Hücre bölünmesi

Bir hücreden yeni hücrelerin oluşmasına hücre bölünmesi denir. Hücre bölünmesi bütün canlılarda görülen bir olaydır.
 Hücre bölünmesi hücre çekirdeğinde başlar ve birbirini takip eden evrelerden (safhalardan) oluşur. Yoğurdun mayalanması, bitkilerin büyümesi, tohumun çimlenmesi, yaraların iyileşmesi, büyüme ve gelişme olayları hücre bölünmesi sayesinde gerçekleşir.
 Hücre bölünmesi; mitoz bölünme ve mayoz bölünme olarak iki çeşittir.
 
 a) Hücre Bölünmesinin Nedeni :
 Hücrelerde yaşamsal faaliyetlerin sürdürülebilmesi için yapım (özümleme) ve yıkım (yadımlama) olaylarının yani metabolik faaliyetlerin gerçekleşmesi gerekir. Hücrelerin yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmesi için enerji gerekir ve bu enerjide besinlerden oksijen gazı sayesinde elde edilir. (Besin ve oksijen gereklidir). Hücredeki yaşamsal faaliyetler sonucu da zararlı ve atık maddeler (su, CO2, NH3, madensel tuzlar gibi) oluşur. Hücre içine besin ve oksijenin alınmasını ve yaşamsal faaliyetler sonucu oluşan zararlı ve atık maddelerin hücre dışına atılması hücre zarı sayesinde gerçekleşir.
 Hücreler yaşamsal faaliyetlerini sürdürürken sürekli büyür. Hücrenin büyümesi demek hücre zarının, sitoplâzmanın ve çekirdeğin büyümesi demektir. Fakat sitoplâzmanın (hacimce) büyümesi hücre zarının (yüzeyce) büyümesinden daha fazla olur. Bir süre sonra hücre zarından madde giriş – çıkışı zorlaşır ve çekirdeğin yöneteceği alan sınırlı olduğu için çekirdek hücreyi yönetemez. (Yönetmekte güçlük çeker). Bu anda çekirdek bölünme emrini verir ve bölünme emri verildikten sonra hücre bölünmesi engellenemez.
 Bütün canlılarda hücre bölünmesi çekirdekte yer alan DNA molekülünün emri ile gerçekleşir. Hücrenin bölünebilmesi için belli bir büyüklüğe (bölünebilme büyüklüğüne) ulaşması gerekir.
 
 b) Hücre Bölünmesinin Amacı :
 Hücre bölünmesinin amacı canlılarda üremeyi ve büyümeyi sağlamaktır.
 Canlılar hücre sayısına göre tek hücreli ve çok hücreli canlılar olarak iki grupta incelenir.
 Tek hücreli canlılarda hücre bölünmesinin amacı (hücre sayısını arttırarak) çoğalmayı (üremeyi) sağlamaktır.
 Çok hücreli canlılarda hücre bölünmesinin amacı (hücre sayısını arttırarak) doku, organ ve sistemlerin büyüyüp gelişmesini, yıpranan dokuların onarılmasını, ölen hücrelerin yerine yenilerinin yapılmasını sağlamaktır. Bazı çok hücreli canlılarda sperm ve yumurta hücrelerinin oluşturulması hücre bölünmesi sayesinde sağlanır.
 
 NOT : 1- Hücre bölünmesinin nedeni çekirdek/sitoplâzma oranının veya hacim/yüzey oranının
 bozulmasıdır. Hacim (sitoplâzma hacmi) r3 ile, yüzey (hücre zarı) r2 ile orantılı olarak büyür.
 2- Hücrede bölünme emri, çekirdekte yer alan DNA molekülü tarafından verilir. DNA’nın emri dışında, kontrolsüz şekilde hücreler bölünürse kanserli dokular oluşur.
 3- Hücre, yüzeyi arttırmak, hacmi azaltmak için bölünür.
 4- Hücre bölünebilme büyüklüğüne ulaştığında çekirdek bölünme emrini vermezse hücre parçalanır.
 5- Çok hücreli canlılarda hücre bölünmesi bazı hücrelerde hızlı, bazı hücrelerde yavaş gerçekleşirken bazı hücrelerde belli bir dönemden (yaştan) sonra hiç bölünmezler. İnsanlarda kan, deri, bağırsak hücreleri hızlı, kas hücreleri yavaş bölünürken sinir ve retina hücreleri de belli bir yaştan sonra hiç bölünmezler.

Hücre Bölünmesi

Canlı hücrelerin nesillerini devam ettirebilmek için kendilerine benzer yeni hücreler meydana getirmelerine bölünme denir. Bölünme çoğalma, büyüme ve gelişme için kaçınılmaz bir hayat olayıdır. Hem eşeyli hem de eşeysiz üremenin gerçekleşmesini sağlayan temel olay hücre bölünmeleridir. Canlılarda görülen en önemli hücre bölünmeleri mitoz ve mayoz dur. Belli bir gelişme dönemini tamamlayan hücreler bölünerek çoğalırlar. Ancak bazı hücreler hayvanların sinir ve kas hücreleri, bitkilerin değişmez doku hücreleri bölünmezler. Hücreler genellikle oval olup, küreye benzerler. Yani bir hacim, bir de alanları vardır. Hacim stoplazmadan, alan ise hücre zarından ibarettir. Hücre büyüdükçe yarı çap artar. Alan yarıçapının karesi, hacim ise yarı çapını küpü oranında artar. İki artışın farkı çok fazla olduğundan belli bir değerden sonra hücre zarı, fazla büyüyen stoplazmanın ihtiyaçlarını karşılayamaz hale gelir. İşte o an,hücre bölünme mesajı alarak bölünür. Böylece hacim küçülmüş veya alan büyütmüş olurlar.

Bu durum amipler üzerindeki deneylerle ispatlanmıştır. Bir amip hücresinin sitoplazmasının bir kısmı dört Ay süreyle kesilmiş ve hücrenin hiç bölünmediği görülmüştür. Aynı süre içersinde her hangi bir işleme tabi tutulmayan kontrol amipi ise tam 65 defa bölünmüştür. Bir başka deneyde ise,gelişmiş bir amip tam bölüneceği anda sitoplazmasından bir parça kesilmiştir, ancak bölünme devam etmiştir, Çünkü kesme işlemi bölünme emri verildikten sonra yapılmıştır. Bu deneyden sonuç şudur:çıkan sonuç şudur: Bölünme emri, çekirdek ve stoplazma arasındaki etkileşim sonucuna göre, çekirdekten verilmektedir.

MİTOZ BÖLÜNME
Eşeyli eşeysiz üreyen bütün çok hücreli canlılarda büyüme ve gelişmeyi sağlayan temel olay mitoz bölünmedir. Tek hücreliler de hücre bölünmesi her defasında üremeyi sağlamış olur. Mitoz bölünme ile bir hücreden iki yeni hücre oluşur oluşan hücrelerin kalıtsal yapısı birbirleriyle ve ana hücresiyle aynıdır. Olayda kromozom sayısı ve yapısı değişmediği için her türlü kromozom sayısı ve yapısı değişmediği için her türlü kromozom sayısına sahip hücreler mitoz gerçekleştirebilir. Özellikle bitki ve hayvanların diploid (2n) vücut hücrelerinin bölünerek çoğalma biçimidir.

Mitoz bölünmeyle canlılarda şu olay gerçekleşmiş olur:
* EŞEYSİZ ÜREME
* BÜYÜME (Canlının boy ve ağırlık olarak artması)
* GELİŞME (Organların hücre sayısını arttırarak olgunlaşması)
* REJENERASYON (Eksik kısımların onarılması )
* Bazı istisna türlerde eşey hücrenin oluşumu

Bir anormallik sonucu oluşmuş eksik veya fazla kromozomlu hücreler dahi mitozla bölünebilir. Mitozla kromozom sayısı ve yapısı korunmuştur.

KROMOZOMLARIN YAPISI
Bölünme özelliği olmayan hücrelerde DNA molekülleri çekirdekte kromotin iplikler halinde kümelenmiş şekilde bulunur. Bu uzun kromotin iplikler hücre bölüneceği zaman eşlenerek kardeş kromatidleri oluştururlar. Hücre bölünmesinin başlangıcında, birarada bulunan kardeş kromatidler kısalıp kalınlaşarak kromozom haline gelirle.Kromotidler birbirlerine sentromer bölgesinden tutunmuşlardır.

Kromozomların sayısı her canlı için belli olup,azlığı veya çokluğu kalıtsal olarak bir anlam ifade etmez. Örneğin insan,siyah moli balığı, ve kurt bağrı bitkisi 46’şar kromozom taşır. Ancak birisi hayvan birisi de bitkidir.
Önemli olan kromozom sayısı değil, DNA şifrelerinin benzer olmasıdır. Kromozomların DNA ve protein bulunur.
Diploid (2n) canlıların hücrelerinde kromozomlar çift halde bulunur. Biri anadan biri,diğeri babadan gelen, aynı şekil ve büyüklükteki bu kromozomlara homolog kromozomlar denir.

2. MİTOZ BÖLÜNMENİN SAFHALARI

Belli bir yüzey-hacim oranına ulaşan hücreler bölünme hazırlıklarını tamamlayarak dört safhada mitoz bölünmeyi gerçekleştirirler. Mitoz bölünme meydana gelirken önce çekirdek eşlenir. Bu olaya karyokinez denir. Sonra sitoplazma bölünmesi buna da sitokinez denir.

a. İnterfaz Evresi :
Bir bölünme kademesi olmayıp , iki mitoz arasındaki gelişme safhasıdır. İnterfazda genç hücre beslenme, büyüme, protein sentezi gibi biyolojik olayları gerçekleştirir. Fakat hücre bölünme mesajını aldığı andan itibaren bölünme hazırlıkları yapılır. Bu hazırlıklardan sonra interfaz biter bölünme başlar.

Bölünme hazırlıklarını en önemlisi kromotin ipliklerin (DNA) kendini eşlemesidir (Replikasyon) Hayvansal hücrelerde sentrozom da kendisini eşler. Hücreyi ağ gibi kuşatmış bulunan endoplazmik retikulum yıkılarak bölünme kolaylaştırılır.

Son olarak bölünme başlarken hücrenin diğer hayatsal faaliyetlerini minimum seviyeye indirilir.

b. Profaz :
Mitoz bölünmenin en uzun safhasıdır.Eşlenmiş kromotin ipliler sentromer bölgelerinden birbirlerine tutunmuşlardır. Bu eşlere kardeş kromatidler denir. Profazda kromotin iplikler kısalıp kalınlaşarak belirgin hale gelir. Bu belirgin yapılara kromozom denir. Profaz sonunda çekirdek zarı ve çekirdekçik eriyerek kaybolmuştur. Sentrozom çiftleri zıt kutuplara çekilerek iğ ipliklerini oluşturmaya başlamışlardır.

c. Metafaz :
Eşlenmiş kromozom çiftleri hücrenin ekvator çizgisinde yan yana gelerek tek sıra halinde dizilirler. Sentromer bölgelerinden de iğ ipliklerine tutunurlar. Sentromerler eşlenir kromozomlar en rahat bu safhada görülerek sayılabilir.

d. Anafaz:
Sentromer bölgelerinden birbirlerine tutunmuş olan kardeş kromotidler birbirlerinden ayrılarak zıt kutuplara doğru çekilirler bu çekme işlemini iğ iplikleri gerçekleştirir. Mitozda kromozom sayısı ve kromozom yapısı aynı olan hücrelerin olmasını sağlayan esas olay, bu safhadaki kardeş kromotidlerin ayrılmasıdır.

e. Telofaz :
Birbirinde ayrılan kromozom akımlarının kutup bölgelerinde kümeler içersinden sonra, çekirdek zarları ve çekirdekçikler aniden oluşarak belirgin hale gelir. Kromozomlar teker kromotin iplik haline indirgenirler. İğ iplikleri kaybolur. Telofaz sonunda karyokinez bitmiş ve iki çekirdekli bir hücre oluşturmuştur. Sitoplazmanın bölünmesiyle iki yeni hücre oluşur.

f. Sitokinez :
Sitoplazmanın bölünmesi bitki ve hayvan hücrelerinde farklılık gösterir.
Hayvan hücreleri, iki taraftan ve dıştan içeriye doğru boğumlanarak bölünür. Bitki hücrelerinde iseselülöz çeper boğumlanmaya imkan vermediği için, iki çekirdek arasında, golginin salgısıyla bir hücre plağı oluşturulur. Bu plak ortadan kenara doğru uzayarak iki hücrenin ayrılmasını sağlar.

Ayrıca bitki hücrelerinde sentrozom bulunmadığından iğ iplikleri sitoplazmadaki proteinlerden oluşan iki hücre kalıtsal madde bakımından tamamen aynıdır. Belki stoplazmanın miktarından kaynaklanan hücre Büyüklükleri kısmen farklı olabilir veya organellerin dağılımı eşit olmayabilir.

Bir canlının değişik doku ve organlarında mitoz oranları farklıdır. Genç bireylerde hücreler 20 dakikaka da bir bölünebilirler. Bitkilerin gövde, dal ve kök uçlarında meristem dokusu çok hızlı mitoz geçirirken, bir çok dokusu hiç bölünmez.

Hayvanlarda epitel doku hızlı bölünürken, kemik hücreleri çok yavaş bölünür. Sinir hücreleri ise belli bir zamandan sonra hiç bölünmez. Mitoz hızı canlının yaşlanmasıyla da değişir. Embriyo ve gençlik döneminde mitoz en hızlıdır. Gelişme tamamlandıktan sonra belli bir süre sabit hızla devam eder. Yaşlanma başlayınca mitoz hızıda düşer. Yaşlıların yaraları bu yüzden geç iyileşir.

MAYOZ BÖLÜNME :
Eşeyli üreyen canlılarda, eşey hücrelerinin (gametlerin) oluşumunu sağlayan özel bir bölünme şeklidir. Mayoz geçirerek hücreler mutlaka diploid (2n) olmalıdır. Mayozun esas görevi, haploid hücreler olan gametlerin oluşumunu sağlamaktır. İstisna olarak su yosunları, diğer çiceksiz bitkiler plazmodyum ve bazı omurgasız hayvanlarda mayozla oluşan hücrelere gamet olmayıp, sporlar yada diğer haploid hücrelerdir. Çünkü bunlar döllenemezler, tek başlarına gelişerek gametleri oluşturacak ara bireyleri meydana getirirler. Mayoz geçirerek hücreler üreme organlarındaki diploid eşey ana hücrelerdir. Mayoz bir hücrenin arka arkaya iki defa bölünmesiyle gerçekleşir ve sonuçta dört yeni hücre oluşturulur. Dolayısıyla mitozda bahsettiğimiz Profaz , Metafaz, Anafaz ve Telofaz safhaları mayozda iki defa gerçekleşir. Bu bölünmelerden birincisi esas mayoz olup, ikincisi mitoz gibi gerçekleşir.

I. MAYOZ :
Oluşacak hücrelerin ge dizilişi ve kromozom sayısı bakımdan değişikliğe uğraması bu bölünmede olur. Bölünme başlamadan önceki interfaz evresi mitozdaki gibi gerçekleşir.

Profaz I :
En önemli ve uzun safhadır. Eşlenmiş kromatin iplikler sentromerlerin den birbirlerine tutunmuş durumdadırlar. Bu eşlerin her birine kardeş kromotitler denir. Bu safhada eşlenmiş kromotinler kısalıp kalınlaşarak kromozomları meydana getirirler. Her kromozomda iki tane kromatid vardır.

Profaz-I sonunda çekirdekçik ve çekirdek zarı kaybolmuş, sentrozomlar kendini eşleyerek zıt kutuplara çekilmiş durumdadır. Bu safhada eşlenmiş homolog kromozom çiftleri yanyana gelerek tetrat denilen 4 kromotidli yapıları oluştururlar. Bunlar her mayoz da olur. Kromaditlerin birbirlerine sarılmasına sinapsis denir. Bir türün mayozdaki tetrat sayısı normal(diploid) kromozom sayısının yarısı kadardır (insan hücresinin mayozunda 23 tetrat oluşturulur). Kısa bir süre sonra sinapslar çözülür ve homolog kromozom çiftleri ayrılarak bölünmeye devam edilir.

Çoğu zaman, tetrat esnasında ,sinaps yapan komaditler arasında parça (gen) değişimi olur. Buna Krossingover denir. Bu alış veriş kardeş olmayan kromaditler arasındadır. Her mayozda sinapslar oluşur ama krossingover olmayabilir. Krossing-over mayoz bölünmenin en önemli olaylarından birisidir. Çünkü bu olayla genlerin kromozomlar üzerindeki Diziliş sıraları değiştirilmektedir. Bunun sonucundaise oluşan gametlerin çeşidi daha da rtmaktadır. Böyle gametlerin döllenmesiyle de oluşan bireylerde daha fazla kalıtsal çeşitlilik sağlanmaktadır.

Metafaz I:
Bu safha mitozdaki metazfazdan biraz farklıdır. Mitozda eşlenmiş kromozomlar bir sıra halinde, ekvator bölgesinde dizilirlerdi. Burada ise iki sıra halinde dizilirler. Homolog kromozomlar sıralanırken karşı karşıya gelirler.

Anafaz I :
Bu safhada mitozda bölünmede olduğu gibi kromatid ayrılması olmaz. Mitozun anafazında kardeş kromotidler ayrılırdı. Burada ise homolog kromozomlar (eşlenmiş haliyle) biri bir hücreye, diğeri öbür hücreye gidecek şekilde ayrılır Yani homolog kromozom ayrılması gerçekleşir.

Mayoz bölünme sonucunda kalıtsal yapısı farklı hücrelerin oluşmasını sağlayan esas olay budur. Bir mayozda krossing-over olmasa da kalıtsal çeşitlilik sağlanır.

Telofaz I:
Mitozdakinden farklı değildir. Çekirdek zarları ve çekirdekçik oluşarak, sitoplazma bölünür. Burada oluşan kik hücre haploid (n)dir. Çünkü başlangıçtaki hücrenin homolog kromozomlarından birer tanesinin bulundurur. Ancak kromozomlar eşlenmiş olduğu için iki kromadidli haldedir. Yani DNA miktarı olarak 2n denilebilir. Kısa süren Telofaz I den olarak Mayoz II başlar.

II. MAYOZ :
Normal bir mitoz gibi gerçekleşir. I. mayozdan daha kısadır.İki bölünme arasında interfaz olmadığı için DNA lar bir daha eşlenmez. Sadece sentrozom eşlenmesi gerçekleşir.

Başlangıçta 2n kromozomlu (diploid) olan hücreden bu bölünmenin sonunda kromozomlu (monoploid) 4 hücre oluşur .

Bu hücreler ana hücreden kromozom sayısı yönüyle farklı oldukları gibi, kromozom yapısı yönüyle de ana hücreden hem de birbirlerinden farklıdırlar.

Mayozla yumurta oluşurken hücrelerin stoplazma miktarı da farklı olabilir. Buraya kadar öğrendiklerimizi dikkate alırsak, eşeyli üremeyle çeşitlilik oluşturulması şu faktörlerle açıklayabiliriz.
* Mayoz-I de krossing- overin olması,
* Mayoz-I de homolog kromozomların ayrılması,
* Mayoz sonucu haploid hücrelerin oluşturulması,
* Döllenme ile iki yeni hücrenin birlşetirilmesi,

Bunlara ilave olarak, gametler farklı bireyler tarafından meydana getirilir veya yabancı döllenme (yabancı tozlaşma) gerçekleştirilirse kalıtsal çeşitlilik daha da artmış olur.
Mayozun hem birinci, hem de ikinci bölünmelerinin de gerçekleşen ortak olaylar vardır.

Bunların en önemlileri:
* Hücre sayısının artması
* Sitokinezin gerçekleşmesi
* Sentrozomun eşlenmesi olarak sayılabilir.

DNA eşlemesi, tetrat ve sinapsların oluşturlması, krossin-over ve homolog kromozomların ayrılması sadece I. Mayozda; kardeş kromatidlerin ayrılması sadece II. Mayozda gerçekleşir.

Krossing – Over:
Mayozun ilk bölünmesinin I. Profaz safhasında gerçekleşir. Tetrat sırasında, sinapsis yapan, kardeş olmayan kromatidler arasındaki gen değişimidir. Her sinapsista olmayabilir Kromozomlar üzerinde dizili bulunan genler birbirine ne kadar uzak ise, bu genlerin krossing- over ile değiştirilme ihtimali o kadar çoktur.

Mayoz bölünme şeklindede görüldüğü gibi, krossing over ile genlerin yapısı değişmez. Sadece kromozomlar üzerindeki diziliş sırası değişir. Bir kromozom çiftinin bir yerindeki gen değişimi olabileceği gibi bir çok yerinde de olabilir. Bu olaylar sonucunda oluşacak gamet çeşidi artar. Böylece mayoz ve döllenmeyle oluşturulan kalıtsal çeşitlilik, krossing –over ile biraz daha artmış olur. Mitoz bölünmeyle Mayoz bölünme arasındaki farklar aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Su yosunlarının çoğunda döllenmeyi mayoz izler.Yani zigot mayoz geçirir.
Çiçeksiz bitkilerin çoğunda mayoz, gametlerin değil sporları oluşturur.
Erkek arılarda ve çiçeksiz bitkilerin haploid gametofitlerin de gametler mitozla oluşur.