Mitoz ve Eşeysiz Üreme

Hücre Bölünmesi: Giriş

Hücreler sahip oldukları genetik bilgiyi bölünerek yeni hücrelere aktarırlar. Belirli büyüklüğe gelen ve hücre döngüsünü tamamlayan her hücre bölünür. (Not: Bölünme özelliğine sahip olmayan hücreler -örneğin insanda bulunan sinir hücresi- hücre döngüsünü tamamlamaz, bu sayede de bölünemezler)

Hücreleri bölünmeye yönelten temel etkenler şunlardır:

• Yüzey hacim oransızlığı (hacim arttıkça hücre zarına yapılan basınç artar).
• Çekirdek,  sitoplazma oransızlığı (sitoplazma arttıkça dna’nın hücreyi kontrol etmesi zorlaşır).
• Hormonlar ve kanserojen maddeler (Örnek: Bitkilerde sitokinin hormonu, insanlarda östrojen hormonu; hücreleri bölünmeye teşvik eder).

Hücre bölünmeleri; mitoz bölünme ve mayoz bölünme olmak üzere ikiye ayrılır.

Mitoz Bölünme

Bir hücrenin bölünerek aynı genetik özelliklerde yeni hücreler oluşturmasına mitoz bölünme denir. Mitoz bölünmeyle çok hücreli canlılarda; büyüme, gelişme, yaraların onarımı gibi olaylar görülür. Aynı zamanda mitoz bölünme tek hücreli canlılar için üremek (çoğalmak) demektir. Mitoz bölünme, insanlarda belli bir büyüklüğe erişinceye kadar çoğu hücrede (örneğin sinir hücreleri bölünmez) ve bazı hücrelerde (kemik iliği vb.) hayat boyu devam eder.

Kısaca, mitozda her hücrenin çekirdeğinde kromozomlar kendini eşler. Eşler, ana hücrenin bölünmesiyle oluşan iki yavru hücreye verilir. Böylece ana hücreye benzeyen, diploid sayıda (2n) kromozomlu iki yavru hücre meydana gelir.

Not: Mitoz bölünme sadece 2n kromozomlu hücrelerde görülmemektedir. Mitoz bölünme geçiren hücreler 3n-2n-n veya başka bir genetik yapıya sahip olabilir. Mitoz bölünmenin belirleyici özelliği oluşan yeni hücreler arasında (normal şartlar altında) kalıtsal farklılık oluşmamasıdır.

Mayoz Bölünme

Mayoz bölünme eşeyli üreyen canlılarda görülür. Amacı tür içi kalıtsal çeşitliliği arttırmak ve kromozom sayısını sabit tutmaktır. Üreme ana hücreleri mayoz bölünme geçirdikten sonra üreme yeteneği kazanırlar. Sprem, yumurta, polen gibi üreme hücrelerinin oluşmasını sağlar.

Mitoz Bölünme

Bir hücrenin bölünerek aynı genetik özelliklerde yeni hücreler oluşturmasına mitoz bölünme denir. Mitoz bölünmeyle çok hücreli canlılarda; büyüme, gelişme, yaraların onarımı gibi olaylar görülür. Aynı zamanda mitoz bölünme tek hücreli canlılar için üremek demektir. Mitoz bölünme, insanlarda belli bir büyüklüğe erişinceye kadar çoğu hücrede (örneğin sinir hücreleri bölünmez) ve bazı hücrelerde (kemik iliği vb.) hayat boyu devam eder.

Mitoz bölünme, hücre döngüsünün bir parçasıdır.

Hücre Döngüsü

Hücre döngüsü bir hücrenin bölünmeye başlamasından itibaren diğer hücre bölünmesine kadar geçen zaman aralığına denir. Hücre döngüsünün büyük bir kısmı interfaz (hazırlık) evresinde; geriye kalan kısım ise bölünme evresi, çekirdek evresi ve sitoplazma bölünme evresinden oluşur. Hücre döngüsü interfaz ve mitotik evre olamak üzere 2 ana kısımdan oluşur.

1) İnterfaz Evresi

İnterfaz evresi yeni bölünmüş bir hücrenin, çekirdek bölünmesine kadar geçirdiği bir hazırlık evresidir. Çoğu hücreler yaşamlarının %90’ı interfaz evresinde geçirirler.

Hücreler bir sonraki bölünmeyi gerçekleştirebilmek için; gerekli büyüklüğe ve gerçekleşecek tepkimelerin enerjisi için çok sayıda depo ATP’ye ihtiyaç duyar. Hücreler bu ihtiyaçlarını interfaz evresindeki belirli adımlarda tamamlarlar. İnterfaz evresi G1 S ve G2 olmak üzere üç aşamada gerçekleşir.

G1 evresi özellikleri

• Organel sayısı artar, atp sentezi hızlanır ve protein sentezi artar. Bu evrede hücrenin metabolizma hızı yükselir.
• Hücre bölünme evrelerinin sürece en uzun evresidir.
• Hücre hacimce büyür.
• Bu evrede, hücre yeterli büyüklüğe ulaşıp ihtiyacı olan atpyi ürettikten sonra, hücreye bölünme komutu verilir ve hücre geri dönüşümü olmayacak bir şekilde bölünmeye başlar.

S evresi özellikleri

• DNA’ nın eşlendiği ve kromatin sayısının iki katına çıktığı evredir.
• Protein sentezinin en yoğun şekilde gerçekleştiği evredir.
• Sentrozomların eşlenmesi emri bu evrede verilir.
• DNA’lar sorunsuz bir şekilde eşlendikten sonra hücre bir sonraki evreye geçer.

G2 evresi özellikleri

• Bölünme ile ilgili enzimler sentezlenir.
• Organel sayısı artırılır.
• DNA sentezi durmuştur ancak RNA sentezi devam eder.
• G2 evresinde hücre bölünme hazırlığı tamamlanmış olur.

2) Mitotik Evre

Ana hücrenin bölünerek iki yeni hücre oluşturmasına mitoz denir. Mitoz, bütün canlılarda görülen bir bölünme şekli olmakla birlikte, tek hücrelilerde çoğalmayı, çok hücrelilerde ise genel olarak büyüme, gelişme ve yaraların onarılmasını sağlar. Profaz, metafaz, anafaz ve telofaz olmak üzere dört aşamada gerçekleşir.

Karyokinez (Çekirdek Bölünmesi)

İnterfaz evresi bittikten sonra hücre çekirdek bölünmesi evresine girer. Şu anda mitoz bölünme işlediğimiz için bu evreyi mitotik evre diye adlandırabiliriz. Mitoz; profaz, metafaz, anafaz ve telofaz (PMAT) olmak üzere dört evreden oluşur.

Profaz: Adından da anlaşılacağı gibi mitozun ilk evresidir. İnterfazda eşlenmiş durumdaki kromatinler kısalıp kalınlaşarak kromozoma dönüşürler. Çekirdek zarı, çekirdekçik ve organeller eriyerek tamamen kaybolur. Kromozomlar ekvatoral bölgeye hareket etmeye başlarlar.

Metafaz: İğ ipliklerine tutunmuş kromozomlar, hücrenin ortasına dizilir. Kromozomların en belirgin olduğu evredir. Kromozomlar tek tek sayılabilir, incelenebilir, fotoğraflanabilir.

Anafaz: İğ ipliklerinin boyları kısalır, böylece kardeş kromatitler birbirinden uzaklaşarak zıt kutuplara hareket ederler. Kardeş kromatitler ayrıldıkları için kromozom olarak adlandırılırlar. Bu evre tamamlandığında hücrenin her iki kutbunda da eşit sayıda kromozom bulunur.

Telofaz: Profaz evresinde eriyen çekirdek zarı, çekirdekçik ve organeller yeniden oluşmaya başlar. Kutuplara çekilen kromatitler çekirdek zarının içine girerler. Kısaca bu evrede profazda olan her şeyin tam tersi olur. Genellikle bu evre ile birlikte sitoplazma bölünmesi gerçekleşir.

Sitokinez (Sitoplazma Bölünmesi)

• Sitoplazmanın bölünmesi olayına sitokinez denir. Sitokinez bitki ve hayvan hücrelerinde farklı gerçekleşir.
• Hayvan hücrelerinde sitokinez, sitoplazmanın boğumlamasıyla gerçekleşir. Bitki hücrelerinde hücre zarının etrafında selülozdan oluşmuş hücre çeperi olduğundan boğumlanma gerçekleşemez. Sitoplazmanın ekvatoral düzleminde golgi organelinin etkisiyle orta lamel (ara lamel,hücre plağı) denilen yapı oluşur. Bu yapı oluştuktan sonra üzerine hücrenin sentezlediği selüloz eklenir ve çeper oluşumu tamamlanmış olur.
• Hayvan ve Bitki Hücrelerindeki Bölünme Farklılıkları
• Hayvan hücrelerinde sitoplazma boğumlanarak bölündüğü halde bitki hücresinde orta lamel (ara lamel) oluşumuyla gerçekleşir.
• Bitki hücresinde iğ ipliklerini sitoplazma hazırlarken hayvan hücrelerinde bunu sentrozomlar yapar.

Hücre Döngüsünün Kontrolü

Hücrelerde, hücre döngüsünün farklı evrelerinde kontrol noktaları vardır. Bu kontrol noktaları evrelerin amaçlarını yerine getirmesinde büyük rol oynar. Bu kontrol noktaları G1, G2 ve M kontrol noktalarıdır.

    G1 kontrol noktası;

• Hücrenin yeteri kadar büyüyüp-büyümediği ve DNA’ da hasar olup-olmadığı kontrol edilir.
• Hücre yeteri kadar büyümüş ise ve DNA’ da hasar yoksa devam et sinyali verilir; böylece S evresi başlar.

    G2 kontrol noktası;

• Hücrenin büyüklüğü ve DNA hasarı kontrol edilir
• DNA kendini eşlerken hata veya hasar meydana gelmişse bu hatalar giderilene kadar hücre döngüsü durdurulur.
• Hata yoksa hücre çekirdek bölünmesine başlar.

    M kontrol noktası

• Metafaz evresinde gerçekleşir.
• İğ ipliklerinin, kromozomların kinetokorlarına bağlanıp-bağlanmadığı kontrol edilir.
• İğ ipliklerinin kromozomlara bağlanmasında hata yoksa devam et sinyali verilir.

Hücre döngüsünün doğru işleyebilmesi için kontrol noktalarında işlevsel bazı moleküller vardır. Bunlar siklin ve siklin bağımlı kinazladır. Bu moleküllerin miktarındaki ve aktivitelerindeki değişim hücre döngüsündeki olayların hızını belirler. Siklin bağımlı kinazlar çoğu zaman inaktif olan sabit derişimli moleküllerdir. İnaktif olan siklin bağımlı kinazlar siklinlerle bağlanarak aktifleşir. Böylece oluşan sinyallerle döngünün başlaması ve sürdürülmesi sağlanır.

Hücre Bölünmesinin Kanserle İlişkisi

Hücrelerin hücre döngüsüne uymayarak kontrolsüzce çoğalmasına ve büyümesine kanser denir. Kanser dış etkenlerle meydana gelebileceği gibi DNA’nın doğal olarak hasar görmesiyle de oluşabilir.

Kanser hücresi, dokunun sağlıklı oluşması için gönderilen ve sağlıklı hücrelerin bölünmesini durduran (veya yavaşlatan) sinyallere yanıt vermez. Bu yüzden kanserli doku erken teşhis edilmezse dokuda işlev bozukluğu meydana gelebilmektedir.

Kanserli hücreler, sağlıklı hücrelerden ayrılabilirler ve bu sayede pek çok kanser hücresi bağışıklık sistemi hücreleri tarafından düzenli olarak taranmakta ve yok edilmektedir. Aşağıdaki görselde bu durumu görebilirsiniz.

Dokularımızı oluşturan vücut hücreleri büyüme, yaraların onarılması ve yenilenme amaçlarıyla düzenli olarak bölünür. Ancak bu bölünme yeterli düzeye ulaştığında bölünme durdurulur. Doku hücreleri birbirinin bölünmesini kontrol eder. Yani komşu hücreler bölünmek üzere uyarılabilir ya da bunların bölünmeleri engellenebilir.

Tümör

Her hücre, hayatı boyunca belirli sayıda bölünebilir. Sağlıklı hücrelerde bölünme kontrol altındadır. Kanser hücrelerinde ise bölünme kontrolsüz ve süreklidir. Kanser hücreleri bölünerek hücre yığınları (tümör) oluşturur. Oluşan tümörler, doku ve organları sıkıştırabilir veya diğer doku ve organların hücreleri arasına yayılabilir. Kanser hücrelerinin oluşturduğu iyi huylu ve kötü huylu tümör olmak üzere iki çeşit tümör vardır.

İyi Huylu Tümör

Sadece bulunduğu yerde büyüyen ve diğer dokulara yayılmayan tümör çeşididir. İyi huylu tümör hastalığında hastalık tedavi edildikten sonra kanserin tekrarlama olasılığı kötü huylu tümöre göre daha düşüktür.

Örneğin iyi huylu beyin tümörlerinde cerrahi tedavi ile tümör genellikle %90’ların üzerinde tamamen çıkarılır. Tedaviden sonra bir daha tümör oluşumu neredeyse hiç olmaz.

Kötü Huylu Tümör

Belirli bir aşamadan sonra diğer doku ve organlara yayılan tümör çeşididir. Kanserin diğer organlara yayılmasına metastaz denir.

Kanser Tedavisi

Kanser, oluştuğu doku ya da organa göre adlandırılır. Örneğin beyinde oluşan kansere “beyin kanseri” denir. Kanser tedavisinde,

• radyoaktif ışınlar,
• kimyasal maddeler – kemoterapi,
• cerrahi

gibi yöntemler kullanılır.

Dünya sağlık örgütünün istatistiklerine göre 2017 yılında ölen her 6 kişiden 1’inin ölüm nedenini kanser hastalığı oluşturmaktadır. Aynı veriye göre kanser hastalığı 2. en çok ölüme sebebiyet vermiş hastalıktır. (kaynakça: https://ourworldindata.org/causes-of-death)

Kanserin dünya genelinde çok sayıda ölüme sebebiyet veren hastalık olmasından ötürü sayısız bilim insanı bu konu üzerine çalışmalar yapmaktadır. Bu çalışmalar sonucunda yeni tedavi yöntemleri keşfedilmekte ve denenmektedir. Ancak yine de (bütün kanser çeşitlerini kapsayan) kanserin kesin tedavisi günümüzde bulunamamıştır.

Kanserin Nedenleri

Kansere sebep olan etmenler arasında sigara, alkol, kozmetik ürünler, radyasyon, uzun süre güneş ışınlarına maruz kalmak, hava kirliliği gibi faktörler yer almaktadır. Ancak tam olarak kanserin neyden kaynaklandığı kişiden kişiye göre değişiklik göstermektedir.

Kanserle mücadelede erken tanı, tedaviyi kolaylaştırır. Bu nedenle sağlık taramaları çok önemlidir.

Eşeysiz Üreme

Eşeysiz üreme tek bir organizmadan yalnızca bu organizmanın genlerini alarak yeni bir canlı oluşmasına denir. Yani eşeysiz üremede; sperm, yumurta, tohum, embriyo ve döllenme gibi eşeyli üreme kavramları kullanılmaz. Eşeysiz üreme; bölünerek, tomurcuklanarak, sporla, vejatatif, rejenerasyon ve partenogenez olmak üzere 6 grupta incelenir.

Eşeysiz üremede;

• Çeşitlilik olmaz.
• Mitoz ile gerçekleşir.
• Oluşan bireylerin, değişen çevre koşullarında karşı uyum yetenekleri azdır.
• Eşeyli üremeye göre çok daha hızlı gerçekleşir.
• Eşeysiz Üreme Çeşitleri

1) Bölünerek Üreme

Tek hücreli canlıların, mitoz bölünme sayesinde ikiye bölünerek gerçekleştikleri üreme yöntemidir. Bakteriler, mavi-yeşil alg’ler ve protista grubu canlıların (Amip, Öglena vb.) çoğunda görülür. Bölünme sonucunda oluşan yeni hücrelerin kalıtsal metaryalleri değişmeden 2 hücreye de aktarılır. Ancak oluşan yeni hücrelerin sitoplazma miktarları veya organel sayıları değişiklik gösterebilir.

2) Tomurcuklanarak Üreme

Ana canlının yeterli olgunluğuna erişen bireylerinin yeni bir çıkıntı oluşturması ve bu çıkıntının gelişerek yeni bir canlıyı oluşturmasına tomurcuklanarak üreme denilir.

Oluşan bu yeni canlı, ana canlıdan bağımsız yaşayabildiği gibi ana canlı ile birlikte koloniler halinde de yaşayabilir.

Tomurcuklanarak üreme, bir hücreli canlılardan bira mayası, çok hücreli canlılardan hidra, bitkilerden de ciğer otlarında görülür.

3) Sporla Üreme

Sporla üremede sporlar rol oynar. Sporların etrafı kalın bir örtüyle kaplıdır. Bu sayede sporlar çevre şartlarına karşı oldukça dayanıklıdır. Çevre şartları uygun kriterleri sağlayınca sporlardan yeni bir canlı meydana gelir ve böylece üreme gerçekleşir.

Sporla üreme sıtma paraziti gibi bazı protistalarda, bazı bir hücrelilerde, mantarlarda ve eğrelti otları, su yosunları ve kara yosunları gibi çiçeksiz bitkilerde görülür.

Sporla üremede rol oynayan sporlar, mantarlar gibi haploit (n kromozomlu) canlılarda mitoz bölünmeyle, çiçeksiz bitkiler gibi diploit (2n kromozomlu) canlılarda mayoz bölünmeyle meydana gelir. Sporlar n kromozomludur.

4) Vejetatif Üreme

Bir bitkiden kopan bir parçanın, uygun koşullarda gelişerek; yeni bir bireyi meydana getirmesine vejetatif üreme denir. Genellikle yüksek yapılı çiçekli bitkilerde görülen eşeysiz üreme şeklidir. Vejetatif üreme çeşitlerinden yararlanılarak ata canlı ile aynı kalıtsal özellikte fertler elde edilebilir. Elde edilen canlı ortam koşullarına uyum sağlamakta (eşeyli üreme ile oluşan bireylere göre) zorlanabilir.

Çekirdeksiz üzüm, muz, portakal, mandalina, kavak, söğüt gibi bitkiler vejetatif üreme gerçekleştirir.

Vejetatif Üremenin Zirai Kullanımı

Zirai üretimde vejetatif üretimin kullanım amaçları şunlardır:

• Üretimi hedeflenen bitkilerin kalıtsal özelliklerini koruma
• Tohumla üretimi zor olan bitkileri üretme
• Bitkilerin üretim hızını artırma
• Nesli tükenmekte olan bitkileri üretme
• Tohum oluşturamayan bitkilerin üretimini yapma

Vejetatif Üremenin Çeşitleri

Vejetatif üreme; çelikle, yumru gövde ile, soğanla ve sürünücü gövde olmak üzere 4 şekilde gözlemlenir.

Çelikle Üreme

Bitkilerin dal ve kök parçalarından yeni bitkilerin üretilmesine çelikle üretim denir. Nemli toprakta ya da suda bir süre bekletilerek köklendirilen bitki parçalarından yeni bitkiler üretilir.

Yumru Gövde ile Üreme

Patates ve yer elması gibi bitkilerin yer altı gövdelerindeki gözlerden yeni yumruların ve bitkilerin oluşmasına yumru gövde ile üreme denir.

Soğanla Üreme

Kalın gövde uzantılarına soğan denir. Soğanlar toprak altında uzayarak saçak kök oluşturur. Bitki olgunlaştığında, vejetatif olarak toprak altında yeni soğanlar oluşturur. Genellikle sarımsak, soğan, muz, zambak, salep ve safran gibi tek çenekli bitkiler bu yolla ürer.

Sürünücü Gövde ile Üreme

Ana gövdeden gelişen dalların veya gövdenin üzerindeki gözlerin toprakla teması sonucunda köklenme ile yeni bitkilerin oluşmasına sürünücü gövde ile üreme denir. Çilek, sarmaşık ve üzüm gibi bitkilerde görülür.

5) Rejenerasyonla Üreme

Bir canlıdan kopan bir parçanın, eksik olan kısımlarını tamamlayarak yeni bir bireyi meydana getirmesine rejenerasyon (yenilenerek) ile üreme denir.

6) Partenogenez

Döllenmemiş yumurtanın gelişerek yeni bir bireyi meydana getirmesine partenogenez denir. Partenogenez; arılarda, karıncalarda, yaprak bitlerinde, su pirelerinde, bazı çekirgelerde, bazı kelebeklerde ve bazı kertenkele türlerinde görülür.

Arılarda Partegonez

Arılarda gerçekleşen partegonez yukarıdaki resimde verilmiştir. Sadece partegonez ile üreyen canlılar olduğu gibi; arılardaki gibi az sayıda üyesi partegonez ile oluşan canlılar da vardır.

Doğal ortamlarda canlının hayat süreci içinde gerçekleşen partenogeneze doğal partenogenez, deneysel uygulamalar sonucunda gerçekleşen partenogeneze ise deneysel partenogenez denir.