Programlı Hücre Ölümü: Apoptoz

Programlı hücre ölümü, diğer hücrelerden gelen ölüm sinyaliyle ya da çoğunlukla yaşam sinyalinin (survival signal) yokluğunda hücrenin kendi kendini yok etme olayıdır. Programlı hücre ölümü insan dahil çoğu hayvanın gelişiminin birçok evresinde görülmektedir. Örneğin, insanlarda nöronların büyük bir kısmı kullanılmamaya bağlı olarak kendi kendini yok etmekte yani programlı hücre ölümü yolunu kullanmaktadır.

Programlı hücre ölümü doku zedelenmesine bağlı olarak oluşan nekrozdan oldukça farklıdır. Programlı hücre ölümünde apoptoz denilen bir yolak kullanılır. Apoptoz süresince öncelikle nüklear zar ve kromozomlar parçalanır ve sitoplazma yoğunlaşır. Daha sonra hücre zarla kaplı küçük keseciklar oluşturacak şekilde parçalara ayrılır. Son olarak bu kesecikler  fagositik hücreler tarafından endositozla alınır ve fagositik hücrelerin lizozomları yardımıyla sindirilir.(Bu olay yukarıdaki resimde özetlenmektedir) Böylece hücrenin içerdiği hiçbir madde direkt olarak dışarı salınmaz ve komşu hücrelerin zarar görmesi engellenir. Nekroz olayı ise dokuların yaralanması sonucu oluşur. Nekroz süresince hücreler içeriklerini direkt olarak hücreler arası sıvıya bıraktığından komşu hücreler oldukça hasar görür.

Apoptoz olayının moleküler yolağının keşfedilmesini sağlayan araştırmaların büyük bir kısmı C.elegans'lar üzerinde yapılmıştır. C.elegans'lar biyoloji dalında yapılan deneylerde çokça kullanılan model organizmalardır. Olgun C.elegans'ların hepsi , mutant olanlar hariç, ilk başta 1090 hücre içermekte sonra da bu hücrelerin 131 tanesini apoptoz yolağını kullanarak kaybetmektedir. C.elegans'ların bu özelliği bilim insanlarına apoptoz olayını incelerken oldukça faydalı olmuştur.Bilim insanları çeşitli genlerde mutasyonlar oluşturarak hücrelerin sayısında olan değişimleri takip etmiş ve bunun sonucunda da apoptozun moleküler mekanizmasını keşfetmiştir.

Apoptoz olayı genellikle hücrenin yaşaması için gerekli olan yaşam sinyalinin eksikliğinde başlar. Yukarıdaki resimde de görülebileceği üzere, sinyal reseptöre bağlanmadığında PI-3-kinaz adlı akt proteinini fosforlayarak onu aktive eden protein inaktive olur. Bunun sonucunda Akt adlı bad proteinini fosforlayarak onu inaktive eden protein aktive olamamış olur. Bad proteini aktif durumda olduğundan mitokondrinin dış zarında  bulunan Bcl-2 ve Bax proteinlerinin aktivitesini değiştirir. Bu aktivite değişimi sonucunda mitokondrinin dış ve iç zarının arasında bulunan sitokrom-c proteini sitoplazmaya doğru hareket eder. Sitokrom- C proteini sitoplazmada inaktive durumda bulunan kaspazların aktive olmasını sağlar. Kaspaz proteinleri, proteinleri C-terminalinden yıkan proteazlardır ve özellikle nüklear lamin ve hücre içi iskeleti proteinlerini hedef alırlar. Kaspaz proteinleri nüklear lamin ve hücre içi iskeletini oluşturan proteinleri yıktıkça hücre yavaş yavaş parçalanmaya başlar. 

Prokaryotlar Ve Ökaryotlar

• Prokaryot denilen canlı grubu bakteri ve arkeleri kapsamaktadır. Ökaryot denilen canlı grubu ise bakteri ve arkeler dışında kalan maya,bitki,hayvan gibi canlı gruplarını kapsamaktadır.

• Prokaryot ve ökaryotlar arasındaki en büyük fark prokaryotların hücre içi zar sistemine sahip olmamasıdır. Başka bir deyişle prokaryotlar zarlı organellere sahip değilken ökaryotlar çekirdek, lizozom, endoplazmik retikulum gibi organellere sahiptir.
• Prokaryotlarda hücre genomunun etrafını saran herhangi bir zar yoktur. DNA sitoplazmada bir yerde yoğunlaşmaktadır ve bu kısım nükleoid olarak adlandırılmaktadır. Ökaryotlarda ise hücre genomu çekirdekte bulunmaktadır yani 2 adet zarla çevrilmiş durumdadır. Bu farklılık transkripsiyon ve translasyon esnasında çeşitli farklılıklara sebep olmaktadır. Örneğin, arada bir zar engeli olmadığından dolayı prokaryotlarda transkripsiyon gerçekleşirken aynı anda translasyon da gerçekleşmektedir.  Ökaryotlarda ise arada nüklear zar bulunduğundan dolayı transkripsiyon bittikten sonra mRNA sitoplazmaya taşınır ve translasyon gerçekleşir.

• Bakteri ve ökaryot genomunun yapısı da birbirinden oldukça farklıdır. Bakterilerin DNA'sı halkasal yapıda ve tek bir replikasyon orijini içerirken ökaryotların DNA'sı linear şekilde ve birden fazla replikasyon orijini içermektedir.

• Bakteri DNA'sı nükleoidde genellikle proteinle sarılmamış bir şekilde bulunur. Ökaryot DNA'sı ise büyüklük bakımından oldukça büyük olduğundan çekirdeğe sığabilmek için histon adlı proteinlerin oluşturduğu nükleozomlarla sarılmış ve paketlenmiş bir şekilde bulunur.

• Hücre duvarı bulundurup bulundurmama ve hücre duvarının içeriği de bir diğer farklılık sebebidir. Bakterilerin bazı istisnalar hariç hepsi hücre duvarı bulundurmaktadır ve hücre duvarları peptidoglikan yapıdadır. Ökaryotlarda hayvan hücreleri hücre duvarı bulundurmazken bitki hücreleri selüloz yapıda hücre duvarına sahiptir.

• Ökaryotlarda sitoplazmada mikrotübül, mikrofilament ve intermediate filamentler tarafından oluşturulan bir hücre içi  iskeleti vardır. Hücre içi iskeleti özellikle hücre duvarı bulundurmayan hayvan hücrelerine mekanik destek, hücreye hareket kabiliyeti ve hücre içi organel ve moleküllere hareket kabiliyeti verir. Prokaryotlarda ise hücre içi iskelet bulunmaz.

Ribozom

• Ribozom protein sentezinden sorumlu bir organeldir.

• Ribozom 2 adet altyapıdan oluşur. Bu yapılar büyüklüklerine göre büyük altyapı ve küçük altyapı diye adlandırılır. 
• Büyük ve küçük altyapı protein sentezlenmedikçe sitoplazmada ayrı ayrı bulunur. Protein sentezi başladığı zaman mRNA aracılığıyla bir araya gelirler.

• Ribozomlar hücrede 3 yerde bulunabilir ve bulundukları yere göre adlandırılırlar. Serbest ribozomlar sitoplazmada bulunur ve hücre içinde kullanılacak proteinlerin sentezinden sorumludur. Bağlı ribozomlar granüllü endoplazmik retikuluma bağlı bir şekilde bulunur ve hücre dışına salgılanacak proteinlerin sentezinden sorumludur. Mitokondriyel ribozomlar mitokondride bulunur ve mitokondride kullanılcak bazı protein, tRNA ve rRNA'ların sentezinden sorumludur.

• Ribozomlar nükleusun nükleolus denilen iç kısmında sentezlenir ve rRNA ve proteinlerden oluşurlar. Proteinler ribozoma yapısal destek sağlarken, rRNA'lar da ribozomun işlevlerini yerine getirmesini sağlar. Örneğin, büyük alt birimde bulunan 23S rRNA aminoasitler arasında peptit bağının oluşumunu sağlar.

• Prokaryot ve ökaryot ribozomları birbirinden oldukça farklıdır. Ökaryot ribozomu (80 S) prokaryot ribozomundan (70 S) bir miktar daha büyüktür. Mitokondriyel ribozom, boyut ve yapısal özellikleri bakımdan prokaryot ribozomuna daha çok benzemektedir. Bu açıdan da endosimbiyoz kuramını desteklemektedir.

• Bakteri ribozomu ökaryot ribozomundan farklı olduğundan dolayı, insan ya da hayvan vücudundaki bakterileri öldürmek için genelde bakteri ribozomu hedef alınmaktadır. Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi, antibiyotiklerin büyük bir kısmı da ribozomu hedef almaktadır.

Hücrenin Enerji Kaynağı: Mitokondri

Mitokondri 2 zarla çevrili, alışılmışın dışında özellikleri olan bir organeldir. Temel görevi hücrenin enerji ihtiyacını karşılamak olsa da bunun dışında da oldukça önemli görevleri vardır.
Mitokondrinin Özellikleri:

• Mitokondri 2 zarlı bir organeldir. Dış zarının yapısı genel olarak hücre zarına benzerdir. Hücre zarından farklı olarak porin bir protein içerir. Porin sayesinde ATP, ADP ve çeşitli proteinler mitokondriyle sitoplazma arasında hareket edebilir. İç zarı ise hücre zarından oldukça farklıdır. Öncelikle ATP üretimi arttırabilmek amacıyla krista adı verilen kıvrımlı bir yapıya sahiptir. Ayrıca hücre zarına oranla protein/lipid oranı oldukça fazladır. Son olarak, bakterilerde de bulunan özel bir lipid olan cardiolipin'i içerir.

• İç zarın içindeki kısım matrix olarak adlandırılır. Bu kısımda mitokondri DNA'sı, ribozom, proteinler ve solunum için gerekli olan enzimlerin bir kısmı bulunur.
• Mitokondri kendi DNA'sına sahiptir. DNA'sı hücrenin genomundan farklı olarak dairesel şekildedir. 

• Mitokondri DNA'sı mitokondrinin tüm proteinlerini kodlamaya yeterli değildir. Sadece bazı proteinler, çeşitli tRNA ve rRNA'lar mitokondri DNA'sı tarafından kodlanır. İhtiyaç duyulan diğer proteinler çekirdekte bulunan DNA tarafından kodlanır, sitoplazmada protein haline geldikten sonra mitokondriye taşınır.
• Mitokondrinin bir olağandışı özelliği ise kendi ribozomuna sahip olmasıdır. Ribozomun rRNA'ları mitokondri DNA'sı tarafından kodlanır ve ribozomlar sitoplazmik ribozomlardan oldukça farklıdır. 

• Yapılan son araştırmalara göre, yukarıdaki resimde de görülebileceği üzere, mitokondride kodonların işleyişi de sitoplazmadan farklılık göstermektedir.