteinden oluşmaktadır. Nüklear por kompleksinin sitoplazmaya bakan
sitoplazmik halkasından 8 adet kısa protein fibriller sitoplazmaya uzanırken,
karyoplazmaya bakan yüzündeki nuklear halkada nuklear basket flamentöz yapı yer
alır. Çekirdek kılıfı her boyuttaki iyon ve moleküle geçirgen olmadığı için 9 nm çapındaki
iyonlar ve moleküller bu noktalardan sitoplazmaya serbestçe geçebilirler. Bütün bu
taşınma işlemlerinin gerçekleştiği 9 nm’den büyük metabolitler, makromoleküller ve
ribozomal subünitler aktif bir yöntemle sitoplazmadan karyoplazmaya taşınır. Ancak
büyük molekül ve bileşiklerin çekirdekten siyoplazmaya geçiş mekanizması henüz tam
olarak bilinmemektedir.
Karyoplazma
Nüklear sap ya da karyoplazma terimi, çekirdeğin berrak ya da belirgin şekilde
boş kısımlarını tanımlayan bir terimdir; bu bölgeler çekirdekçik veya kromatinin
bulunmadığı alanlardır. Her nekadar karyoplazma, dağılmış vaziyette interkromatin ve
perikromatin granülleri, metabolitler, iyonlar ve proteinleri içerse de, elektron
mikroskopta daha elektron-saydam görülür. Çekirdek kılıfının fibröz laminası da
karyoplazmanın bir bölümüdür. Karyoplazma, içerisinde kromatin materyali ve
çekirdekçiğin asılı vaziyette bulunduğu yarı-sıvı, kolloidal bir solüsyondur ve metabolitler
ile daha büyük makromoleküllerin diffüzyonu için, bir ortam fonksiyonuna sahiptir.
62
Nüklear Kromatin
Her bir ökaryotik hücre, toplam uzunluğu 1,8 m olan ve DNA’da kodlanan,
yaklaşık 6 milyar bit bilgiyi içerir, bu kadar fazla uzun yapının çekirdek içerisine
yerleşebilmesi için, sıkıca paketlenmesi gerekmektedir. Bu da ancak nukleoprotein
kompleks olan kromatin ile mümkün olmaktadır. DNA ve protein kompleksi olan
kromatin, çekirdeğin karakteristik bazofilitesinden sorumludur. Kromatin, bölünen
hücredeki kromozomların, interfaz çekirdekteki yapısal belirtisidir. İnterfaz çekirdekte
kromozomlar görünür halde değildir. Fakat fiksasyondan sonra kromatin materyal, bazik
boyalar ile boyanan, düzensiz, dens, kaba granüllü bölgeler şeklinde görülür. İnterfaz
çekirdek kromozomları gerçekte tam olarak korunmuştur ve nüklear kromatin
yoğunlaşmış ya da sıkıca kıvrılmış kromozomlar bölgesini simgeler. Dağınık vaziyette,
daha az kıvrıntılı kromozomlar bölgesi çekirdeğin berrak, boyanmayan yerlerinde
bulunur. Hücre interfazdan çıkıp mitoz veya mayoza hazırlanırken kromatin,
kromozomu oluşturmak üzere sıkıca paketlenir ve bölünme sırasında metafaz
kromozomu olarak görünür hale gelir. Metabolik olarak çok aktif olmayan hücrelerde bol
bulunan, kromozomları yoğunlaşmış veya kıvrıntılı, elektron mikroskopta, elektron dens,
koyu boyanan kitleler heterokromatin, daha az kıvrıntılı dağınık vaziyette, elektron
mikroskopta, ince granüler bir yapıda, ışık mikroskobunda ise soluk, bazofilik boyanmış
alanlar şeklinde görülen kromatin kitleleri de ökromatin olarak adlandırılır.
Heterokromatin, çekirdek içerisinde 3 bölgede yer alır;
1- Düzensiz granüller şeklinde, karyoplazmada karyozom adını alırlar,
2- Nüklear porları kapatmayacak şekilde nüklear kılıfın iç yüzeyine yapışmış
vaziyette marginal kromatin adını alırlar,
3- Çekirdekçiğe (nükleolus) oldukça yakın vaziyette, çekirdekçik ile ilişkili
kromatin.
İnterfaz çekirdekte ökromatin miktarı genellikle geniş bir çekirdekçik ile ilişkilidir.
Hücrenin metabolik aktivitesinin bir göstergesi olarak kullanılabilir. Çünkü ökromatin
genellikle RNA sentezinde aktiftir, tersine heterokromatinin fazla olması hücrede
metabolik aktivitenin düşük olduğunu gösterir.
Kromatin başlıca; DNA zinciri, histon (H1,H2A, H2B, H3,H4,H5) denilen 5 temel
protein ve histon olmayan proteinlerden oluşur. Histon proteinleri DNA iplikciği ile
sarılarak nukleozomları oluşturmaktadır. Nükleozomlar kromatine; boncuk dizilmiş ip
görünümü verir. Nukleozomların merkezinde H2A, H2B, H3 ve H4 histonlarından birer
çift bulunurken, H1 ve H5 histonları, nukleozomların birbirine bağalanmasını sağlarlar.
Komşu nükeozomlar, daha ileri bir organizasyon gösterek paketlenir ve oluşan yapı
Solenoid olarak adlandırılır. Bu yapı elektron mikroskopta 30 nm kalınlığında bir lif
şeklinde görülür.
Hücrelerde bulunan çekirdekler, kromatin içeriğine göre iki tiptir;
1- Fibroblast ve bazı kan hücrelerinde görüldüğü üzere, boyayı oldukça fazla alan
kromatine sahip, küçük, koyu boyanan, metabolik yönden nispeten inaktif, zengin
heterokromatin kitlelerine sahip çekirdekler, yoğun veya hiperkromatik çekirdek
olarak adlandırılır.
63
2-Sinir hücreleri, mezenşimal hücreler ve karaciğer hücrelerinde görüldüğü üzere, daha
büyük ve daha soluk boyanan, metabolik olarak aktif, ökromatin kitleleri yönünden
zengin bu tip çekirdekler de veziküler veya açık-yüzlü (hipokromatik) çekirdek olarak
adlandırılmaktadır. Canlılığını kaybeden hücrelerde, nüklear bozulmadan önce,
heterokromatin oldukça yoğun hale geçer ve böyle hücrelerdeki çekirdek piknotik
(pyknotic) çekirdek olarak tanımlanır.
Çekirdek yapısı. Çekirdek kılıfı; sitoplazmik yüzde GER ile devam eden bir dış
membran ve nükleoplazma periferinde nüklear laminanın tutunduğu bir iç membran
ve bu iki membran arasında perinüklear sisternadan oluşan bir sistemidir. İç ve dış
membranın kaynaştığı noktalarda çekirdek ve sitoplazma arasında madde alış
verişini sağlayan nuklear por kompleksleri yer almaktadır. (Histology; A text and
atlas. MH Ross, W Pawlina, Lippincott Williams&Wilkins, 2011’den alınmıştır.)
Çekirdekçik (Nukleolus)
Çekirdekçik, primer rRNA sentez ve toplanma yeridir. Her interfaz çekirdek bir
veya daha fazla çekirdekciğe sahiptir, fakat yoğun kromatin (heterokromatik) tip
çekirdekte çekirdekcik kromatin tarafından maskelendiğinden görünmeyebilir. Farklı
büyüklüklerde olmakla beraber, çekirdekçik genellikle 1 mikron ve daha fazla çaptadır
ve aynı hücre tiplerinde bu büyüklük degişkenlik göstermez. Aktif şekilde protein sentez
64
eden hücrelerde, çekirdekcik büyüktür ve genellikle birden fazladır. Hücre bölünmesi
sırasında çekirdekcik kaybolur ve oluşan iki yavru hücrede tekrar ortaya çıkar.
Çekirdekçikler hücrede ayrı olarak bulunan, sferikal veya ovoid cisimciklerdir, bir
membran ile örtülü değillerdir ve karyoplazmada serbest halde ya da nüklear kılıfın iç
yüzeyine yapışmış olarak bulunurlar. Çekirdekçikler, kromatin kümelerinden daha
büyük, daha dens ve daha düzgün sınırlıdır. Çekirdekçik, % 5-10 oranında RNA, protein
ve az miktar DNA’dan oluşmuştur ve sıklıkla çekirdekçik ile ilişkili kromatin olarak
adlandırılan bir kromatin halkası ile çevrelenmiştir. Her bir çekirdekçik; özel bir
çekirdekçik düzenleyici kromozom ( nucleoluos organizing chromosome) üzerindeki
özel bir bölgede yerleşen, spesifik bir çekirdikçik düzenleyici bölge (nucleoulus
organizing region) ile ilişkili olarak oluşur. Çoğunlukla çekirdekçik düzenleyici bölge
kromozomun terminal kısmı yakınında, küçük bir çıkıntı veya satellit şeklinde yerleşim
gösterir. RNA ve bazik protein oranıyla ilişkili olarak çekirdekçiğin boyanması değişiklik
gösterir, fakat genellikle RNA içeriğine bağlı olarak bazik boyanır. Çekirdekçik Toluidin
mavisi gibi boyalarla metakromatik olarak boyanabilir ve genellikle Feulgen negatiftir.
Ancak çekirdekçik etrafındaki kromatin halkası Feulgen pozitiftir.
Özel teknikler kullanılarak çekirdekçiğin nükleolonema denilen granüler ve
fibriller belirgin bir iç yapıya sahip, amorf bir komponent içerisine gömülü olduğu görülür.
Elektron mikroskop ile çekirdekçikte 3 ayrı komponent ayırtedilmiştir.
1- Granüller; 12-15 nm çapında olup, ribozom subünitlerinin paketlenme
bölgelerini simgelemektedir. Pars granülozayı oluştururlar.
2- Fibriller; 5-10 nm çapındaki nükleoprotein fibrilleri şeklinde olup,
transkripsiyona girecek ribozomal genleri ve RNA gelişiminin ilk kopyalarının teşkil
edildiği, sıkıca paketlenmiş ribonukleoprotein liflerden oluşur. Pars fibroza olarak da
adlandırılır.
3- rRNA genleri; RNA polimeraz I ve transkripsiyon faktörleri içeren kromozoma
sahip DAN içeren kısımdır. Fibiriller merkez adını alır.
Bu komponentler fibriller bir merkezi çevreleyen granüllerden meydana gelen
Kompakt bir kitle oluşturur. Fibriller ve granüller birlikte kalın anastomoz gösteren bir
sütun oluştururlar. Çekirdekçik aktif hücrelerde genişleyebilir ve inaktif hücrelerden çapı
azalabilir.
Çekirdekçik ribozomal RNA'nın sentez edildiği yerdir, ribozomal prekürsörler ya
da subünitler, sonradan nüklear porlar aracılığı ile sitoplazmaya transfer edilir ve burada
fonksiyonel ribozomlar haline getirilirler.
Nukleostemin, çekirdekte yeni tanımlanmış bir protein olup, hücre siklusu ve
hücre farklanmasını regüle eden p53 proteinini bağlamaktadır. Nukleostemin’in varlığı,
malign hücrelerin kontrolsüz çoğalmasına neden olmaktadır..
HÜCRE SİKLUSU
Yenilenme özelliği olan hücre topluluklarında (Ör.Sindirim yolları epiteli gibi.),
hücreler düzenli bir şekilde, periyodik olarak bölünürler. Genom, yavru hücrelere geçer.
Hücre döngüsünde birbirini takip eden başlıca 2 olay gerçekleşir; a. Hücrenin
65
büyümeye devam ettiği evre olan interfaz, b. Genomun bölündüğü evre olan mitoz.
İnterfaz ve mitoz evreleri birlikte hücre siklusu‘nu oluşturmaktadır. Hücre siklusu
yaklaşık 24 saatte tamamlanır. Herhangi bir hücre tipine ait hücre siklusu zamanı
saptanabilir. İnterfaz iki mitoz arasındaki evredir. Bu evrede çekirdek mikroskobik olarak
normal görünür. İnterfaz 3 evreye ayrılır:
1-Mitozun sonunda, hücre interfazın predublikasyon veya G1 evresine girer; bu evre
bir sonraki mitozdan önce görülen DNA dublikasyonuna kadar devam eder. G1, DNA
replikasyonu için gerekli protein sentezinin, RNA ve enzim sentezinin başlaması ile
hücre siklusunu kontrol eden proteinlerin sentezinin yapıldığı interfazın en uzun
dönemidir.
2-G1 evresinden sonra DNA sentezi ve sentrozom duplikasyonunun başladığı evre,
DNA dublikasyonu veya S (sentez) evresi olarak tanımlanır. Yaklaşık 7,5-10 saat
sürer. DNA zinciri boyunca, replikasyonun başladığı farklı bölgelere replikon adı
verilmektedir.
3- S evresinden sonra, mitozdan hemen önce, hücre nisbeten sakin bir evreye girer ki;
bu da postdublikasyon veya G2 evresi olarak adlandırılır. Mitoz bölünmeye hazırlık
için, bu evrede hücrenin metabolik aktiviteleri oldukça kısıtlanmıştır. Mitoz evrelerinde
kullanılacak enerjinin üretimi ve toplanmasının yanı sıra, mikrotübüllerde tübülin sentezi
de yapılır.
DNA hasarında; G1 ve G2’deki kontrol noktaları (K) harekete geçer ve varsa
DNA hasarının tamiri beklenir. G1-S arası K noktasında, p53 geni - tümör baskılayıcı
gen- mutasyona uğrarsa, kontrol bozulur ve kanser gelişebilir. G2-M arası K
noktasında; siklin ve siklin bağımlı kinazlardan oluşan MPF protein kompleksi
(Maturasyonu sağlayan faktör) yoğunlaşır ve mitozun başlamasını kontrol eder. Sürekli
olarak bölünmeyen hücrelerde, hücre döngüsü geçici (karaciğer ve böbrek hücreleri
gibi.) ya da kalıcı (kas ve sinir hücreleri gibi.) olarak durdurulabilir. Bu evreye ise G0
(stabil evre) denir. G0, hücrelerinin doku hasarı sırasında, hücre siklusuna katılan stok
kök hücreler olduğu düşünülebilir.
İnterfaz evrelerini tamamlayan hücre sırasıyla profaz, metafaz, anafaz ve telofaz
evrelerinden oluşan mitoza geçer. Farklı hücre tiplerine göre, hücre siklusunun
uzunluğu da farklılık gösterir; bu süre, örneğin barsak epitelinde kısa süreli iken,
karaciğer hücrelerinde çok daha uzundur.
KROMOZOMLAR
Kromozomlar belirgin bir şekilde boyanabilen çubuk şekilli cisimcikler olup,
bölünme halindeki hücrelerde, hücrenin iki kutbu arasında bulunurlar. Kromozomlar
kromatin iplikçiklerinden oluşmuştur. Kromatin iplikçikleri, DNA ve protein kompleksi
olup, az miktarda RNA da içerirler ve ökaryotik hücrelerde, kromozomun temel yapısal
birimidirler.
66
Kromozomların İnce Yapısı
Her kromozom; her biri tamamen replike olmuş kromozomlar olan bir çift
kromatin iplikçiğinden oluşmuştur. Bu kromozomların kromatinleri elektron mikroskopta
30 nm çapındaki fibrillerden oluşan bir ağ şeklindedir. Bu fibriller, belirli aralıklarla
yerleşmiş, üzerlerinde 7-10 nm çapındaki kromatin subünitleri (nükleozom) içeren,
yaklaşık 2 nm çapında, süperheliks oluşturan iplikçiklerdir. Nükleozomlar bir histon
özüne bağlı bir çift DNA iplikçiği içerirler. Nükleozom zinciri daha ileri bir organizasyon
göstererek solenoidleri oluştururlar. Bunlar da gittikçe daha kıvrıntılı hale gelirler.
DNA Yapısı ve Dublikasyon
Deoksiribonükleik asit (DNA) molekülü bir çift heliks oluşturan iki paralel
moleküler zincirden meydana gelmiştir. Her zincir fosforik asit köprüleri ile birbirine
bağlanmış pentoz-şeker (deoksiriboz) grublarından oluşmuştur. Pentoz grublarından
ayrılan yan zincirler 4 nitrogenöz bazlardan birine gider. Bu iki zincirin bazları çapraz
bağlantılar ile bağlanmıştır. Bu 4 baz; adenin ve guanin (pürinler) ile sitozin ve timin
(pirimidinler)‘dir. Baz çiftlerinin bağlantısı daima adenin-timin veya sitozin-guanin
arasındadır. Mitozda, meydana gelen iki yavru hücre, ana hücredekinin aynısı
DNA'ya sahip olacağından, DNA içeriği hücre bölünmesinden önce iki katına çıkar.
Bu olay DNA duplikasyonu ya da DNA replikasyonu olarak adlandırılır (hücre
siklusunun S evresi). Olayda, DNA molekülünün iki iplikçiği baz çiftlerinde
birbirlerinden ayrılır ve her bir eski iplikçiğin yanında, yeni bir DNA iplikçiği oluşur.
Yeni iplikçiğin adenin bazı daima eski iplikçiğin timin bazı ile yeni iplikçiğin sitozin
bazı da guanin bazı ile eşlenir. Dolayısı ile her yeni iplikçik eski iplikçiğin
tamamlayıcısıdır ve çift iplikçikli, helikal DNA molekülü iki yeni iplikçik haline gelir ki
bu da eskisinin aynıdır. Yeni iplikçiklerden her biri mitozda oluşan yavru hücrelerden
her birine gider.
DNA molekülü baz eşlemesinde görülen bu şekildeki rijidite (devamlı suretle
adenin-timin, sitozin-guanin eşleşmesi) genetik şifrenin temelidir. Bir gen triplettir (bir
sıra üzerinde 3 baz) ve bu da oluşan protein içerisindeki tek bir amino asite tekabül
eder. Tek bir polipeptid (amino asitler zinciri) pek çok tripletlerin birbirini sırası ile takip
etmesiyle şifrelendirilir; böyle bir sıra takibi yapısal gen ya da sistron (cistron) olarak
adlandırılır.
Kromozom Sayıları
Erkek, insan somatik hücreleri (vücut hücreleri ya da germinal olmayan hücreler)
23 çift halinde düzenlenmiş 46 tek kromozoma sahiptir; 22 çifti otozomal, 1 çifti de seks
(cinsiyet) kromozomlarıdır. Seks kromozomları, X ve Y dir. Dişilerde 22 çift otozomal ve
2 tek X kromozomu bulunur. 46 adet olan bu kromozomlar diploid olarak adlandırılır.
Gonadlarda üretilen seks hücreleri (ovum ve spermatozoon) bu diploid sayının yarısına,
diğer bir deyişle, 23 tek kromozoma sahiptir. Buna da haploid sayı denir ve mayoz
veya redüksiyon bölünmesi olarak bilinen, özel bir tip hücre bölünmesi ile ilgilidir. Bu
nedenle her bir ovum (dişi seks hücresi) 22 otozomal ve 1 adet X kromozomuna
sahiptir, her bir spermatozoon (erkek seks hücresi) ise 22 otozomal ve 1 adet X veya 1
adet Y kromozomuna sahiptir. Dişi ve erkek seks hücrelerinin birleşmesi olan
67
fertilizasyondan sonra, fertilize ovum (zigot) ya 44 otozomal + 2 X kromozomu ya da 44
otozom + X + Y kromozomlarını içerecektir (2 X kromozomuna sahip olan zigot dişiliğe,
X+Y kromozomlarına sahip olan zigot ise, erkekliğe farklanacaktır).
Bazı durumlarda, insan somatik hücreleri sahip olması gereken normal
kromozom miktarına sahip olmayabilir. Poliploidi (poliploidy) kromozomların hücrelerde
haploid sayısının katları şeklinde fazla olmaları durumudur; örneğin tetraploidide
kromozom sayısı haploid kromozomların dört katı diğer bir deyişle, 92'dir. Poliploidi
karaciğer hücrelerinde yaygın olarak görülür ve büyük bir çekirdek ile karekterizedir. Bu
durum anormal mitoz sonucu oluşur. Anöploidi (Aneuploidy) hücrelerin normal diploid
sayıdan daha az veya daha çok (bu durumda katları değildir) kromozom içermesi
durumudur. Bu şekildeki kromozomal sayı bozukluğu bireyde bir patoloji ile
sonuçlanabilir. Böyle bir duruma konjenital bir bozukluk olan Down sendromunu
(Mongolizm) gösterebiliriz; somatik hücrelerin 1 fazla kromozoma sahip olduğu Down
sendromunda, çocuklar zeka yönünden geri kalmışlardır. Anöploid tip kromozomal
bozukluklar yaygın şekilde sex kromozomları ile de ilgili olmaktadır; Klinifelter ve
Turner sendromlarında olduğu gibi, seks organlarında değişik derecelerde
anormallikler gözlenmektedir.
Seks Kromatini (Barr Cisimciği)
Önceden açıklandığı gibi, kromozomlar uzunlukları boyunca boyanma yönünden
düzensiz koyu sahalar gösterebilirler; bu koyu boyanan heterokromatik kısımlar,
kromozomal iplikçiklerin sıkıca kıvrıldığı bölgelerdir. 2 X kromozomunun bulunduğu
normal dişilerde, X kromozomlarından birisi oldukça heterokromatik olup, interfaz
çekirdekte görünür bir küme oluşturur, diğer X kromozomu ise sarmal yapmamıştır ve
mikroskopta görülmez. İşte bu görünür küme, Barr cisimciği (Seks kromatini) olup, 1
mikron (µm) kadar çapa sahiptir ve yaygın bir şekilde nüklear kılıfın iç yüzeyine
yaslanmış olarak bulunur; yaslanma yüzeyi düz ve serbest yüzeyi ise konveks
şekildedir; buna örnek olarak epitelyal hücre çekirdeklerini gösterebiliriz.
Kan yayması preparatlarında nötrofil lökositlerin gibi bazı hücrelerde, Barr cisimciği
"bateri çubuğu" veya ince uzun çekirdek uzantısı şeklinde görülür, ya da diğer bazı
hücrelerde çekirdekçik ile ilişkili küçük bir cisimcik görünümündedir (sinir hücrelerindeki
nükleolar satellit). Ender olarak da karyoplazma içerisinde bağımsız kümeler
şeklindedir. Barr cisimciği, özellikle yanak iç yüzeyinden dökülen yassı epitelyal
hücrelerde çok iyi görülür, fakat yayma preparatlardaki çekirdek pozisyonu veya kesit
yüzeyinin geçtiği sitoplazmik bölgelerden dolayı, dişi somatik hücrelerin ancak % 2070'inde Barr cisimcikleri görülebilmektedir. Kanıtlar Barr cisimciğinin genetik olarak
inaktif olduğunu göstermektedir. Normal erkek somatik hücrelerde Barr cisimciği
görülmez.
Dişi hücrelerinde, her iki X kromozomu da aktif ise aynı genetik akivite iki misli
görülecektir. Bu nedenle, Dişi interfaz çekirdeğinde X kromozomlarından bir tanesinde
bükülme ya da kıvrılma yoktur ve görülemez haldedir. İkinci X kromozomu ise inaktif
olarak kalır ve oldukça kıvrıntılıdır; bu kromozom heterokromatik yapıda görünebilen
Barr cisimciği’dir. Dolayısıyla bir Barr cisimciği, hücrenin ikinci bir X kromozomuna
sahip olduğunu gösterir; bunun anlamı hücrenin bir dişiden alındığıdır. Yine de bu
68
durumda şaşırmalara neden olabilecek, bazı genetik bozukluklar vardır; örneğin Turner
sendromunda (Kısırlık, vücut ve meme gelişiminde gerilikle karekterize olan bir
hastalık.) dişi somatik hücreleri yalnızca bir tek X kromozomuna sahiptir ve fert her
nekadar dişi ise de, Barr cisimciği görülemez. Buna karşın Klinefelter sendromunda
(Kısırlık, küçük testisler ve belirgin meme gelişimi ile karakterize bir bozukluktur.)
hücreler 1 Y ve 2 veya daha fazla X kromozomuna sahiptir. Bu durumda erkek
olmasına karşın, bireyin somatik hücrelerinde, 1 veya daha fazla Barr cisimciği
görülmektedir. Bazı durumlarda da hücreler, 4 X ve 1 Y kromozomuna sahip olabilir,
böyle bir olguda ise hücre çekirdeklerinde 3 Barr cisimciği görülmektedir. Bir somatik
hücre çekirdeğinde Barr cisimciğinin görülmesi, o hücre çekirdeğinin en azından 2 X
kromozomuna sahip olduğunu göstermektedir. Bireyin cinsi (dişilik veya erkeklik)
gerçekte Y kromozomu ile tayin edilmektedir.
HÜCRE BÖLÜNMESİ
Hücre bölünmesi, dokuların büyüme ve yenilenmesiyle ilgilidir. Merkezi sinir
sistemi hücreleri (nöronlar) ve kalp kası hücreleri dışında bütün yetişkin hücre tiplerinde
görülür. Bölünme olayı oldukça süratli gerçekleşir (örneğin, özellikle aşınma ve
sürtünmeye uğrayan çoğu epitelde, barsak bezlerinde, kan yapıcı dokularda ve yara
iyileşmesi sırasında). Hücre bölünmesi olayı hem sitoplazma bölünmesini (sitokinezis)
ve hem de çekirdek bölünmesini (karyokinezis) içerir. Sitokinezis ve karyokinezis
genellikle birlikte görülür, fakat karyokinezis, sitokinezis olmadan da görülebilir; bunun
sonucunda iki çekirdekli (binuklear) bir hücre meydana gelir. Diğer taraftan sitokinezis
olmadan bir kaç kez karyokinezis olursa sonuçta çok çekirdekli (multinuklear) bir hücre
oluşacaktır; bu tip hücrelere örnek olarak bazı karaciğer hücrelerini ve kemikte
osteoklastları gösterebiliriz. Somatik hücrelerde çekirdek bölünmesi mitoz adı verilen
bir olay ile meydana gelir. Mitozdan önce, hücre siklusunun S evresinde, DNA replike
olur, dolayısı ile hücrenin küçük iki yavru hücreye bölünmesinden sonra, her bir yavru
hücre, ana hücredekinin aynısı bir DNA içeriğine sahip olacaktır. Seks hücreleri olan
gametlerin (ovum ve spermatozoon) oluşumları sırasında, mitozu takip eden
karyokinezis mayoz adı verilen diğer bir tip hücre bölünmesi ile ilgilidir. Mayoz
bölünmede bir gametin kromozom sayısı yarıya indirgenir (haploid); iki ayrı cinse ait
gamet hücrelerinin birleşmesi olan fertilizasyondan sonra meydana gelen zigot diploid
kromozom miktarına tekrar sahip olacaktır.
Mitoz Bölünme
Yukarıda da açıklandığı üzere mitoz, bir somatik hücrenin birbirlerinin ve ana
hücrenin aynısı olan iki yavru hücre meydana getirmek üzere bölünmesi olayıdır. Mitoz,
DNA içeriğinin replikasyonu ve sonuçta bu genetik materyalin iki yavru hücreye eşit
olarak dağılımı ile ilgilidir. Her nekadar G2 ya da postduplikasyon safhasındaki bir hücre
replike olmuş DNA içeriğine sahip ise de, bu görünür halde değildir ve kromozom
sayısı, diploid yani 46 olarak izlenir, yeni DNA eski kromozomlar içerisindeki ayrı
haldeki kromotin iplikçikleri içerisinde yerleşim gösterir. Yaklaşık 1 saate tamamlanan
mitoz sırasında da 2 kontrol noktası bulunmaktadır; biri anafaz evresine girerken iğlerin
69
kontrolünü yapar, diğeri de kromozomların tamamı tam olarak ayrılana kadar
sitokineze geçişi engeller
Anlaşılması yönünden mitoz 4 evreye bölünmüştür; şunu hatırda tutmak gerekir
ki; bu 4 evre devamlı olan tek bir olayın kısımlarıdır. Bu evreler bir seri yapısal
değişiklikler üzerine oturtulmuştur.
Profaz
Profaz safhasında hemen hemen aynı zamanda oluşan 4 ana yapısal değişiklik
görülür.
a- Kromatin iplikcikleri yoğunlaşır (kısalır ve kalınlaşır) böylece kromozomlar
kısa, koyu ve çubuğa benzer yapılar şeklinde görünür hale geçer. Her kromozom
birbirlerine uzunlukları boyunca sentromer (cohesin protein halkası) denilen noktada
birleşmiş iki kardeş kromatidten oluşmuştur. Gerçekte, mitozdan önce görülen DNA
dublikasyonuna bağlı olarak, her kromatit tam olarak replike olmuş kromozomdur, fakat
bu evrede artık bu şekilde adlandırılamazlar.
b- Genellikle interfaz hücre çekirdeğine çok yakın komşu olan bir çift sentriol
dublike olmaya başlar, oluşan yavru sentrioller ana sentriollere bitişiktir ve sonradan
sentriol çifti zıt kutuplarda ya da hücre uçlarındaki yerlerini almak üzere birbirlerinden
ayrılmaya başlar. Kutuplara çekilen sentriol çiftleri arasında mirotubullerden oluşan
mitoz mekiği şekillenir. Hücrenin zıt kutuplarındaki mikrotübül organizasyon
merkezlerinde (MTOC) gelişen mitotik iğ 3 tip mikrotübülden oluşur. Oluşan ilk
mikrotübül astral mikrotübüller olup, herbir çift sentriol etrafında ışınsal şekilde
düzenlenmiştir ki insan hücrelerinde çok belirgin değillerdir. Bütün astral iplikçik
kompleksi ile sentriollere birlikte aster adı verilir. Daha uzun olan ikinci tip mikrotübüller
ise asterler arasında iğ iplikçikleri olarak gelişir; daha sonra bunlardan bazıları
asterlerden diğer kutuptaki astere devamlılık gösteren (polar) mikrotübüller şeklinde
uzanacaktır.
Üçüncü tip olan kinetakor (kromozomal) mikrotübüller ise,
sitoplazmada yayılıp karşı kutba ulaşır, fakat bunlar yalnızca çekirdek kılıfının yok
olmasından sonra tamamlanırlar.
cÇekirdekçik aşamalı olarak kaybolur, içeriği ise bazı kromatitlere
bağlanmıştır.
d- Çekirdek kılıfındaki nüklear laminlerin fosforlanmasıyla çekirdek kılıfı
çözülmeye başlar. Kromatin materyalinin çekirdek kılıfı iç yüzeyinden uzaklaşması
sonucu kılıf daha ince ve daha az belirgin hale geçer ve sonradan da GER
elemanlarından ayırt edilemeyen küçük veziküllere parçalanır ve sitoplazmaya dağılır.
Kesitlerde, profazın erken evrelerini ayırt etmek zordur, fakat geç profaz evresi oldukça
belirgindir.
Metafaz
Metafazda, bütün kromozomlar (kromatit çiftleri) iğlerle ilişkili olarak hücre
merkezine doğru hareket ederler ve ekvatorial bölgede iğlerin uzun eksenine dik açı
yapacak şekilde ve sitokinezisin görüleceği eksene paralel olarak dizilirler. Bu evrede
bir kromozum iki kromatidi soluk boyanan sentromerde birbirlerine bağlanmışlardır.
Bağlantı, kromatitlerin dışa doğru uzantısı olan "kollar" aracılığı ile olur. Hangi kutupdan
70
bakılırsa bakılsın kromozomlar yıldıza benzer, halka şeklinde düzenlenmiştir. İğlere ait
mikrotübüllerin ileri gelişmesi, iğ iplikçiklerinde görülmektedir; ekvatoral yüzey
bölgesinde devamlılık gösteren mikrotübülleri meydana getirmek üzere karşılaşan her
bir sentriol çiftine ait iplikçikler incelenip, uzamaya devam eder ve bundan dolayı
sentriol çiftlerini daha da birbirinden ayırır. Ekvatoral yüzeyde, bu devamlılık gösteren
mikrotübüller, kromozomlar arasında dağılır. Aynı zamanda, her kromozom sentromeri
de diske benzer iki küçük cisimciğe sahiptir, bu cisimcikler yalnızca elektron mikroskop
ile görülebilir. Kinetokorlar adı verilen bu cisimcikler (her kromatit için birer adet) daha
fazla mikrotübül oluşmasını düzenler, bu mikrotübüller kromozomal (kinetokor)
mikrotübüller adını alır ve hücrenin iki kutbuna doğru uzanırlar. Kinetekorlar,
sentromerde hem DNA hem protein içeren, mikrotubullere bağlanarak kromozom
hareketini düzenleyen ve kromatidleri zıt kutuplara çeken yapılardır. Sentromerin
kromozom stabilitesi açısından önemli görevleri vardır. Kromozom ve kromatidlerin
mitoz ve mayoz sırasında, düzgün biçimde ayrılmalarını sağlayan yoğunlaşmış
bölgelerdir. Herbir mikrotübül takımı herbir kinetokor ve dolayısı ile her bir kromatit ile
ilişkilidir. Bir kromozomal mikrotübül takımı, dolayısı ile bir kromatid kinetokorundan
hücrenin bir kutbuna doğru uzanmaktadır.
Son olarak da Metafazın sonunda her kromozomun iki kromatidi sentromerde
tam olarak birbirinden ayrılır, bu şekilde kinetokorlar da ayrılmaktadır. Bu evrede,
kromatitler yavru kromozomlardır ve dolayısı ile metafazda hücre tetraploid sayıda (92)
kromozoma sahiptir (iki tam kromozom takımı).
Anafaz
Cohesin proteinlerinin kromozomları kendi sentromerlerinden tam olarak
ayrılmalarından sonra, yavru kromozomlar hücrenin zıt kutuplarına doğru hareket eder;
bu anafaz hareketleri boyunca kromozomal mikrotübüller kromozomların kutuplara
ulaşması için kısalırlar, aynı zamanda devamlılık gösteren mikrotübüller uzar ve porlar
iğin iki kutbu birbirinden daha da uzaklaşır. Kromozomal, mikrotübüller kutuplar
yakınında jel benzeri bir ağ aracılığı ile kuvvetli bir şekilde iğe tutunmuşlardır. Bu
yapışma kromatidlerin hareketinde etkilidir. Devamlılık gösteren mikrotübüllerin serbest
uçlar tübülin subünitlerinin ilave edilmesi ile uzarlar. ATP’nin hidrolize sonucu açığa
çıkan enerji ve dynein benzeri bir molekül aracılığı ile gerçekleşir. Bu olay devamlılık
gösteren mikrotübülllerin iki asterinden ayrılma, en son sitokinezis bölgesine yakın
bulunan hücre merkezine doğru hareket ve bu bölgede toplanma ile birliktedir. Burada
mikrotübüllerin toplanması "orta cisimcik" (midbody) adı verilen bir dens kümeyi
oluşturur. Anafazın sonuna ve telofaza doğru,"orta cisimcik" bölgesinde hücre etrafında
banda benzer bir yapı meydana gelir (bölünme izi) ve mitokondriyonlar ile diğer
sitoplazmik yapılar, hücre periferi etrafında düzenli şekilde dağılmışlardır.
Telofaz
Hücrenin her bir kutubunda, kromozomlar kromozomal mikrotübüllerden ayrılır
ve mikrotübüller parçalanıp dağılır. Kromozomlar incelip uzayarak veya dağılarak daha
az belirgin hale geçer ve sonunda yalnızca bir kısmı heterokromatin olarak sıkıca
kıvrılır, dağınık kısmı ise ökromatindir. Her çekirdeğin çekirdekçiği özgül kromozomlarla
71
ilişkili olarak yeniden ortaya çıkar ve nuklear kılıf sitoplazmik membranöz veziküller
tarafından yeniden meydana getirilir; bu vesiküller muhtemelen granüler endoplazmik
retikülümden köken almıştır. Bu olaylar her çekirdeğin interfaz görünümü almasına
kadar devam eder. Aynı zamanda, bölünme (yarıklanma) izi orta cisimcik etrafında
derinleşir. Çoğu hücre tiplerinde, bölünme izi içerisinde mikrofilamanlardan oluşan bir
yüzeysel kontraktil halka (kasılma halkası) tarif edilir ve aktin filamentleriyle ilişkili
miyozin II molekülü içeren bu oluşumun kasılması, muhtemelen bölünme izinin orta
cisimcikte sıkı bir şekilde karşı karşıya gelmesine kadar derinleşmesinden sorumludur.
Bu safhada, iki yavru hücre arasında geride yalnızca ince bir sitoplazmik köprü kalır ve
sonunda bu köprü koparak iki tam yavru hücre meydana gelir. Sitoplazmik yapılar, iki
yavru hücre arasında eşit olarak dağılmıştır ve önceden orta cisimcik içerisinde bulunan
mikrotübülüsler parçalanarak dağılırlar.
Kesitlerde, bölünen hücreler mitotik figürlerin bulunması ile ayırt edilir; bu terim
mitoza uğrayan hücreler için kullanılır. Daha yoğun olan kromatin materyal genellikle
interfaz çekirdek kromatininden daha dens boyanır. Çoğu durumlarda, bir hücre şeklini
ve mitoz gösterdiğinde bulunduğu pozisyonu değiştirir; örneğin, basit epitelde, hücre
daha yuvarlaklaşır ve epitel yüzeyine doğru hareket eder, bu durumda bazal lamina ile
ilişkisini koparır.
Colchicine ve Vinblastine'nin Mitoza Etkisi
Colchicine, colchicine'nin bazı türevleri ve vinblastine önceden izah edildiği gibi
mikrotübülüs oluşmasını bloke eder. Mitoz bölünme sırasında dolayısı ile iğ mikrotübül
oluşması görülmez. Eğer bu maddeler bir deney hayvanına verilecek olursa, hücre
bölünmesine uğrayan bir hücre metafaz safhasında tutulacaktır. Kromozomlar metafaz
safhasında çok iyi bir şekilde incelenebildiğinden bu metod sitogenetik çalışmalar ve
hücre yenilenmesinin incelenmesinde çok iyi bir tekniktir.
Mayoz Bölünme
Bütün somatik hücreler diploid sayıda kromozoma (46 tek veya 23 homolog çift)
sahiptir, fakat gametler (ovum ve spermatozoon) haploid sayıda (her kromozom
çiftinden teki olmak üzere 23 adet) kromozoma sahiplerdir. Erkek ve dişi germ
hücrelerinde haploid kromozom miktarı mayoz adı verilen özel bir tip hücre bölünmesi
ile sağlanır; burada birbirini takip eden iki hücre bölünmesi görülür. İlk bölünmeden önce
herbir germ hücresi mitoz bölünmede olduğu gibi DNA dublikasyonuna uğrar ve
tetraploid miktardaki DNA (4n DNA) ile I. mayoza girer, , fakat kromozom sayısı hala
diploiddir. İlk bölünmede, DNA diploid (2n DNA) sayıya varmak üzere ortadan ikiye
bölünür, fakat kromozomlar haploid sayıya ortadan ikiye bölünür, her yavru hücre her
homolog çiftten bir kromozom kazanır. İkinci mayoz bölünmede kromozom sayısı
değişmez, fakat DNA haploid (n DNA) miktara ortadan ikiye bölünür. Mayoz,
kromozomların yeniden dağılımını gerçekleştirmek için mitoz sırasında gerçekleşen
aynı biyokimyasal mekanizmaları kullanır. Mayoza özgü birçok özellik bulunmaktadır.
Bunlardan en önemlisi homolog kromozomlar arasında meydana gelen eşleşme ve
genetik rekombinasyondur. Mayozda da, mitozda olduğu gibi, profaz, metafaz, anafaz,
72
telofaz olarak adlandırılan dört evre vardır. Bu evreler arada interfaz ve DNA
duplikasyonu olmaksızın peş peşe iki kez gerçekleşir ve sonuçta dört yavru hücre
meydana gelir. Mayoz bölünme ile mitoz bölünme arasındaki en büyük fark, profazda
ortaya çıkar.
Mayoz bölünme iki aşamada gerçekleşir. Bu aşamalar, 1. Mayoz ve 2. Mayoz olarak
adlandırılır.
Birinci Mayoz Bölünme
Profazda, DNA iplikleri kısalıp kalınlaşmaya başlar. Mitoza oranla profaz burada
daha uzundur ve leptoten, zigoten, pakiten, diploten ve diakinez olmak üzere alt
safhalara ayrılır.
1- Leptoten: Bu safhada kromozomlar diploid sayıda ince iplikçikler şeklinde
yoğunlaşmış olarak görülür.
2- Zigoten: Daha sonra homolog kromozomlar çiftler şeklinde bir araya gelirler
(sinaps veya birleşme) ve her bir çift bivalent olarak adlandırılır (Herbir çiftin, bir
üyesinin babadan, diğerininde anneden geldiği unutulmamalıdır). Birinci mayoz
bölünmenin ilk karakteristik bulgusu homolog kromozom eşleşmesidir. Aynı gen
bölgeleri karşı karşıya gelecek şekilde, sinaps yaparlar ve tetrat oluşur.
3- Pakiten: Kromozomlar kısalır ve kalınlaşır. Her kromozom sentromerde
birleşmiş iki kromatidden meydana gelmiştir, dolayısı ile her bivalentte 4 kromatid
(tetraploid DNA = 4n DNA) ve iki sentromer vardır. belli bölgelerde her kromozoma ait
iki kromatidden birisi birbirleri ile yapışır ki; bu da genetik materyallerden bazılarının
birbirleri arasında değişimini sağlar; bu olay birinci mayoz bölünmenin ikinci karakteristik
bulgusudur ve krosing over (çaprazlaşma) olarak bilinir; krosing over‘de homolog
kromozomların kardeş olmayan kromatidleri arasında parça değişimi gerçekleşir.
4- Diploten: Kromatidler arasındaki yapışma çarpraz şeklinde görülür. Bu
çaprazlaşma bölgeleri kiazma olarak adlandırılır. Kiazma anında homolog kromozomlar
arasında gen blokları karşılıklı taşınır: Genetik rekombinasyon gerçekleşir. Diplotende
her çiftin rekombine olmuş kromozomları kiazma alanları dışında birbirinden ayrılmaya
başlar.
5- Diakinez: Kromozomlar ayrılmaya devam eder, bu sırada çekirdekçik
kaybolmuştur ve profazın sonuna doğru nüklear membran parçalanıp dağılır.
Metafazda kromozom çiftleri tetratlar halinde ekvatorial plakta yerleşmişlerdir.
Anafazda homolog kromozomlar birbirinden ayrılarak karşı kutuplara göç ederler. Her
kromozomda hala bir çift kromatid vardır. Telofazda kromozomlar karşı kutuplara gider.
Çekirdek zarı tekrar oluşur ve sitokinez gerçekleşir. Yeni gelişen yavru hücrelerden her
biri, 2n DNA yani, çift halde kromatid içeren diploid sayıda, 23 çift kromozoma sahip
olur.
İkinci Mayoz Bölünme
Interkinez olarak adlandırılan kısa bir aradan sonra, bu safha başlar ve herhangi
bir DNA dublikasyonu olmaz, kromozomlar zaten sentromerde birbirine bağlanmış
kromatid çiftlerinden oluşmuştur. Profazda iğ iplikçikleri oluşur, nüklear kılıf parçalanır
ve kromozomlar ekvatoryal plağa doğru hareket ederek, metafaz plağını oluştururlar.
73
Metafazda, kromatidler tamamen ayrılır ve her biri bir yavru kromozom haline gelir;
daha sonra anafazda hücrenin zıt kutuplarına göç eder. Telefazda çekirdek zarı
yeniden oluşur ve yavru hücreler birbirlerinden ayrılır. Bu ikinci bölünmenin
tamamlanmasından sonra, haploid sayıda (23) kromozoma ve haploid DNA (nDNA)
içeriğine sahip 4 yavru hücre meydana gelir.
Erkek grem hücrelerinin mayoz bölünmesinde, sitokinez sırasında,
sitoplazmanın yavru hücrelere eşit şekilde dağılması sağlanır. İki birbirini takip eden
bölünme sonucu oluşan dört hücreden ikisi 22+X kromozomlarına, diğer ikisi ise 22+Y
kromozomlarına sahip olacaktır. Dişi germ hücrelerinin mayoz bölünmesinde ise,
oluşan bütün yavru hücreler 22+X kromozoma sahip olacaklardır, fakat sitoplazmik
dağılım eşit değildir ve sitoplazmanın büyük çoğunluğuna sahip olan, yalnızca bir hücre,
oosit (ovum) olarak gelişecektir.
HÜCRE DİFFERENSİYASYONU (FARKLILAŞMASI)
Gelişme esnasında, fertilize ovum (zigot) olan tek bir hücre bölünür ve çoğalır,
sonuçta vücudun bütün hücrelerini oluşturur. Bu olaya hücre proliferasyonu yanında,
hücre differensiyasyonu da katılır (değişik hücre tiplerinin farklı fonksiyonlar için
özelleşmesi). Pek çok hücre tiplerinin hepsi de aynı ortak bir hücreden köken aldıklarına
göre, bu hücrelerinin birbirlerine eş kromozom (dolayısı ile de gen) takımlarına sahip
olacaklarını düşünmek normal olacaktır. O halde niçin bütün hücreler aynı proteini
sentez etmezler ve aynı fonksiyonlara sahip değillerdir? Bütün ihtimaller içerisinde,
farklı hücrelerin genetik potensiyelleri değişikliğe uğramamıştır, her nekadar hücre
içinde var olsa da, bazı genler kendilerini göstermezler. Bunun nedeni bir genin sahip
olabildiği değerlerin hücre içinde bulunmamasına bağlı olabilir. Belki de bu değerler
sitoplazma veya bir kısmı ile ilişkilidir, gelişme sırasında bazı sitoplazmik bileşimlerin iki
yavru hücreye eşit olmayan dağılımı vardır. Hücre differensiyasyonunda rol oynayan
gerçek ne olursa olsun bir pankreatik asinar hücre, örneğin, özel bir enzim veya
enzimleri meydana getirecektir ve eğer bölünürse oluşan iki yavru hücre de aynı enzim
veya enzimleri meydana getirme kapasitesine sahip olacaktır.
HÜCRE ÖLÜMÜ
Organizmanın homeostazisi; hücre ölümü ve hücre çoğalması arasında sabit
bir dengeye bağlıdır. Apopitoz, embriyonik dönemden ölüme kadar pek çok fizyolojik
veya patolojik olayda izlenen programlı hücre ölümüdür. Apopitozda, hücre
yüzeyinde, hücre organellerinde ve çekirdekte parçalanmalar izlenir. Hücre içi veya
dışı kaynaklı ölüm sinyalleri eşliğinde, hücre ölüm reseptörleri ve mitokondriyon
aracılığıyla apopitotik mekanizma aktive olur ve sonuçta DNA kırılması, sitoplazmada
büzülme ve membranda parçalanma meydana gelir. Apopitotik hücreler, apopitotik
cisimciklere ayrılarak, çevredeki hücreler tarafından fagosite edilirler.
Bir diğer hücre ölüm tipi olan nekroz ise; programlı hücre ölümü olan
apopitozdan farklı olarak, rastgele, kontrolsüz gerçekleşen bir süreç olup,
enflamasyonla sonuçlanan patolojik hücre ölümüdür.
74
Son yıllarda apopitozdan farklı morfoloji ve biyokimyasal özelliklere sahip
birçok programlı hücre ölüm tipleri de tanımlanmıştır; bunlar arasında mitotik
katastrof, anoikis eksitotoksisite, paraptozis ve pyroptozis sayılabilir.
KAYNAKLAR
1- MH Ross, W Pawlina. Histology a Text and Atlas, 6th Edition. Wolters Kluwer,
Lippincott Williams&Wilkins, London, 2011.
2- TS Leeson, CR Leeson, AA Paparo. Text and Atlas of Histology, 6th Edition.
WB Saunders Company, Tokyo, 1988.
3- A Stevens, J Lowe. Human Histology, 2th Edition. Mosby, Newyork, 1997.
4- WM Copenhaver, DE Kelly, RL Wood. Bailey’s Textbook of Histology, 17th
Edition. Williams&Wilkins, London, 1979.
5- DH Cormack. Ham’s Histology, 9th Edition. JB Lippincott Company, Sydney,
1987.
6- W Bloom, DW Fawcett. A Textbook of Histology, 9th Edition. WB Saunders
Company, Philadelphia, 1962.
7- AL Kierszenbaum, LL Tres. Histology and Cell Biology: an Introduction to
Pathology, 3th Edition. Elsevier Saunders, Philadelphia, 2007.
8- LP Gartner, JL Hiatt. Color Textbook of Histology, 3th Editon. Elsevier
Saunders, Philadelphia, 2007.
9- LC Junqueira, J Carneiro. Basic Histology Text&Atlas, 10th Edition. McGrawHill Companies, Chicago, 2003.
75