[Plâzma Membranı ve SitoplâzmaBu bölüm;• Yaşayan organizmalarda yapı ve fonksiyonun ayrılamaz bir bütün olduğunu,• Sitoplâzmik komponentlerin (membranlar, organeller ve inklüzyonlar) adını ve fonksiyonunu,• Her bir sitoplâzmik komponentin alt birimlerini ve bu alt birimlerin komponentin fonksiyonundaki rolünü,• Hücrenin fonksiyonları ve her bir komponentin bu fonksiyonlardaki rolü,• Sitoplâzmik komponentleri ışık ve elektron mikroskobik mikrofotoğraflarda tanımayı ve bu görüntüden yola çıkarak fonksiyonu hakkında fikir yürütmeyi,• Hangi fonksiyonu yapan hücrede hangi yapıların hakim olduğunu,• Fonksiyonun bozulmasıyla birlikte yapıda nasıl bir değişikliğin ortaya çıktığını,• Hangi fonksiyonel bozulmanın, hangi sitoplâzmik komponentle ilgili olduğunu,• Hücre farklılaşmasını,öğrenmenize yardımcı olacak.I. HÜCRENİN GENEL ÖZELLİKLERİA. Yaşamın Altbirimi: Hücre; tüm doku, organ ve organ sistemlerinde, yaşamın (ve hastalıkların) yapısal ve fonksiyonel birimidir. Her hücrenin kapasitesi ve bu kapasitenin sınırları, onun yapısında saklıdır. Bu nedenle, bir tıp öğrencisi, hücrenin kapasitesini ve bu kapasitenin sınırlarını kavrayabilmek için, hücrenin yapı ve fonksiyonunu bilmek zorundadır.B. Prokaryot ve Ökaryot Hücre: 2 temel hücre tipi vardır. Prokaryotik hücreler; tipik olarak küçük, çekirdek membranı, histonları ve membranöz organelleri olmayan, tek hücreli (ör. bakteriler) organizmalardır.Ökaryot hücreler, çok hücreli organizmaların başlıca hücreleridir. İnsan vücudunda, her biri ayrı bir fonksiyonu yerine getiren, birbirinden farklı yaklaşık 200 tip ökaryot hücre olmasına karşın, tümü için ortak özellikler verilebilir. Bu bölüm, ökaryotik hücrelerin temel yapısal ve fonksiyonel özelliklerini kapsar. İnsanın spesifik hücre tipleri diğer bölümlerde anlatılacaktır.C. Hücresel Komponentler: Ökaryotik hücrelerin 3 majör komponenti vardır:1. Hücre membranları (II), hücreyi çevresinden ayırır ve hücre içinde de belli fonksiyonları olan kompartımanlar (çekirdek, organeller) oluşturur. Dış hücre membranına, plâzma membranı ya da plâzmalemma denir.2. Karyoplâzma (çekirdek) (IV), membranla çevrilidir ve DNA içerir. DNA üzerinde, protein sentezi ve bu nedenle de hücrenin tüm aktiviteleri için gerekli olan genetik bilgi kodlanmıştır. Ayrıca, genetik kodun hangi bölümünün kullanılacağını saptayan ve kodlanmış bilgiyi sitoplâzmaya taşıyan komponantlere de sahiptir.3. Sitoplâzma (III), çekirdeği çevreler ve plâzma membranı tarafından çevrelenir. DNA direktiflerini dekodlayacak ve hücre aktivitelerini gerçekleştirecek yapı ve maddeleri içerir.Sitoplâzma ve karyoplâzmaya birlikte protoplâzma denir.D. Hücresel Fonksiyonlar: Yaşayan organizmaların çoğunda, 3 majör aktivite karakteristiktir; beslenme, büyüme ve gelişme ile çoğalma. Bu bölümde, bu aktivitelerin gerçekleştirilmesi için gerekli olan temel fonksiyonlar anlatılacaktır. Hücre fonksiyonlarının diğerleri ayrıntılı ve uygulamalı olarak diğer bölümlerde anlatılacaktır.II. HÜCRE MEMBRANLARIA. Biyokimyasal Komponentler:1. Lipidler, hücre membranında bulunan lipidler; fosfolipidler, sfingolipidler ve kolesteroldur. Bunlar içinde fosfolipidler (ör. lesitin), en çok bulunanıdır. Her fosfolipid molekülü bir polar (hidrofilik) fosfat içeren baş grubu ile bir nonpolar (hidrofobik) bir çift yağ asidi zincirine sahiptir. Membran fosfolipidleri, iki yapraklı bir tabaka oluşturacak şekilde düzenlenmişlerdir. Bu düzenlenişte, kuyrukları membranın merkezinde ve birbirine doğrudur. Ozmiyumla boyanmış preparatların elektron mikroskobik görüntüsünde; tek bir membran (ünit membran), koyu boyanmış 2 tabaka arasında açık boyanmış bir tabaka şeklinde görülür. Bu trilaminer görüntü, indirgenmiş ozmiyumun hidrofilik baş grubunda birikimi nedeni ile olabilir.2. Proteinler, membran ağırlığının %50 den fazlasını oluştururlar. Membran proteinlerinin büyük bir bölümü globulardır ve aşağıdaki gruplardan birisine dahildirler:a. İntegral membran proteinleri, lipid tabakası içine sıkıca yerleşmişlerdir ve bunları çıkartmak için deterjan gereklidir. Hidrofilik amino asitleri, membran fosfolipidlerinin fosfat grupları ile, hidrofobik amino asitleri ise, yağ–asidi kuyrukları ile temas edecek şekilde kıvrılmışlardır. Bazıları, membranın yalnızca bir yüzeyinden dışarıya doğru çıkmışlardır. Transmembran proteinleri denilen bir diğer grubu ise membranı tüm kalınlığı boyunca geçip, her iki yüzeye doğru da çıkıntı yaparlar. Protein–3–tetramer gibi bazı membran proteinleri, hidrofobik bölgelerinde, su ve suda eriyen maddeler için bir pasaj oluşturarak, hidrofilik kanallar gibi görev görürler.b. Periferal membran proteinleri, membranın dış ya da iç yüzeyine gevşekçe tutunmuş, bazıları globular (küremsi), bazıları ise filamentöz (ipliksi) proteinlerdir. Ör.; eritrositlerde, sitoplâzmik yüzeyde bulunan spektrin, membran bütünlüğünün sürdürülmesine yardımcı olur. Ankirin, spektrin'i, protein–3–tetramer'in sitoplâzmaya bakan bölümüne bağlar.3. Karbonhidratlar plâzma membranında başlıca, membran glikoproteinleri ve glikolipidlerinin yarımlarını oluşturan oligosakkaritler şeklinde bulunurlar. Membran oligosakkaritleri, karakteristik olarak, hücrenin dış yüzeyinden uzanan dallı bir yapıya sahiptirler ve glikokaliks (hücre kılıfı) adı verilen yüzeyel bir kılıf oluştururlar.B. Membran Organizasyonu: Yaygın olarak kabul gören sıvı mozayik modele göre, biyolojik membranlar; “lipid denizinde yüzen protein buzdağları.” şeklinde tanımlanırlar. İntegral proteinler, lateral olarak hareket edebilirler ve ilişkili oldukları periferal proteinler, sitoplâzma içinde bulunan sitoskletal (III.I) elemanlar, komşu hücrenin membran komponentleri ile ekstrasellüler matriksin komponentleri tarafından saptanan yeniden düzenlenmeye uğrayabilirler. İntegral proteinler, (hareket açısından) bir yere fikse değillerdir. Bazen membranın her tarafına dağılırlar, bazen de, membranın belli bir yerinde toplanarak protein kepi oluştururlar.C. Membran Fonksiyonları:1. Seçici geçirgenlik Hücre membranı, hücrenin ya da hücre organellerinin iç ve dış ortamları arasında etkili bir bariyer oluşturur. Böylece; zararlı maddelerin girmesini, makromoleküllerin dağılmasını ve enzim ile substratların dilüe olmasını engellerler. Bununla beraber, membranlar seçici geçirgenlik gösterirler. Bu özellik, hücrenin yaşamını devam ettirebilmesi için gerekli olan, fonksiyonel denge ya da homeostazı sürdürmesinin temelidir. Homeostatik mekanizmaların sürdürülmesi; intrasellüler iyon, su, enzim ve substrat konsantrasyonlarının, hücre membranı tarafından optimum düzeyde tutulmasına bağlanabilir. Seçilmiş moleküllerin geçişini sağlayan üç mekanizma vardır.a. Pasif difüzyon Belli maddeler (ör. su), konsantrasyon gradientine bağlı olarak, membranı her iki yönde geçebilirler. Pasif difüzyon için enerji gerekli değildir.b. Kolaylaştırılmış difüzyon Belli moleküller (ör. glikoz), bir membran komponentinin yardımı olmadan, membranı serbestçe geçemez. Kolaylaştırılmış difüzyon çoğunlukla tek yönlüdür, konsantrasyon gradientini izler ve enerji gerektirmez.c. Aktif transport Bazı difüzyon yeteneğinde olmayan moleküller, konsantrasyon gradientini izleyerek ya da ona karşı olarak membranın her iki tarafına doğru geçebilirler. Böyle bir hareket için enerji, genellikle de ATP gereklidir. Aktif transporta örnek, sodyum pompası (Na*/K* –ATPaz) dır. Bu pompa, hücre dışındaki sodyum konsantrasyonu, hücre içindekinden fazla bile olsa, sodyum iyonlarını hücre içinden, hücre dışına pompalayabilir.2. Sinyal transdüksiyonu Hücre yüzeyinde, sinyal moleküllerine (ör. nörotransmitterler, peptid hormonlar, büyüme faktörleri) güçlü bağlanma afinitesi olan membran reseptör proteinleri bulunur. Reseptörün spesifik olarak bağlandığı sinyale ligand denir. Reseptör, kendi sinyal molekülüne bağlandıktan sonra, sinyali hücre membranından hücre içine taşır. Bu olaya sinyal transdüksiyonu denir ve bu iletide bilinen üç reseptör sınıfı vardır:a. İyon kanalına bağlı reseptörler (transmitter kapılı iyon kanalları) plâzma membranını birkaç kere kateden (geçen) uzun proteinlerdir. Bir nörotransmitter (ligand olarak) hücre yüzeyindeki reseptörüne bağlanarak biçimsel bir değişikliği indüke eder. Reseptörde oluşan bu biçim değişikliği sonucunda, transmembran iyon kanalı açılır (ya da kapanır). Ligantın bağlanması ve sonuçta kapının açılması kısa sürer, eski düzen yeniden alınır. Yeterince uzun (ya da yeterince şiddetli) süren bir sinyal, potansiyel değişikliğine bağlı olarak, membrandan yeterince iyonun geçebilmesi için ek kanallar açılmasına neden olur (voltaj kapılı iyon kanalları). Sinyalin eşik değere ulaşması, membran depolarizasyonunun sürekliliğini ve sinir hücresi yüzeyi boyunca yayılmasını sağlar.b. Enzime bağlı reseptörler hücre membranını bir kere geçen, bir enzime bağlı (genellikle bir protein kinaz) ya da kendisi kinaz aktivitesi gösteren transmembran proteinlerinin heterojen bir grubundan oluşurlar. Protein kinazlar, başka proteinleri de fosforilasyonla aktive ederler. Bu yolla, ligandın reseptörüne bağlanması, komplike bir enzim aktivasyonu başlatabilir.c. G–proteine bağlı reseptörler membrandan yedi geçiş yapan proteinlerden oluşurlar. Her reseptör farklı bir liganta bağlanır ve en önemli hedef proteine (bir iyon kanalı ya da enzim) sinyal bağlanmasının etkisi dolaylıdır. Bu olayda guanozin trifosfat (GTP) ya da G–protein aracılık eder. Reseptör kendisine ligantının bağlanmasıyla G–proteini aktive eder. G–protein kompleksi aktive olduktan sonra reseptörden ayrılarak GTP ye bağlı bölümün hedefini aktive etmesine olanak sağlar.3. Steroid hormon reseptör ailesi. Peptid hormonlar ve büyüme faktörlerinin büyük bir çoğunluğu sinyallerini hücre yüzey reseptörleri aracılığıyla hücre içine gönderirken, steroid hormonlar (ör. hidrokortizon, östrojen) retinoidler (A vitamini ile ilişkili bileşikler) ve D vitamini membrandan kolayca geçerek, nukleustaki reseptörlere bağlanırlar. Bu nuklear reseptörler, spesifik ligand bağlanan ve DNA bağlanan yerlere sahiptirler. Bu özellikleri sayesinde belli genleri aktive ya da inaktive edebilirler. Birçok hastalığın nedeninin defektli reseptörler olduğu kanıtlanmıştır. Örneğin, psödohipoparatiroidizm ve bir tip cüceliğin nedeni, paratiroid büyüme hormonu reseptörlerinin fonksiyonel olmamasıdır. Her iki durumda da hormonların kan düzeyleri normal olduğu halde, reseptörler normal olmadığı için hedef hücreyi etkileyemezler.4. Endositoz Hücre, endositoz adı verilen bir mekanizmayla, çevresindeki maddeleri yutup, etrafı membranla çevrilmiş bir vezikül halinde sitoplâzma içine alabilir.a. Fagositoz (hücrenin yemesi)da, hücre, büyük makromoleküller ya da tümüyle bir bakteri gibi erimeyen ekstrasellüler maddeleri yutar. Bu şekilde oluşmuş veziküle, fagozom denir.b. Pinositoz (hücrenin içmesi)da, hücre, içinde çeşitli eriyenler bulunan az miktardaki intersellüler sıvıyı yutar. Pinositotik veziküller genellikle fagozomlardan daha küçüktürler.c. Reseptör–aracılı endositoz da hücre, yabancı maddeyi, kendi yüzey reseptörü ile birlikte yutar. Ligandın reseptöre bağlanması, ligand–reseptör kompleksinin, kılıflı çukur içinde toplanmasını indüke eder. Kılıflı çukur, sitoplâzmik yüzünü klatrin adlı bir proteinin döşediği sığ bir membran çöküntüsüdür. Bu çıkıntının derinleşmesi ve koparak membrandan ayrılması, hücre içinde ligand–reseptör kompleksini taşıyan, kılıflı vezikül ün oluşmasını sağlar. Daha sonra, klatrin kılıf vezikülden ayrılır. Bu yeni kılıfsız veziküle endozom denir ve ligand reseptörden ayrılır. Endozom ya da CURL (compartment of uncoupling of receptor and ligand = çözülmüş reseptör ve ligand kompartımanı), tübül şeklini almaya başlar ve reseptörü ligandtan ayırarak 2 bölüme ayrılır. Reseptör plâzma membranına geri döner, ligand ise lizozomlara gider.5. Egzositoz Egzositoz, hücrenin maddeleri dışarıya çıkartmasıdır. Hücre bu işlemi, hem sekresyon ve hem de sindirilmemiş maddelerin ekskresyonu için kullanır. Membranla çevrili bir vezikül ya da salgı granülü, plâzma membranıyla birleşir ve içeriğini, plâzma membranını bozmadan, ekstrasellüler aralığa boşaltır. Antibiyotik ve diğer ilaçlar hastalık tedvisinde etkili olmalarına karşın, kandan hızla temizlenme gibi bir dezavantaja sahiptirler. Bunun sonucunda, sağlıklı hücreler ve mikroorganizmalar için toksik olabilirler. Bilim adamları bu problemi çözebilmek için, lipozom adı verilen fosfolipid keselerle ilgili olarak çalışmaktadırlar. Fosfolipidler bir ilaçla karıştırıldıklarında, onu çevreleyerek bir kese yaparlar. Lipozomların, içerdikleri ilaçları tedricen verdiklerine inanılmaktadır. Böylece kandaki düzeyleri uzun süre yüksek tutulabilmekte toksititeleri azaltılabilmektedir. Lipozomlar, hücre içine difüzyon ya da endositoz ile alınmaktadır. Bilim adamları, bu konuda bir adım daha ileri giderek, antikanser ilaçlarını, düşük yoğunluklu lipoprotein (DYL) partikülleri ile karıştırmışlardır. DYL partikülleri hücre içine reseptör aracılı endositozis ile girerler. DYL, naturel bir partiküldür ve bu nedenle de vücudun immün sisteminden kaçabilir. Böylece, DYL partikülleri, ilacını vermeden önce haraplanmaktan kurtulur.6. Kompartımantalizasyon Membranlar, suda eriyen maddelerin çoğu için seçici bir pasaj oluşturur. Sitoplâzmada çok sayıda membranla çevrili kompartımanlar (organeller) bulunur. Bunları her biri, eriyenlerinin yoğunluğuna bağlı olarak, farklı bir iç çevreye sahiptir. Bu kompartımantalizasyon, çok basamaklı biyokimyasal reaksiyonlarda, metabolik ara madde ve kofaktörlerin seyrelmesini önler ve duyarlı reaksiyonları ekstranöz maddelerin etkisinden korur.7. Metabolik işlemlerin spatiyotemporal organizasyonu Kimi hücresel membranlar (ör. mitokondri iç membranı, Golgi kompleksi), bir seri enzimler içerirler. Bu enzimler öyle düzenlenmişlerdir ki, çok basamaklı metabolik işlemlerde, ara maddeler, bir enzimden diğerine geçer. Enzimlerin spatiyal düzenlenişi, böylesi işlemlerin kronolojik sırasını sürdürür ve böylece aramaddelerin belli konsantrasyonlarda kalmalarını sağlar.8. Depolama, taşıma ve sekresyon Membranla çevrili veziküller, belli maddelerin intrasellüler işlemler sırasında izole edilmesini sağlarlar. Veziküller içindeki maddeler, ya ilerde kullanılmak üzere saklanabilirler (depolama), ya daha ileri işlemler için bir kompartımandan diğerine taşınabilirler (taşıma; Membran Akışı'na bakın), ya da hücreden dışarıya atılabilirler.D. Membran Akışı: Membranların bir organelden diğerine hareketine membran akışı denir ve organel fonksiyonunun genel bir özelliğidir. Membran, bir vezikül şeklinde bir organelden kopar, başka bir organelle birleşir. Böylece, belli bir organelde membran sentezi ya da yıkımı olmadan, membran miktarının değişmesi sağlanır.III. SİTOPLÂZMASitoplâzmik yapılar 3 gruba ayrılabilir. Organeller, membranla çevrili, enzim içeren ve kalıcı hücresel kompartımanlardır (ör. mitokondri). Her bir organel, farklı bir yapıya sahiptir ve farklı bir fonksiyonu yerine getirir. Sitoplâzmik inklüzyonlar, membranla çevrili olabilir ya da olmayabilirler, genellikle geçici olarak bulunurlar ve hücre metabolizmasına katılımları daha az aktiftir (ör. lipid damlacıkları). Sitoskleton, sitoplâzma içinde destekleyici bir ağ oluşturan proteinöz elementlerden oluşmuştur. Bu elementlerden bazıları (mikrotübüller), farklı sitoplâzmik yapıları da oluştururlar (sentrioller gibi).A. Mitokondri (mitokondriyon): En büyük sitoplâzmik organel olan mitokondriler, hücrenin enerji sağlayan yapıları (enerji santralları) dır.1. Yapı Yaklaşık bir bakteri büyüklüğünde (yaklaşık 2–6 µm uzunluğunda ve 0.2 µm çapında) olan mitokondri'lerin şekli değişiklik gösterir: Yuvarlak, ovoid, filamentöz biçimli olabilirler. Her mitokondri 2 ünit membranla çevrilmiştir.a. Dış mitokondriyal membran ın sınırları düzgündür ve kesintisiz; ancak, nispeten porlu bir örtü oluşturur. Çeşitli küçük moleküllere karşı serbest bir geçirgenliğe sahiptir.b. İç mitokondriyal membran por sayısı daha azdır ve bu nedenle de yarıgeçirgendir. Mitokondri'nin içine doğru uzanan, krista adı verilen çok sayıda kıvrımlar yapar. Mitokondriyal kristalar, birçok hücrede raf biçimindedir. Ancak, steroid sentezleyen hücrelerde kristalar tüp biçimlidir. İç membranın iç yüzü, F1 subünitler de denilen iç membran subünitleri (şekilleri nedeniyle lollipop da denir) ile döşelidir. Buralar, mitokondriyal ATPaz aktivitesinin olduğu yerlerdir. Ayrıca, mitokondriyal ribozomlar da iç yüzeye tutunmuşlardır. Mitokondriyal fonksiyonda önemli rolü olan enzimler ve kofaktörleri (ör. sitokromlar, dehidrogenazlar, flavoproteinler) içeren elektron transport sistemi de, iç membranın diğer komponentlerinin arasına yerleşmiştir.c. Mitokondriyal membranlar, membranla çevrili 2 tane boşluk oluştururlar. Bunlardan İntermembranöz aralık, iç ve dış membranlar arsında yerleşiktir ve krista içinde bulunan, intrakristal aralıkla devam eder. İnterkristal aralık ya da matriks aralığı denilen diğeri, iç membranla çevrilidir ve mitokondriyal matriksi içerir.d. Mitokondriyal matriks, su, eriyikler ve mitokondriyal kalsiyum–iyon yoğunlaşmasıyla ilgili olduğuna inanılan, matriks granülleri içerir. Ayrıca, bakterilerdekine benzeyen sirküler DNA ve mitokondriyal ribozomlar da bulunur. Matriks, çok sayıda, Krebs siklusu (sitrik asid siklusu, trikarboksilik asid siklusu), lipidlerin *–oksidasyonu ve mitokondriyal DNA sentezi gibi mitokondriyal fonksiyonlarla ilgili olan eriyebilir enzimleri de içerir.2. Fonksiyon Mitokondri, hücresel metabolitlerden elde edilen enerjiyi; ATP nin yüksek enerji bağlarında depolayarak, hücrenin, kimyasal ve mekanik çalışmaları için gerekli olan enerjiyi sağlar. ATP mitokondriden ayrılır ve depoladığı enerjiyi hücre içinde değişik yerlerde salar. Mitokondri, kendi DNA sını ve bazı proteinleri sentezler. Birleşme ya da tomurcuklanmayla, büyür ve çoğalır. Hızlı bir şekilde hareket edebilir ve şekil değiştirebilir. 1980'lerde Lynn Margulis, mitokondrilerin kökenini açıklayan endosimbiyoz (Gr. endon: içinde; symbionai: birlikte yaşamak, bir organizmanın diğer bir organizmanın içinde yaşaması biçiminde ortak bir yaşam) teorisini ileri sürmüştür. Bu teoriye göre; bundan 1.5 milyar ya da 700 milyon yıl önce, büyük olan bir prokaryot (olasılıkla ilk eukaryot), daha küçük olan bir prokaryotu fagosite etmiştir. Fagositozdan sonra küçük organizmayı sindirmemiş, onunla simbiyoz (Gr. sym: ile; bionai: yaşamak, iki hayvan, iki bitki ya da bir hayvan ile bir bitki arasındaki karşılıklı yaralanmaya dayanan beraberlik) bir yaşama girmiştir. Büyük organizma, küçük olandan (protomitokondriyon) ATP, küçük olan da büyük olandan uygun bir çevre ve ham madde sağlamaktadır. Hücre mitokondrisiz, mitokondri de hücre dışında yaşayamaz.3. Yerleşimi Mitokondri, hemen hemen tüm ökaryotik hücrelerde ve sitoplâzmanın her tarafına yayılmış durumda bulunur. Bununla beraber, çok fazla enerji gereksinimi olan hücrelerde ve hücrelerin çok fazla enerji gereksinimi olan bölgelerinde fazla miktarda bulunurlar. Fazla miktarda mitokondri içeren hücreye örnek, kalp kası hücresidir. Böbrek tübüllerini döşeyen epitel hücrelerinin, su ve iyonların aktif transportunun olduğu bazal yüzündeki membran kıvrımları arasında bol miktarda mitokondri bulunur. Mitokondrial yetmezliğin neden olduğu çok sayıda hastalık vardır. Bunların pek çoğu müsküler disfonksiyon ile karakterizedir. İskelet kası hücreleri, yüksek enerjili metabolizmaları nedeniyle mitokondrial defektlere çok duyarlıdırlar. Bu hastalıklar genellikle üst göz kapağının düşmesiyle başlar ve yutma zorluğu, kol ve bacaklarda güç kaybıyla devam eder. Bunların nedeni, mitokondri ya da hücre çekirdeğinde olabilecek DNA mutasyonu ya da defektidir. Mitokondriyal defektler anneden miras kalır. Çünkü, fertilizasyon sırasında spermin yalnızca nukleusu ovum içine girer. Nukleusla birlikte babaya ait mitokondrilerin de girmesi oldukça nadirdir. Nuklear DNA defektlerinde ise miras hem anne ve hem de babadan kalabilir. Mitokondriyal yetmezliğin kas ve sinir sisteminde neden olduğu yapısal anomali ve metabolik bozukluklar şu şekilde özetlenebilir: Kas zayıflığı (özellikle ekstraoküler kaslar), merkezî sinir sisteminin dejeneratif hastalıkları (optik sinir liflerinin kaybı, serebellar doku kaybı ya da beyin akcevher dejenerasyonu) ve metabolik bozukluk (yüksek laktik asit düzeyi).B. Ribozomlar: Ribozomlar, protein sentezleyen organellerdir. 2 temel tipi vardır: (1) Ökaryotlarda bulunan ve büyük olan (25 nm) sitoplâzmik ribozomlar ile (2) prokaryotlar, kloroplâstlar, mitokondrilerde bulunan ve daha küçük olan (20 nm) mitokondriyal ribozomlar.1. Yapı Her iki tip ribozom da, ultrasantrifügasyon sırasında sedimentasyon oranlarına göre adlandırılan 2 ribozomal subüntden oluşmuştur (ama genellikle “büyük” ve “küçük” olarak adlandırılırlar). Mitokondriyal ribozomlar, 50S ve 30S, sitoplâzmik ribozomlar ise 60S ve 40S subünitlere sahiptir. Sitoplâzmik ribozomların her iki subünitinin de RNA molekülleri (ribozomal RNA, rRNA) çekirdekçikte sentezlenir. Proteinleri (bağlı proteinler) ise sitoplâzmada sentezlenir ve daha sonra çekirdeğe girip rRNA’ya bağlanırlar. Subünitler, nuklear poruslardan geçerek sitoplâzmaya girerler ve protein sentezine katılırlar. Ribozomlar, çok sayıda fosfat grubu içerdiklerinden, yoğun bazofilik boyanırlar. Bu nedenle, ribozomların sitoplâzmada yoğun olarak bulunduğu yerler ışık mikroskobunda, bazofil lekeler şeklinde görünürler. Bu bazofil alanlara, bez hücrelerinde ergastoplâzma, nöronlarda ise Nissl cisimcikleri denir. Elektron mikrograflarda ise ribozomlar, küçük ve elektron–yoğun sitoplâzmik granüller şeklinde görünürler.2. Yerleşimi ve fonksiyonu Sitoplâzmik ribozomlar 2 şekilde bulunurlar. Serbest ribozomlar, sitoplâzmada dağılmış olarak ve tek tek bulunurlar. Poliribozomlar ya da polizomlar, tek bir haberci RNA (mRNA) şeridi boyunca dizilmiş şekildedirler. Bu düzenleniş, aynı mesajdan, bir proteinin çok sayıda kopyasının yapılmasına olanak verir. Polizomal ribozomlar, mRNA kodunu okurlar (çevirirler) ve bu nedenle, amino asidlerin spesifik bir proteini yapmak üzere bir araya gelmelerinde kritik bir rol oynarlar. Polizomlar, sitoplâzmada serbest bir şekilde (serbest polizomlar) bulunabilecekleri gibi, endoplâzmik retikulumun membranlarına bağlı olarak da bulunabilirler (endoplâzmik retikulumun polizomları). Serbest polizomlar, hücre içinde kullanılacak olan yapısal proteinler ve enzimleri sentezler. Endoplâzmik retikulumun membranına tutunmuş olan polizomları ise sentezledikleri proteni retikulumun sisternasına verirler. Bu proteinler ya hücreden salgılanırlar (pankreas ve tükrük enzimleri) ya hücre içinde depolanırlar (lizozomik enzimler, lökositlerin granüllerindeki proteinler). Ayrıca, plâzma membranının integral proteinleri de endoplâzmik retikulumun membranına tutunmuş polizomlarda sentezlenir.C. Endoplâzmik Retikulum: Endoplâzmik retikulum (ER), çeşitli hücre maddelerinin sentez, paketlenme ve işlenmesinden sorumludur. Membranların, serbestçe anastomozlaşarak bir ağ (retikulum) oluşturmasından meydana gelmiştir. Membranlar, uzun, yassı, yuvarlak ya da tübüler vezikül ya da sisternalar (endoplâzmik retikulumun lümeni) oluştururlar. Transfer veziküller, ER dan tomurcuklanma ile ayrılan, sitoplâzmayı geçerek Golgi kompleksine ulaşan küçük ve bir membranla çevrili veziküllerdir. Golgi kompleksine ulaştıklarında içeriklerini, daha ileri işlemler ya da paketlenme için bu organele bırakırlar. Tümüyle farklılanmış hücelerde, granüler ve agranüler denilen 2 tipi vardır.1. Granüler endoplâzmik retikuluma. Yapı Granüler endoplâzmik retikulum (GER) membranlarının dış yüzüne, büyük bir çoğunluğu polizom şeklinde olan ribozomlar tutunmuştur. Özellikle protein sentezi yapmak için özelleşmiş hücrelerde (ör. pankreas asiner hücreleri, plâzma hücreleri), GER bol miktardadır ve sisternaları tipik olarak birbirine paralel, uzun ve yassıdır. Ribozomlar, GER un bazofilik boyanmasının nedenidir. GER in ince yapısı (membranlar ve ribozomlar), ancak EM ile görülür. Yalnızca GER membranlarında bulunan proteinler, bir reseptör gibi fonksiyon gören docking protein ile riboforin I ve II dir.b. Fonksiyon GER başlıca sitoplâzmadan izole bir şekilde tutulan proteinlerin sentezini yapar. Ör. kollejen gibi salgı proteinleri, hücre membranının yapısına katılacak olan proteinler ve lizozomal enzimler (otolizi önlemek için sitoplâzmanın diğer bölümlerinden bir membranla ayrılmış durumdadır). Tüm proteinlerin sentezi, ERa bağlı olmayan ribozomlarda başlar. Endoplâzmik retikulumun içine alınacak olan proteinlerin mRNA sının, 5' ucunda fazladan bir baz dizisi bulunur. Sinyal dizisi (signal sequence) denilen bu baz dizisi, sitoplâzmadaki yaklaşık 20–25 hidrofobik amino asidi kodlar. Çeviri başladığında sinyal dizisi, 6 tane birbirine benzemeyen polipeptid ve bir tane 7S RNA molekülünden oluşan, sinyal tanıyıcı partikül (signal–recognition particle=SRP) adı verilen bir kompleks ile ilişki kurar. SRP poliribozom kompleksi, ER membranındaki docking protein denilen bir reseptöre bağlanıncaya kadar, polipeptit zincirinin daha fazla uzamasını engelleyecek bir etki gösterir. SRP docking proteine bağlandığında, çevirinin devam etmesine izin vermek için poliribozomdan ayrılır. GER membranlarında, docking proteinlerden başka, riboforin I ve II denilen iki integral membran proteini de bulunur. Bu proteinler, ribozomların büyük subünitleri için bağlanma yerleri oluştururlar ve agranüler endoplâzmik retikulum yapısında bulunmazlar. Riboforinler ayrıca, granüler endoplâzmik retikulum membranlarının hidrofobik gövdesi içinden geçen hidrofilik kanallar oluştururlar. Bu kanallar, yeni sentezlenen proteinlerin granüler endoplâzmik retikulum lümenine geçişini sağlar. Bu geçişin tek yönlü olduğunu vurgulamak için vektöriyel boşaltım adı verilir. Sentezlenen protein granüler endoplâzmik retikulum lümenine geçtikten sonra, sinyal dizisi, granüler endoplâzmik retikulumun iç yüzeyinde yerleşik, spesifik bir enzim olan sinyal peptidaz tarafından uzaklaştırılır. Protein çevirisi devam ederken, sisterna içinde, sekonder ve tersiyer yapısal değişikliklerin yanısıra, hidroksilasyon, glikozilasyon, sulfasyon ve fosforilasyon gibi bazı sentez sonrası değişiklikler de olur. Sentez sonrası değişikliklerden en önemlisi iç glikozilasyondur. Bu işlemde dışarı verilecek olan proteinlere çok miktarda mannoz içeren oligosakkaritler eklenir. GER da sentezlenen proteinler, değişik amaçlar için kullanılırlar: Hücre içi depolama (lizozomlarda ve lökositlerin spesifik granüllerinde), hücre dışına verilecek proteinlerin hücre içinde geçici olarak depolanması (pankreasta, bazı endokrin hücrelerde) ve diğer membranların bir komponenti olarak (integral proteinler). Hücrelerde sentezlenen proteinler, doğrudan hücre dışına verilebilir ya da sitoplâzma içinde izole edilerek tutulur. Bulunuş şekillerine göre değişik hücresel aktivitelerde rol oynarlar.ve bu hücreler, değişik aktivitelerine uygun bir ultrastrüktür gösterirler.2. Agranüler endoplâzmik retikulum (AGER)a. Yapı ER un bu tipi de hücre içinde membranöz bir ağ oluşturmakla birlikte, GER dan ultrastrüktürel olarak iki önemli farkı vardır. Birincisi, GER da olduğu gibi ribozomlar bulunmaz. Bu nedenle, AGER membranları düz görünür. İkincisi ise, sisternaları GER e göre daha tübüler ya da vezikülerdir. AGER membranları, GER membranlarından kaynaklanır. Her iki formun membranları birbiri ile devam edebilir. AGER soluk boyanır. Bu nedenle ışık mikroskobunda sitoplâzmanın diğer yapılarından ayırd edilmesi oldukça zordur.b. Fonksiyon Ribozom taşımadığı için protein sentezlemez. Lipit metabolizmasında, steroid hormon sentezinde, glikojen sentezinde (glikoz–6–fosfataz) ve detoksifikasyonda önemli bazı enzimler içerir. Detoksifikasyon, toksik maddelerin enzimatik konjigasyonu, oksidasyonu ve metilasyonu ile olur.c. Yerleşimi AGER bazı hücrelerin sitoplâzmasında, özellikle steroid sentezleyen hücrelerde (sürrenal korteks ve gonad hücrelerinde) bol miktarda bulunur. Glikojen sentezi ve ilaç detoksifikasyonu ile ilşkili olarak karaciğer hücrelerinde de çok sayıda bulunur. Çizgili kas hücrelerinde bulunan özelleşmiş AGER sarkoplâzmik retikulum adını alır. Burada kalsiyum iyonlarının, alınması ve salınması yoluyla kas kasılmasının düzenlenmesine yardımcı olur.3. Mikrozom Bu terim, sitololoji ve biyokimyada homojenizasyon sırasında endoplâzmik retikulumun parçalanması ile oluşan vezikülleri ifade etmek için kullanılır. Doğal olarak bu yapı canlı hücrelerde bulunmaz. Homojenizasyon sırasında membranın parçalammasıyla oluşan parçalar küçük veziküller oluşturmak üzere birleşirler ve üzerine ribozomlar tutunmuş olabilir. Mikrozomlar, santrifügasyon yoluyla biyokimyasal analizler için izole edilebilirler. Mikrozomlar daha ileri fraksiyona tabi tutularak membranlarındaki polizomların da ayrılması sağlanabilir.D. Golgi Kompleksi (Golgi aparatus),: Başta sekresyon olmak üzere birçok aktiviteye katılır. Asıl görevi, membran akışını ve organeller arası vezikül trafiğini koordine etmektir.1. Yapı Bu membranöz organel, 3 majör kompartımandan oluşur: (1) Birbiri üzerinde düzenli aralıklarla yerleşmiş, hafifçe kıvrılmış ve yassılaşmış 3–10 sisterna; (2) sisternaların çevresinde çok sayıda küçük veziküller ve (3) bu kümenin konkav yüzeyinde bazen yoğunlaşmış vakuoller olarak da isimlendirilen birkaç büyük vakuol. Kümenin cis yüzü (konveks yüz, immatür yüz), genişlemiş olan komşu ER sisternalarına çok yakındır ve taşıyıcı veziküller ile kuşatılıdır. Sisternalar, ozmiyum ile oldukça koyu boyanır. Trans yüz (konkav, matür yüz) sıklıkla çok sayıda yoğunlaşmış vakuol içerir ve genellikle çekirdeğe uzak olan yüzdür.2. Fonksiyonlarıa. Polisakkarit sentezi Golgi kompleksi, polisakkarit ve oligosakkarit zincirlerinin (her seferinde bir şeker ekleyerek) boyuna uzamasını sağlayan, çok sayıda glikoziltransferazlar içerir.b. Salgı ürünlerinin modifikasyonu Golgi enzimleri, proteinlerin ve lipitlerin glikozilasyonu ile glikozaminoglikanların (GAG) sulfatlanmasıyla ilgilidir. Bu nedenle Golgi kompleksi, salgılanacak glikoproteinler, proteoglikanlar, glikolipitler ve sulfatlı GAG ların sentezine önemli rol oynar. c. Salgı ürününün paketlenmesi ER da sentezlenen ürün, Golgi kompleksi tarafından bir vezikül şeklinde paketlenir. Bu salgı vezikülü ya da salgı granülü ekzositozis için plâzma membranına taşınır.d. Salgı ürününün konsantrasyonu ve depolanması Bazı hücrelerin Golgi kompleksi, salgı ürününü salgılamadan önce yoğunlaştırır ve depolar. Böyle bir yoğunlaştırma, Golgi kompleksinin trans yüzünde, genellikle salgı granüllerinin prekürsoru olarak da hizmet gören yoğun vakuollerin majör fonksiyonudur.3. Yerleşimi Golgi kompleksi tipik olarak çekirdeğin yanında bulunur (jukstanüklear) ve genellikle sentriole (vezikül trafiğini yönlendirmede önemli rolü vardır) yakın yerleşimlidir. Golgi kompleksi, sekresyon için özelleşmiş nöron ve bez hücrelerinde en iyi gelişmiştir. 4. Maddelerin Golgi kompleksine doğru akışı Salgı maddeleri, tek yönlü olarak Golgi kompleksine doğru hareket eder. Bu olayda, transfer vezikülü ER dan tomurcuklanmayla kopar ve Golgi kompleksinin immatür (cis) yüzüne yapışır. Vezikül içeriği, bir sisternadan diğer sisternaya geçerken değişikliğe uğrar ve matür (trans) yüze.doğru ilerler. Buradan tomurcuklanmayla ayrılırken içeriği ürünün son şeklidir. Bununla beraber, bu görüş geçen zamanla birlikte değişikliğe uğramakta. Lizozomal enzimlerin paketlenmesinde Golgi kompleksinin rolü tartışmalıdır. Bazı araştırmacılar, bu gibi enzimlerin paketlendiği asıl yerin GERL (Golgi, Endoplâzmik Retikulum, Lizozom) olduğunu düşünürler. GERL, lizozomal enzimleri içeren endoplâzmik retikulumun Golgi kompleksinin trans yüzüne yakın olan elemanlarından oluşur.Golgi komplesindeki vezikül trafiği iki yolda oluşur:Dış yol:• İntegral membran proteinleri, erimiş proteinler ve enzimleri içeren taşıyıcı veziküller, endoplazmik retikulumun yüzeyinden ayrılırlar.• Ayrılan taşıyıcı veziküller COPII (Kılıflı Protein II) ile çevrilirler.• Taşıyıcı veziküller, mikrotubuller aracılığıyla Golgi kompleksinin cis yüzüne doğru taşınırlar.• Kimileri, COPII kılıfından sıyrılarak birbirleriyle birleşip, daha büyük veziküller oluştururlar.• Bu büyük veziküller cis Golgi ile birleşirler.• Proteinlere şeker eklenir ve böylece glikoproteinler oluşur. Glikolizayon, birbirini izleyen basamaklar şeklinde olur ve her basamağın kendisine ait enzimleri vardır.• Bu basamaklar, proteinleri Golgi kompleksinin cis bölgesinden medial bölgesine, oradan da trans bölgesine taşıyan shuttle veziküllerde olur.• Trans Golgi’den ayrılan veziküller (salgı vezikülleri), üretimi tamamlanmış maddeleri gidecekleri yere taşırlar.İç yol:Golgi kompleksine bu trafik olurken, üretimin çeşitli aşamalarında yer alan enzimler de üretilen maddeyle birlikte yol alırlar. Bu nedenle, asıl etkinlik gösterdikleri yerlerden uzaklaşırlar. Üretim bittiğinde, Golgi kompleksi enzimleri ürünlerden ayırır ve bu enzimler endoplazmik retikuluma geri dönerler. Geri dönüş de veziküller içinde olur; ancak, bu veziküller COPI (Kılıf Proteini I) ile çevrilmiştir. Bazen bir hastalığın nedeni, bir molekülün iletilmesindeki hatadan kaynaklanabilir. Ölümcül kalıtsal bir hastalık olan kistik fibrozis buna örnek olarak gösterilebilir. Bazı olgularda, mutasyona uğramış kistik fibrozis geninin ürünü ( klor pompasın yardımcıdır), bazı hücrelerde, klor iyonlarını (Cl¯) hücre dışına atacak pompanın bulunduğu plâzma membranına ulaşamaz. Pompa proteini, ER ya da Golgi kompleksinin membranına yapışmaya başlar ve hiç bir zaman, ulaşması gereken doğru yere varamaz. Bunun sonucunda, plâzma membranında sıvı ve iyon taşınmasında bir dengesizlik başlar ve belli hücrelerin etrafında aşırı miktarda sıvı birikir. Bu da, akciğerlerin hava yollarının tıkanmasına neden olarak nefes almayı güçleştirir.E. Fagozomlar: Fagozomlar, lizozomal sindirim için gerekli olan maddeleri içeren, bir membranla çevrili ve çeşitli büyüklükte olabilen veziküllerdir. İki majör tipi vardır. Heterofagozomlar, heterofaji ürününü içerirler. Ör. hücre dışından fagositozisle hücre içine alınan maddeler. Otofagozomlar, otofaji ürününü içerirler. Ör. ölmüş ya da hasarlanmış organeller gibi hücre içi maddeler. Fagozomal içeriğin sindirimi, bir fagozomun bir ya da daha çok sayıda primer lizozomla birleşerek, sekonder lizozomları oluşturmasıyla başlar. (Not: Bazı yazarlar, heterofagozom terimini sekonder lizozom için kullanırlar.)F. Lizozomlar: Lizozomlar, bir membranla çevrili, yuvarlak veziküllerdir. Her biri hücre içi sindirimden sorumlu 50 den fazla enzim içerebilir. Lizozomların karakteristik enzim aktiviteleri, onların, diğer sellüler granüllerden ayrılmasını sağlar. Bunlar içersinde, lizozomlarda en çok bulunanı asit fosfatazlar, bu organelin ayırd edilmesinde en önemli enzimlerdir. Lizozomlarda yaygın olarak bulunan diğer enzimler, ribonükleazlar, dezoksiribonükleazlar, katepsinler, sulfatazlar, *–glukuronidazlar, fosfolipazlar ve diğer proteazlar, glukozidazlar ve lipazlar dır. Lizozomal enzimler genellikle glikoprotein şeklindedirler ve asidik pH da daha çok aktiftirler. Lizozomlar, aktivite düzeylerine bağlı olarak değişik büyüklükte ve değişik elektron yoğunluğunda olabilirler.1. Primer lizozomlar, küçük (5–8 nm çapında), elektron yoğun bir içeriği olan ve elektron mikrograflarda siyah bir yuvarlak şeklinde görülen yapılardır. Lizozomların depo şeklidir ve enzimleri çoğunlukla inaktiftir. Lizozomal enzimler, RER da sentezlenir ve ilk glikozlanması da burada olur. Daha sonra, daha ileri glikozlanma için Golgi kompleksine taşınır. Primer lizozom olarak son paketlenmesinin Golgi kompleksinde mi ? Yoksa GERL de mi ? Olduğu tam olarak bilinmemektedir. Primer lizozomlar sitoplâzmanın her tarafına yayılmıştır. Hemen hemen tüm hücrelerde bulunmakla birlikte en çok fagositik hücrelerde bulunurlar (Ör. makrofajlar, nötrofiller).2. Sekonder lizozomlar, primer lizomlardan daha büyük, daha az elektron yoğun ve benekli görünümdedirler. Bir ya da daha çok primer lizozomun bir fagozomla birleşmesi sonucunda meydana gelirler. Başlıca fonksiyonu, heterofaji ve otofaji ürünlerinin sindirilmesidir. Lizozomal enzimler, fagozom içeriği ile birleştiğinde aktifleşirler. Bu sindirim olayının sonunda, hücrenin yaşamına devam edebilmesi ve büyümesinde kullanılabilecek maddeler üretilir (küçük kullanılabilir moleküller çevreleyen sitoplâzmadan içeriye difüzyonla geçebilirler) ve organellerin yenilenmesi sağlanır. Lizozomal enzimler, hücrenin sentezlediği bazı maddeleri katabolize de ederler. Böylece salgı maddesinin niteliği ve niceliği düzenlenir. Sekonder lizozomlar, birçok hücrenin sitoplâzmasının her tarafında görülürler. Hücredeki sayısı, o hücrenin lizozomal ve fagositik aktivitesini yansıtır. 3. Rezidüel cisimler, büyüklüğü ve elektron yoğunluğu, lizozomal fonksiyonun son evresine bağlı olarak değişen, membranla çevrili inklüzyonlardır. Rezidüel cisimler, pigmentler, kristaller ve belli lipidler gibi sindirilememiş maddeleri içerirler. Bazı hücreler (Ör. makrofajlar), rezidüel cisimleri artık madde olarak dışarıya atarlar. Fakat uzun ömürlü hücreler (Ör. kas, sinir), bu cisimleri sütoplâzmalarında biriktirme eğilimindedirler. Bu hücrelerdeki artık cisimler, hücresel yaşlanmayı yansıtırlar. Bunlara lipofuksin granülleri denir. Bu granüller, ışık mikroskobunda sarımsı kahverengi, elektron mikrograflarda ise elektron yoğun partiküller olarak görünürler. Normalde lizozomal membran, kendi enzimlerine karşı geçirgen değildir. Böylece, hücre içeriği sindirilmekten korunur. Bununla beraber bazen, lizozomlar, otoliz ya da kendini yıkmaya neden olabilirler. Ör.; insanın embriyolojik gelişimi sırasında el ve ayak parmakları bitişiktir. Normal gelişimde parmaklar birbirinden ayrılır. Bunun için de parmakları birbirine bağlayan hücrelerin ortamdan çıkartılması gerekir. Bunu sağlayan da, otolizdir ve bu olay aslında proglamlanmış bir hücre ölümüdür (apoptozis). Bazı olgularda, primer lizozomlar içeriklerini hücre dışına boşaltırlar ve enzimleri ekstrasellüler ortamda etki gösterir. Ör.; osteoklastlar tarafından sentezlenen ve salınan kollajenazın, kemik matriksi yıkması. Bu tip reaksiyon, iltihap ya da incinmenin iyileşmesinde önemli rol oynar. Lizozomlar, insan vücudundaki birçok maddenin metabolizmasında önemli bir rol oynarlar. Bu nedenle, birçok hastalığın nedeni olarak, lizozomal enzimlerin yetmezliği gösterilmektedir. Lizozomal sulfatazların eksikliği nedeniyle, sulfatlı serebrosidlerin hücre içinde birikmesi, metakromatik lökodistrofi ye neden olur. Bu tip hastalıkların çoğunda spesifik lizozomal enzimler ya yoktur ya da inaktiftir. Bu durumda belli moleküller (glikojen, serebrosidler, gangliosidler, sfingomiyelin, glikozaminoglikanlar, vb.) sindirilemezler. Bunun sonucunda bu maddeler hücre içinde birikerek, hücrenin normal işlevini engellerler.Hastalık Etkilenen Başlıca Hücre Etkilenen Başlıca OrganHurler Fibroblast ve osteoblastlarda dermatan sulfat birikir İskelet ve sinir sistemiSanfilippo Sendrom A Fibroblastlarda heparan sulfat birikir İskelet ve sinir sistemiTay–Sachs Sinir hücrelerinde glikolipit birikir Sinir sistemiGaucher Makrofajlarda glikolipit birikir Karaciğer ve dalakI–hücre hastalığı Fibroblast ve osteoblastlarda dermatan sulfat birikir İskelet ve kas sistemiG. Peroksizomlar: Primer lizozomlardan biraz daha büyük (0.5-1.2 µm çapında), membranla çevrili, enzim içeren veziküllerdir. Bazı hayvanlarda (insanlar hariç), elektron yoğun, granüler görünümde, nükleoid denilen ürat oksidaz bulunmasıyla lizozomlardan ayrılır. Peroksizomlar, hidrojen peroksit metabolizmasıyla ilgilidirler. Bakteri öldürme yeteneğinde olan hidrojen peroksiti üreten; hidroksiasit oksidaz ve D– ve L–amino oksidaz içerirler. Tüm bu enzimler kendi maddelerini okside ederler ve O2 ile H2O2’yi indirgerler. Ayrıca, çeşitli maddeleri okside eden ve toksik hidrojen peroksiti (hücrenin birçok önemli kompanentine zarar verir) su ve oksijene çeviren (2 H2O2 → 2 H2O + O2) katalaz da içerirler; böylece, hücreyi hidrojen peroksitin toksik etkisinden korurlar. Peroksizomlar, uzun zincirli yağ asitlerinin (18 karbonlu ya da daha uzun) *–oksidasyonuna yardımcı olarak, glukoneogenezise de katılırlar. İleri derecede saflaştırılmış peroksizom fraksiyonlarında, safra asitlerinin yapımını sağlayan, belli hidroksilasyon reaksiyonlarının da yerleşik olduğu gösterilmiştir. Peroksizomlar, ya sitoplâzmada dağılmış, ya da AGER a bağlı olarak bulunurlar. Peroksizom enzimleri (katalaz, *–oksidasyon enzimleri sitoplâzmadaki serbest polizomlarda sentezlenir. Bu enzimlerin karboksil ucunda, belirleyici bir sinyal gibi fonksiyon gören, kısa bir amino asit dizisi bulunur. Bu sinyale sahip proteinler, peroksizomun membranında bulunan reseptörler tarafından tanınır ve organelin içine alınır. Büyümüş olan peroksizomlar, henüz bilinmeyen bir mekanizmayla, iki küçük peroksizoma bölünür. Proksizomal enzimlerin defektli olmasından kaynaklanan birçok hastalık vardır. Defektli enzimler nedeniyle çok uzun zincirli yağ asitleri oluşur ve bu hastalıklar, asidoza bağlı metabolik rahatsızlık ya da etkilenen hücrelerde anormal yağ birikimi şeklinde kendilerini gösterirler. En yaygın örnek, adrenolökodistrofi'dir. Bu hastalıkda, yağ asitlerinin β-oksidasyonu bozulmuştur. Beyin, medulla spinalis ve sürrenal bezde anormal lipid birikimi olur; bunun sonucunda, demans (bunama) ve sürrenal yetmezliği gelişir. Bir diğer örnek; belirtileri, ciddi kas zayıflaması, karaciğer ve böbrek lezyonları, sentral ve periferik sinir sisteminin disorganizasyonu olan, Zellweger sendromudur. Bu hastaların karaciğer ve böbrek hücreleri elektron mikroskopik olarak incelendiğinde peroksizomların boş olduğu görülür.H. Diğer Sitoplâzmik İnklüzyonlar: İnklüzyonların büyük bir çoğunluğu, yuvarlak biçimli ve görünüşü preparatın hazırlanış şekline göre değişen lipid damlacıklarıdır. Glikojen granülleri, ışık mikroskobunda PAS–pozitif boyanan, elektron mikrograflarda ise rozet ya da elektron yoğun partiküller şeklinde görülen inklüzyonlardır. Hem lipid damlacıkları ve hem de glikojen granüllerinin etrafında membran bulunmaz. Melanin, vertebralılarda yaygın bir şekilde bulunan kahverengimsi bir pigmenttir. Genellikle, melanozom adı verilen elektron yoğun, bir membranla çevrili granüller içinde bulunurlar. Özellikle, epidermal hücrelerde ve retinanın pigment tabakasında bol miktarda bulunurlar.I. Sitoskleton: Sitoskleton, mikrotubul, mikrofilament ve intermediyet filament adı verilen filamentöz (ipliksi) elementlerin oluşturduğu ağsı bir yapıdır. Hücre şeklinin korunması için gerekli olan yapısal stabiliteyi sağlar. Hücrenin hareket etmesinde ve sitoplâzmik komponentlerin organizasyonunda önemlidir. Sitoplâzmik organizasyonun bir modeline göre; organeller ve sitoplâzmik inklüzyonlar, mikrotubuler kafes denilen üç boyutlu bir ağ içinde gömülü durumdadırlar. Mikrotubuler kafes, sitoskleton, enzimler ve diğer sitoplâzmik unsurları içerir; ki bunlar önceleri, bir amorf sitozol içinde erimiş ve rastgele dağılmış olarak kabul edilirlerdi. Bu hipotetik kafes, bazı membranların yaptığı gibi, çok basamaklı reaksiyonlarla ilgili olan enzimlerin sıralanmasının koordinesini de sağlıyor olabilir.1. Mikrotubüllera. Yapı Mikrotubuller, sitoskletonun en kalın komponentidir (çapı yaklaşık 24 nm). Değişen uzunluklarda olabilen, ince tubuler yapılardır. Duvarı 5 nm kalınlığında ve saydam görünüşteki iç boşluğu 14 nm çapındadır. Duvarı, tubulin heterodimer adı verilen subunitlerden oluşmuştur. Bunların her biri, bir *–tubulin ve bir *–tubulin protein molekülü içerir. Tubulin heterodimerleri, protofilament şeklinde düzenlenmişlerdir. İplik şeklinde olan onüç tane *– ve *– tubulin, birbirlerine paralel dizilerek, her bir mikrotubulün duvarını yaparlar. Mikrotubullerin boyuna büyümesi, uclarından birinde bulunan ve nükleasyon merkezi denilen yere yeni heterodimerlerin eklenmesiyle olur. Bu polimerizasyon, deneysel olarak, kalsiyum iyon konsantrasyonunu düzenleyerek ya da antimitotik alkaloidler uygulayarak kontrol edilebilir. Colchicine, nükleasyon merkezine bağlanarak bu işlemi bloke eder. Vinblastin, tubuline bağlanarak mikrotubul oluşumunu engeller. Antimitotik alkaloidler, hücre biyolojisi (ör. colchicine kromozomların metafaz evresinde bloke edilerek karyotiplerin hazırlanmasında kullanılır) ve kanser kemoterapisinde (ör. vinblastine, vincristine ve taxol tümör hücrelerinde bölünmeyi bloke etmek için kullanılır) kullanılırlar. Tümör hücreleri hızla bölündüğünden, antimitotik ilaçlardan normal hücrelerden daha çok etkilenirler. Bununla beraber kemoterapinin yan etkileri vardır. Örneğin, bazı kan yapıcı hücreler ve sindirim sistemini döşeyen epitel hücreleri de normalde hızlı bölündükleri için bu ilaçlardan etkilenirler.b. Fonksiyon Mikrotubuller; hücre şeklinin korunmasında, nöronlerda aksoplâzmik taşımada, pigment hücrelerinde melaninin dağıtımında, mitoz sırasında kromozomların hareketinde ve hücre içinde veziküllerin taşınmasında rol alırlar. Mikrofilamentlerin aksine mikrotubuller kontraksiyon yapmazlar. Boylarının kısalması, depolarizasyonla olur.c. Yerleşim Mikrotubuller, birçok hücrenin sitoplâzmasının her tarafında bulunurlar. Ancak, çok iyi organize oldukları yerler; sentrioller, siller, flagellumlar, bazal cisimler ve mitotik iğlerdir.(1.) Sentrioller(a.) Yapı Bir sentriol, mikrotubullerin oluşturduğu silindrik bir gruptur. Çapı 150 nm ve uzunluğu 350–500 nm dir. Araba tekerleği şeklinde dizilmiş, 9 tane mikrotubul üçlüsü (triplet)i içerirler. Bir üçlüdeki her bir mikrotubul, komşu mikrotubul duvarının bir bölümünü paylaşır. Bir interfaz hücresinde, uzun eksenleri birbirine dik şekilde yerleşmiş bir çift sentriol vardır ve her birinin etrafında çok sayıda elektron yoğun satellitler ya da perisentriolar cisimleler bulunur. Diğer sitoplâzmik mikrotubuller, perisentriolar cisimlerden kaynaklanır ve çevreye doğru radiyal bir biçimde dağılır.(b.) Fonksiyon Sentrioller, hücrenin yapısal organizerleridir. Sentriol dublikasyonu, hücre bölünmesi öncesi olması gereken bir olaydır ve mitoz sırasında sentrioller, mitotik iğin mikrotubullerini organize ederler. In vitro olarak bile, izole sentrioller mikrotubul polimerizasyonunu kontrol edebilirler. Sentrioller, perisentrioler cisimlerden kaynaklanan mikrotubuller yoluyla, bilinmeyen fiziksel organize edici güçleri iletebilirler. Sentrioller, mikrotubuller yoluyla organel, vezikül ve granül organizasyonu üzerinde bazı kontroller kurabilirler ve hücre içindeki hareketlerini etkileyebilirler. Sentrioller bazal cisimleri oluşturabilirler.(c.) Yerleşim İnterfaz hücrelerinde sentrioller çekirdeğe yakın ve genellikle Golgi kompleksi tarafından çevrelenmiş şekilde bulunurlar. Sentrioller ve Golgi kompleksi hücrenin sitosentırını oluştururlar ve bu alan çekirdeğin yakınında boyanmamış bir bölge olarak görülür. İnterfazın S evresinde her bir sentriol çoğalarak prosentriolü oluşturur. Bunlar da uzunlamasına büyüyerek orjinal boyutlarına erişirler. Mitoz sırasında yeni sentriol çiftleri, mitoz mekiğini organize etmek üzere, hücrenin karşı kutuplarına doğru hareket ederler.(2.) Bazal cisim Sil ya da flagellum içeren hücrelerde, sentrioller apikal plâzma membranına göç ederler ve sentriolün kendi kendine eşini oluşturması gibi bazal cismi yaparlar. Bazal cisim, yapısal olarak sentriolün aynısıdır (9 tane mikrotubul üçlüsü içerir). Sitoplâzmada, her bir sil ya da flagellumun bazalinde bir tane bulunur. Bu yapılar için hem bağlanma noktası oluştururlar ve hem de mikrotubul organizer olarak görev görürler. (3.) Siller Silli hücreler genellikle yüz tane sile sahiptirler. Hareketlidirler, etrafları plâzma membranı tarafından çevrilmiştir, 5–10 µm uzunluğunda 0.2 µm genişliğindedirler. Her silin ortasında aksonem denilen bir gövde bölümü vardır. Aksonem, ortada bir çift ve birbirine yapışmamış mikrotubul ile bunların etrafında 9 tane mikrotubul çifti (dublet) inden oluşmuştur (“9+2” düzeni). Bir çiftin partnerlerine, subfibril A ve B denir. Subfibril A, tam bir mikrofibrildir ve 13 tane protofilament tubulinine sahiptir. Subfibril B, 10 ya da 11 protofilamente sahiptir ve duvarının eksik tarafını partnerinin duvarıyla tamamlar. Her bir subfibril A nın duvarından dinein (ATP az aktiviteli bir protein) denilen bir çift kol, komşu çifte doğru uzanır. Neksin adı verilen protein köprüler, komşu çiftleri bir birine bağlarken, radiyal uzantı lar da çiftleri, sentral mikrotubul çiftinin etrafındaki kılıfa bağlar. Her aksonem, bağlanmış olduğu bazal cisim tarafından organize edilir.(4.)Flagellum Bir flagellum bir sile çok benzer. Ancak, silden çok uzundur ve bir hücrede 1 ya da 2 tane bulunur. İnsanda ve diğer memelilerde flagellum, yalnızca 50–55 µm uzunluğunda ve 0.2–0.5 µm kalınlığında olan spermiumun kuyruğunda bulunur. Flagellumun aksonemi. silin aksoneminin aynısıdır. Sil ve flagellum proteinlerinde mutasyonlar olduğu kanıtlanmıştır. Bunlardan birisi, Kartagener’in immotil sil sendromu adını alır. Bu olguda sil ve flagellumun dynein kolları yoktur. Erkek hastalarda sperm hareketsiz olduğu için steriliteye, solunum yolundaki siller temizleme fonksiyonunu yapamadığı için kronik bronşite neden olurlar.(5.) Mitoz mekiği Mitotik bir hücrenin iki zıt kutbunda yerleşik sentriol çiftlerinin arasında bulunan iğ biçimli mikrotubullere mitoz mekiği denir. İğ mikrotubullerinin bazıları (kesintisiz lifler) bir sentriolden diğerine kesintisiz olarak uzanırlar. Diğerleri (kromozomal lifler), bir sentriolden uzanır, bir kromozomun sentriolüne tutunurlar. İğ aparatı, mitoz sırasında kromozomların ayrılması için şarttır.2. Mikrofilamentler a. Yapı Mikrofilamentler sitoskletal komponentlerin en incesidir (5–7 nm kalınlığında). Genellikle aktin proteinin bir ya da daha çok tipinden oluşmuşlardır. Çizgili kas hücrelerinde, miyozin filamentine bağlı olarak, stabil parakristalin yapısı oluştururlar. Diğer hücrelerde aktin filamentleri daha az stabildirler. Var olan düzenlerini değiştirebilir ve yeniden düzenlenebilirler. Bu değişmeler; sitoplâzmadaki kalsiyum iyonları, siklik AMP ve aktin bağlayan proteinler tarafından kontrol edilir.b. Fonksiyon Mikrofilamentler kontraktildirler. Ancak, kontraksiyon yapabilmeleri için genellikle miyozinle ilişkiye girmeleri gerekir. Kas hücresinin dışındaki hücrelerde, erimiş şekildedirler. Sitokalazin uygulaması, mikrofilament organizasyonunu bozar. Bu durumda; endositoz; ekzositoz; mikrovillus kontraksiyonu; hücre hareketi; organel, vezikül ve granül hareketi; sitoplâzma akışı; hücre şeklinin korunması ve bölünen hücrelerde ekvator plağının oluşması fonksiyonları durur.c. Yerleşim Kas hücrelerinin dışındaki hücrelerde mikrofilamentler, genellikle sitoplâzmada düzensiz bir kafes oluşturacak şekilde dağılmışlardır. Bundan başka, bazı yerlerde yoğun olarak da bulunabilirler. Ör.: Plâzma membranının hemen altında, terminal ağ denilen ince bir kılıf şeklinde, mikrovillusların ortasında birbirine paralel çizgiler şeklinde, psödopotların içinde, organel ya da diğer sitoplâzmik yapılara bağlı olarak ve bölünmekte olan hücrelerin ekvator bölgesinde bir kuşak şeklinde.3. İntermediyet filamentlera. Yapı İntermediyet filamentlerin kalınlığı (10–12 nm), mikrotubul ile mikrofilamentlerin kalınlığı arasındadır. Yapısal olarak nüklear laminlerle ilgili ve hücre tipine göre farklılık gösteren proteinlerden oluşmuşlardır. Epitel hücrelerindeki sitokeratinler, mezenşimal kökenli hücreler (ör. fibroblast, kondrosit) deki vimentin, kas hücrelerindeki desmin (skeletin), glia hücrelerindeki glial filamentler (glial fibriler asidik protein), nöronlardaki nörofilamentler (intermediyet filament demetleri). intermediyet filament proteinlerine örnektir.b. Fonksiyon İntermediyet filamentlerin fonksiyonları hala araştırılmaktadır. Olasılıkla hücre şeklinin korunması ile ilgilidirler ve mikrotrabeküler kafesin bir elemanıdırlar. Nüklear laminlerle olan ilişkisi de bilinmemektedir. c. Yerleşim İntermediyet filament tiplerinin çoğu sitoplâzmanın her tarafına yayılmışlardır. Genelde rastgele dağılmış olmalarına karşılık, bazı yerlerde oldukça düzenli düzenlenmiş olmalarının nedeni tam olarak anlaşılamamıştır. İntermediyet filamentlerin düzenli bulundukları yere bir örnek, dezmozomun sitokeratin içeren tonofilamentleridir. Tümör hücrelerinde spesifik tip intermediyet filamentlerin saptanması, o tümörün hangi tip hücreden geliştiğinin teşhis edilmesinde ve uygulanan tedavinin etkili olup olmadığının kontrol edilmesinde önemlidir.Antijenler Tanıİntermediyet filamant proteinleriSitokeratinler Epitel orijinli indiferensiye tümörler, karsinomlar, adenokarsinomlarGlial fibriler asit protein Bazı glial hücrelerin tümörleriVimentin Bağ dokusu tümörleriDesmin Kas tümörleri J. Hücre Komponentleri ve Hastalıklar Birçok hastalığın nedeni, spesifik hücre komponetlerinde meydana gelen moleküler değişikliklerle ilgilidir. Bu hastalıkların çoğunda yapısal değişiklikler, ışık ya da elektron mikroskopik ya da sitokimyasal tekniklerle gösterilebilir. Aşağıdaki tabloda, bu hastalıkların bazıları ve patobiyolojide birçok hücre komponentini anlamanın önemi vurgulanmıştır.Etkilenen HücreKomponenti Hastalık Moleküler Defekt Morfolojik Değişiklik Klinik SonuçMitokondri Mitokondrial sitopati Oksidatif fosforilizasyonda defekt Kas mitokondrilerinde büyüklük ve sayıca artış Hiperparatiroidizm olmadan yüksek bazal metabolizmaMikrotubul Kartagener sendromu Sil ve flagellumda dynein yokluğu Mikrotubul çiftleri arasında kolların olmaması İmmotil sil ve flagellum ne-deniyle erkek-lerde sterilite ve kronik bronşit Fare diyabeti Pankreas β hücrelerinde tubulin azalması Pankreas β hücrelerinde tubulin azalması Yüksek kan şekeri (diyabet)Lizozom Metakromatik lökodistropi Lizozomal sulfataz yokluğu Dokuda lipid (serebrosid) birikimi Motor ve mental güçsüzlük Hurler sendromu Lizozomal α–L iduronidaz yokluğu Dokularda dermatan sulfat birikimi Büyüme ve mental gerilemeSalgı granülü Proinsülin diyabeti Proinsülini parçalayıcı enzim defekti Yok Kanda yüksek proünsilin düzeyi (diyabet)Golgi komleksi I–hücre hastalığı Fosfotransferaz yetmezliği Fibroblastlarda inklüzyon partikülü birikimi Fizikomotor gerileme, kemik anomalileriHücre ÇekirdeğiBu bölüm;• Çekirdek komponentlerinin adları ve fonksiyonları,• Her bir çekirdek komponentin alt birimlerini ve bu alt birimlerin komponentin fonksiyonundaki rolünü,• Hücre bölünmesi ve bu olayın hücre morfolojisi üzerine etkisi,• Hücre siklusunda bir evreden diğerine geçişi kontrol eden mekanizmalar,• Çekirdek komponentlerini ışık ve elektron mikroskobik mikrofotoğraflarda tanımayı ve bu görüntüden yola çıkarak fonksiyonu hakkında fikir yürütmeyi,• Çekirdek morfolojisi ile fonksiyonu arasında ilişki kurmayı,• Fonksiyonun bozulmasıyla birlikte çekirdek ve kromozom yapısında nasıl bir değişikliğin ortaya çıktığını,• Hangi fonksiyonel bozulmanın, hangi çekirdek komponenti ile ilgili olduğunu,• Çekirdeğin hücre farklılaşmasındaki rolünü,öğrenmenize yardımcı olacak.I. ÇEKİRDEĞİN GENEL ÖZELLİKLERİA. Majör Komponentleri: Çekirdeğin görünüşü dokuya ve hücreden hücreye değişmekle birlikte genelde dört bölümden oluşur: (1) Çekirdek membranı; (2) kromatin; (3) nükleoplâzma ve bir ya da daha çok sayıda (4) çekirdekçik.B. Çekirdeğin Fonksiyonu:. Çekirdek, kromatininde, hücre komponentlerinin ve ürünlerinin sentezi için linear bir kod (DNA) içerir. Ayrıca, hücrenin üremesi için de gereklidir ve hücre siklusu sırasında çekirdek ve sitoplâzmada görülen değişiklikleri de kontrol eder. Kendi DNA’sını dublike edecek ve üç tip RNA’yı (mRNA, rRNA, tRNA) sentezleyecek ve işleyecek moleküler bir mekanizmaya sahiptir. Çekirdek protein üretmez; kendi aktiviteleri için gerekli olan proteini sitoplâzmadan alır.C. Çekirdek Morfolojisi: Çekirdeğin görünüşü; dokudan dokuya, hücreden hücreye ve hatta hücre siklusunun farklı evrelerine göre değişir. Kimi matür hücrelerin (ör. eritrosit) çekirdeği yoksa da, tüm ökaryotik hücrelerin yaşamlarının bir döneminde, en azından bir tane çekirdekleri olmuştur. Çekirdeğin mikroskobik görünüşü, normal ve hastalıklı hücre ve dokuların tanınmasında ve sınıflandırılmasında önemlidir. Çekirdeğin özellikleri aşağıdaki kriterlere göre değişiklikler gösterir:1. Büyüklük; sitoplâzma miktarına göre hem mutlak ve hem de nisbi büyüklüğü (nükleositoplâzmik oran) değişiklik gösterir.2. Sayı; enüklet (çekirdeksiz), mononüklet (tek çekirdekli), binüklet (çift çekirdekli) ve multinüklet (çok çekirdekli) olabilir.3. Kromatin paterni; heterokromatinin miktarı ve dağılımı, hücre tipine ve hücrnin aktivitesine göre farklılık gösterebilir.4. Yerleşimi; hücre tipine göre bazal, sentral ya da eksentrik olabilir. Bir tümör hücresinde çekirdekte düzensiz özelliklerin (değişik büyüklük, atipik kromatin paterni, şekilde düzensizlik) varlığı ve komşu dokuyu istila etme kapasitesi, patologlar tarafından malinitenin derecelendirilmesi açısından önemli morfolojik özelliklerdir.II. ÇEKİRDEK MEMBRANIÇekirdek içeriği, iki ünit membran ve bunların arasında perinüklear sisterna (perinuklear aralık) denilen dar (40–70 nm) bir aralıktan oluşmuş, çekirdek membranı denilen bir membranla sitoplâzmadan ayrılmıştır.A. Dış Membran: Dış yüzeyinde polizomlar bulunur ve yer yer GER’la bağlantı kurar. Bu noktalarda, perinuklear sisterna GER’in lümeniyle devam eder.B. İç Membran: İç membranın iç yüzü, fibröz lamina denilen protein bir yapıyla döşelidir. Fibröz lamina, lamin A, B ve C denilen 3 temel proteinden oluşmuştur. Bunlar, yapısal olarak sitoplâzmadaki intermediyet filament proteinleriyle (vimentin, desmin) ilişkilidirler. Laminler, çekirdek membranı ve bu membranla kromatin arasındaki ilişkiyi organize eden bir ağ oluştururlar. Bu nedenle laminler, çekirdeğin şeklini, büyüklüğünü ve kromatin paternini düzenliyor ve transkripsiyonu etkiliyor olabilirler. Laminler ile çekirdeğin diğer komponentleri arasındaki ilişki, lamin proteinlerinin enzimatik fosforilasyonu ve defosforilasyonunu ile düzenlenir. Örneğin; laminlerin fosforilasyonu, mitozun başlaması için gerekli olan, çekirdek membranının kaybolmasına neden olabilir.C. Nüklear Porlar: Çekirdek membranında çok sayıda nüklear por kompleksleri bulunur. Bu porların çapı yaklaşık 70 nm dir. Nüklear por kompleksi, nükleoporin denilen glikoproteinlerden oluşmuştur ve gp210 denilen glikoproteinle çekirdek membranına tutunmuştur. Nükleoporinlerin düzenlenişi, nüklear por kompleksine karakteristik oktogonal şekli verir. Poruslar, önemli moleküllerin çekirdekten sitoplâzmaya (mRNA, rRNA, tRNA) ya da ters yönde (nükleik asitler, polimerazlar, histonlar, laminler) geçecekleri bir kanal oluştururlar ve geçişi kontrol ederler. Çekirdek membranı her büyüklükteki iyon ve moleküller için geçirgen olmadığından, çekirdek ve sitoplâzma arasındaki madde alış verişi yalnızca porlar aracılığıyla olur. Çapları 9 nm’ye kadar olan iyon ve moleküller, enerjiye gerek olmadan porlardan geçerler. 9 nm’den büyük olan molekül kompleksleri ise reseptörlerin aracılık ettiği ve enerji olarak ATP’nin kullanıldığı aktif bir işlemle taşınırlarlar.III. KROMATİNNüklear kromatin, DNA ile buna bağlı histon ve nonhiston proteinlerden oluşur ve yoğun bazofilik boyanır.A. Nükleozom: İzole kromatinin elektron mikrograflarda, ince uzun bir iplik ve bunun üzerinde, tesbih tanesi gibi belirli aralıklarda dizilmiş partiküller şeklinde görülür. Her iplik, çift sarmallı DNA molekülüdür. Partiküller ise, kromatinin tekrarlayan yapısal subünitleridir ve bunlara nükleozom denir. Her nükleozom, her biri çift olarak bulunan 4 tip histon (H2A, H2B, H3 ve H4) içeren bir gövdeden oluşmuştur. Histonlarının her birinin çevresinde 166 baz çifti taşıyan kopyalanmış DNA çift heliksleri sarmal yapar (paketler). Bunlardan ayrı olarak, 48 baz çiftinden oluşan DNA segmenti (bağlayıcı bölge) komşu nükleozomlar arasında bir bağlantı oluşturur . Bir başka histon ise (genellikle H1), hem nukleozom yüzeyine ve hem de bu DNA segmentine (bağlayıcı bölge) bağlanır. Kromatinin bu organizasyonu, bir ipe geçirilmiş boncuk dizisine benzer. Histon yapısında olmayan (non–histon) proteinler de kromatine bağlanır; ancak, bu proteinlerin düzenlenişi tam olarak bilinmemektedir. Kromatinin bir üst organizasyon düzeni; yaygın olarak bir "solenoid" olarak bilinen 30 nm lik bir liftir. Bu yapıda nükleozomlar, 30 nm lik kromatin lifi oluşturmak için bir eksen etrafında her bir dönüşte 6 nükleozom ile sarmal yaparlar. Özellikle mitoz ve mayoz sırasında, kromatinin kromozomlara dönüşüp yoğunlaşması için sarmallaşmanın daha da artması gereklidir.B. Kromatin Tipleri: Heterokromatin ve ökromatin denilen iki tipi vardır. Heterokromatin, aşırı kıvrılmış kromatindir.ve bu nedenle toplam genomunun az bir bölümünü kullanır. Bu tip kromatin içeren çekirdek bazik boyalarla çok koyu boyanır. Ökromatin kıvrılmamış kromatindir ve çok zayıf boyanır, elektron mikroskobunda bile ayırdetmek oldukça güçtür. Transkriptin yapılabilmesi için, kromatinin DNA sının açık (kıvrılmamış) olması gerekir. Bu nedenle; çekirdeği soluk boyanan (ökromatik) hücreler, DNA transkripsiyonunda, çekirdeği koyu boyanan (heterokromatik) hücrelerden daha aktiftirler. Büyük, soluk boyalı (ökromatik) çekirdek genellikle, fazla bir transkripsiyonal aktivite ve hızlı bir hücre bölünmesinin işaretidir.C. Kromatin Paterni: Nüklear kromatinin miktar ve dağılımındaki farklılık, özellikle sitoplâzma boyanması özellik göstermeyen hücrelerin tanınmasında önemli bir kriterdir. Çok soluk boyanmış çekirdeklerde bile, çekirdek membranının hemen altındaki fibröz laminaya bağlı olarak bir halka şeklinde heterokromatin bulunur. Bu membrana bağlı heterokromatin, çekirdek sınırının ışık mikroskobunda bile görünmesini sağlar.D. Kromozomlar: Kromozomlar, kromatinin çok fazla yoğunlaşmış şeklidir ve ancak mitoz sırasında görünürler. Bir başka deyişle, interfaz evresindeki bir hücrede kromatin, mitoz evresindeki bir hücrede ise kromozom görülür. Selenoidler kromozomları oluşturmak için, histon olmayan bir protein eksen etrafında, daha fazla kıvrılırlar. İnsanın 23 çift kromozomundan 22 çifti somatik kromozomlar adını alır ve her bir çift yapısal olarak benzerdir (homolog). Diğer çifte seks kromozomları denir. Erkeklerde bu çift, yapısal olarak bir birine benzemez (XY), dişilerde ise benzer (XX). Dişilerde, her hücre yalnızca bir X kromozomunu kullanılır. Aktif olmayan diğer X kromozomu genellikle, seks kromatini ya da Barr cismi adını alan bir heterokromatin kümesi şeklinde görülür. Bir çok hücrede Barr cismi çekirdek membranının iç yüzüne tutunmuştur. Nötrofilik lökositlerde, loblu çekirdeğe tutunmuş davul tokmağı şeklinde görülür. Tıpta seks kromatini ile çalışmalar büyük kabül görür. Hermafroditizim ve psödohermafroditizm gibi dış genital organlarından cinsiyeti tam olarak saptanamayan hastaların genetik cinsiyeti bu yolla saptanabilir. Seks kromatini saptanması, seks kromozomu ile ilgili anomalilerin saptanmasında da önemlidir. Örneğin; Klinefelter sendromunun (testiküler atrofi, azospermi) nedeni hücredeki XXY (bir X fazla) kromozomunun bulunmasıdır.Bir kişinin kromozomlarının sayılmasına karyotip denir. Karyotip çalışmaları tümörler, lösemiler ve çeşitli genetik hastalıkların teşhisinde ve tedavinin kontrolunda önemlidirE. Karyotip: Bir hücrenin karyotipi, kromozomlarının tiplerine göre düzenlenmiş şeklinin bir fotoğrafıdır. Böyle bir fotoğraf ya da resmin hazırlanmasına karyotipleme denir. Hücre kültüründeki hücreler, phytohemagglutinin (biti kökenli bir mitojen) ile muamele edilerek, hücrelerin mitoza başlaması stimüle edilir. Bölünmekte olan hücreler, colchicine ile muamele edildiklerinde, kromozomların en belirgin olduğu metefaz evresinde mitoz durur. Hücrelerin hipotonik bir solüsyonda eritilmesi, kromozomların bir lam üzerinde, üst üste binmeden dağılmasına neden olur. Bu şekildeki kromozomların fotoğrafı çekilir. Fotoğraftaki kromozomlar kesilerek büyükten küçüğe doğru sıraya dizilirler. Bu kromozom haritaları incelenerek, kromozomlarda yapısal bir anormallik olup olmadığ]

Plâzma Membranı ve Sitoplâzma
Bu bölüm;
•   Yaşayan organizmalarda yapı ve fonksiyonun ayrılamaz bir bütün olduğunu,
•   Sitoplâzmik komponentlerin (membranlar, organeller ve inklüzyonlar) adını ve fonksiyonunu,
•   Her bir sitoplâzmik komponentin alt birimlerini ve bu alt birimlerin komponentin fonksiyonundaki rolünü,
•   Hücrenin fonksiyonları ve her bir komponentin bu fonksiyonlardaki rolü,
•   Sitoplâzmik komponentleri ışık ve elektron mikroskobik mikrofotoğraflarda tanımayı ve bu görüntüden yola çıkarak fonksiyonu hakkında fikir yürütmeyi,
•   Hangi fonksiyonu yapan hücrede hangi yapıların hakim olduğunu,
•   Fonksiyonun bozulmasıyla birlikte yapıda nasıl bir değişikliğin ortaya çıktığını,
•   Hangi fonksiyonel bozulmanın, hangi sitoplâzmik komponentle ilgili olduğunu,
•   Hücre farklılaşmasını,
öğrenmenize yardımcı olacak.
I. HÜCRENİN GENEL ÖZELLİKLERİ
A. Yaşamın Altbirimi: Hücre; tüm doku, organ ve organ sistemlerinde, yaşamın (ve hastalıkların) yapısal ve fonksiyonel birimidir. Her hücrenin kapasitesi ve bu kapasitenin sınırları, onun yapısında saklıdır. Bu nedenle, bir tıp öğrencisi, hücrenin kapasitesini ve bu kapasitenin sınırlarını kavrayabilmek için, hücrenin yapı ve fonksiyonunu bilmek zorundadır.
B. Prokaryot ve Ökaryot Hücre: 2 temel hücre tipi vardır. Prokaryotik hücreler; tipik olarak küçük, çekirdek membranı, histonları ve membranöz organelleri olmayan, tek hücreli (ör. bakteriler) organizmalardır.Ökaryot hücreler, çok hücreli organizmaların başlıca hücreleridir. İnsan vücudunda, her biri ayrı bir fonksiyonu yerine getiren, birbirinden farklı yaklaşık 200 tip ökaryot hücre olmasına karşın, tümü için ortak özellikler verilebilir. Bu bölüm, ökaryotik hücrelerin temel yapısal ve fonksiyonel özelliklerini kapsar. İnsanın spesifik hücre tipleri diğer bölümlerde anlatılacaktır.
C. Hücresel Komponentler: Ökaryotik hücrelerin 3 majör komponenti vardır:
1. Hücre membranları (II), hücreyi çevresinden ayırır ve hücre içinde de belli fonksiyonları olan kompartımanlar (çekirdek, organeller) oluşturur. Dış hücre membranına, plâzma membranı ya da plâzmalemma denir.
2. Karyoplâzma (çekirdek) (IV), membranla çevrilidir ve DNA içerir. DNA üzerinde, protein sentezi ve bu nedenle de hücrenin tüm aktiviteleri için gerekli olan genetik bilgi kodlanmıştır. Ayrıca, genetik kodun hangi bölümünün kullanılacağını saptayan ve kodlanmış bilgiyi sitoplâzmaya taşıyan komponantlere de sahiptir.
3. Sitoplâzma (III), çekirdeği çevreler ve plâzma membranı tarafından çevrelenir. DNA direktiflerini dekodlayacak ve hücre aktivitelerini gerçekleştirecek yapı ve maddeleri içerir.
Sitoplâzma ve karyoplâzmaya birlikte protoplâzma denir.
D. Hücresel Fonksiyonlar: Yaşayan organizmaların çoğunda, 3 majör aktivite karakteristiktir; beslenme, büyüme ve gelişme ile çoğalma. Bu bölümde, bu aktivitelerin gerçekleştirilmesi için gerekli olan temel fonksiyonlar anlatılacaktır. Hücre fonksiyonlarının diğerleri ayrıntılı ve uygulamalı olarak diğer bölümlerde anlatılacaktır.
II. HÜCRE MEMBRANLARI
A. Biyokimyasal Komponentler:
1. Lipidler, hücre membranında bulunan lipidler; fosfolipidler, sfingolipidler ve kolesteroldur. Bunlar içinde fosfolipidler (ör. lesitin), en çok bulunanıdır. Her fosfolipid molekülü bir polar (hidrofilik) fosfat içeren baş grubu ile bir nonpolar (hidrofobik) bir çift yağ asidi zincirine sahiptir. Membran fosfolipidleri, iki yapraklı bir tabaka oluşturacak şekilde düzenlenmişlerdir. Bu düzenlenişte, kuyrukları membranın merkezinde ve birbirine doğrudur. Ozmiyumla boyanmış preparatların elektron mikroskobik görüntüsünde; tek bir membran (ünit membran), koyu boyanmış 2 tabaka arasında açık boyanmış bir tabaka şeklinde görülür. Bu trilaminer görüntü, indirgenmiş ozmiyumun hidrofilik baş grubunda birikimi nedeni ile olabilir.
2. Proteinler, membran ağırlığının %50 den fazlasını oluştururlar. Membran proteinlerinin büyük bir bölümü globulardır ve aşağıdaki gruplardan birisine dahildirler:
a. İntegral membran proteinleri, lipid tabakası içine sıkıca yerleşmişlerdir ve bunları çıkartmak için deterjan gereklidir. Hidrofilik amino asitleri, membran fosfolipidlerinin fosfat grupları ile, hidrofobik amino asitleri ise, yağ–asidi kuyrukları ile temas edecek şekilde kıvrılmışlardır. Bazıları, membranın yalnızca bir yüzeyinden dışarıya doğru çıkmışlardır. Transmembran proteinleri denilen bir diğer grubu ise membranı tüm kalınlığı boyunca geçip, her iki yüzeye doğru da çıkıntı yaparlar. Protein–3–tetramer gibi bazı membran proteinleri, hidrofobik bölgelerinde, su ve suda eriyen maddeler için bir pasaj oluşturarak, hidrofilik kanallar gibi görev görürler.
b. Periferal membran proteinleri, membranın dış ya da iç yüzeyine gevşekçe tutunmuş, bazıları globular (küremsi), bazıları ise filamentöz (ipliksi) proteinlerdir. Ör.; eritrositlerde, sitoplâzmik yüzeyde bulunan spektrin, membran bütünlüğünün sürdürülmesine yardımcı olur. Ankirin, spektrin'i, protein–3–tetramer'in sitoplâzmaya bakan bölümüne bağlar.
3. Karbonhidratlar plâzma membranında başlıca, membran glikoproteinleri ve glikolipidlerinin yarımlarını oluşturan oligosakkaritler şeklinde bulunurlar. Membran oligosakkaritleri, karakteristik olarak, hücrenin dış yüzeyinden uzanan dallı bir yapıya sahiptirler ve glikokaliks (hücre kılıfı) adı verilen yüzeyel bir kılıf oluştururlar.
B. Membran Organizasyonu: Yaygın olarak kabul gören sıvı mozayik modele göre, biyolojik membranlar; “lipid denizinde yüzen protein buzdağları.” şeklinde tanımlanırlar. İntegral proteinler, lateral olarak hareket edebilirler ve ilişkili oldukları periferal proteinler, sitoplâzma içinde bulunan sitoskletal (III.I) elemanlar, komşu hücrenin membran komponentleri ile ekstrasellüler matriksin komponentleri tarafından saptanan yeniden düzenlenmeye uğrayabilirler. İntegral proteinler, (hareket açısından) bir yere fikse değillerdir. Bazen membranın her tarafına dağılırlar, bazen de, membranın belli bir yerinde toplanarak protein kepi oluştururlar.
C. Membran Fonksiyonları:
1. Seçici geçirgenlik Hücre membranı, hücrenin ya da hücre organellerinin iç ve dış ortamları arasında etkili bir bariyer oluşturur. Böylece; zararlı maddelerin girmesini, makromoleküllerin dağılmasını ve enzim ile substratların dilüe olmasını engellerler. Bununla beraber, membranlar seçici geçirgenlik gösterirler. Bu özellik, hücrenin yaşamını devam ettirebilmesi için gerekli olan, fonksiyonel denge ya da homeostazı sürdürmesinin temelidir. Homeostatik mekanizmaların sürdürülmesi; intrasellüler iyon, su, enzim ve substrat konsantrasyonlarının, hücre membranı tarafından optimum düzeyde tutulmasına bağlanabilir. Seçilmiş moleküllerin geçişini sağlayan üç mekanizma vardır.
a. Pasif difüzyon Belli maddeler (ör. su), konsantrasyon gradientine bağlı olarak, membranı her iki yönde geçebilirler. Pasif difüzyon için enerji gerekli değildir.
b. Kolaylaştırılmış difüzyon Belli moleküller (ör. glikoz), bir membran komponentinin yardımı olmadan, membranı serbestçe geçemez. Kolaylaştırılmış difüzyon çoğunlukla tek yönlüdür, konsantrasyon gradientini izler ve enerji gerektirmez.
c. Aktif transport Bazı difüzyon yeteneğinde olmayan moleküller, konsantrasyon gradientini izleyerek ya da ona karşı olarak membranın her iki tarafına doğru geçebilirler. Böyle bir hareket için enerji, genellikle de ATP gereklidir. Aktif transporta örnek, sodyum pompası (Na*/K* –ATPaz) dır. Bu pompa, hücre dışındaki sodyum konsantrasyonu, hücre içindekinden fazla bile olsa, sodyum iyonlarını hücre içinden, hücre dışına pompalayabilir.
2. Sinyal transdüksiyonu Hücre yüzeyinde, sinyal moleküllerine (ör. nörotransmitterler, peptid hormonlar, büyüme faktörleri) güçlü bağlanma afinitesi olan membran reseptör proteinleri bulunur. Reseptörün spesifik olarak bağlandığı sinyale ligand denir. Reseptör, kendi sinyal molekülüne bağlandıktan sonra, sinyali hücre membranından hücre içine taşır. Bu olaya sinyal transdüksiyonu denir ve bu iletide bilinen üç reseptör sınıfı vardır:
a. İyon kanalına bağlı reseptörler (transmitter kapılı iyon kanalları) plâzma membranını birkaç kere kateden (geçen) uzun proteinlerdir. Bir nörotransmitter (ligand olarak) hücre yüzeyindeki reseptörüne bağlanarak biçimsel bir değişikliği indüke eder. Reseptörde oluşan bu biçim değişikliği sonucunda, transmembran iyon kanalı açılır (ya da kapanır). Ligantın bağlanması ve sonuçta kapının açılması kısa sürer, eski düzen yeniden alınır. Yeterince uzun (ya da yeterince şiddetli) süren bir sinyal, potansiyel değişikliğine bağlı olarak, membrandan yeterince iyonun geçebilmesi için ek kanallar açılmasına neden olur (voltaj kapılı iyon kanalları). Sinyalin eşik değere ulaşması, membran depolarizasyonunun sürekliliğini ve sinir hücresi yüzeyi boyunca yayılmasını sağlar.
b. Enzime bağlı reseptörler hücre membranını bir kere geçen, bir enzime bağlı (genellikle bir protein kinaz) ya da kendisi kinaz aktivitesi gösteren transmembran proteinlerinin heterojen bir grubundan oluşurlar. Protein kinazlar, başka proteinleri de fosforilasyonla aktive ederler. Bu yolla, ligandın reseptörüne bağlanması, komplike bir enzim aktivasyonu başlatabilir.
c. G–proteine bağlı reseptörler membrandan yedi geçiş yapan proteinlerden oluşurlar. Her reseptör farklı bir liganta bağlanır ve en önemli hedef proteine (bir iyon kanalı ya da enzim) sinyal bağlanmasının etkisi dolaylıdır. Bu olayda guanozin trifosfat (GTP) ya da G–protein aracılık eder. Reseptör kendisine ligantının bağlanmasıyla G–proteini aktive eder. G–protein kompleksi aktive olduktan sonra reseptörden ayrılarak GTP ye bağlı bölümün hedefini aktive etmesine olanak sağlar.
3. Steroid hormon reseptör ailesi. Peptid hormonlar ve büyüme faktörlerinin büyük bir çoğunluğu sinyallerini hücre yüzey reseptörleri aracılığıyla hücre içine gönderirken, steroid hormonlar (ör. hidrokortizon, östrojen) retinoidler (A vitamini ile ilişkili bileşikler) ve D vitamini membrandan kolayca geçerek, nukleustaki reseptörlere bağlanırlar. Bu nuklear reseptörler, spesifik ligand bağlanan ve DNA bağlanan yerlere sahiptirler. Bu özellikleri sayesinde belli genleri aktive ya da inaktive edebilirler.

   Birçok hastalığın nedeninin defektli reseptörler olduğu kanıtlanmıştır. Örneğin, psödohipoparatiroidizm ve bir tip cüceliğin nedeni, paratiroid büyüme hormonu reseptörlerinin fonksiyonel olmamasıdır. Her iki durumda da hormonların kan düzeyleri normal olduğu halde, reseptörler normal olmadığı için hedef hücreyi etkileyemezler.

4. Endositoz Hücre, endositoz adı verilen bir mekanizmayla, çevresindeki maddeleri yutup, etrafı membranla çevrilmiş bir vezikül halinde sitoplâzma içine alabilir.
a. Fagositoz (hücrenin yemesi)da, hücre, büyük makromoleküller ya da tümüyle bir bakteri gibi erimeyen ekstrasellüler maddeleri yutar. Bu şekilde oluşmuş veziküle, fagozom denir.
b. Pinositoz (hücrenin içmesi)da, hücre, içinde çeşitli eriyenler bulunan az miktardaki intersellüler sıvıyı yutar. Pinositotik veziküller genellikle fagozomlardan daha küçüktürler.
c. Reseptör–aracılı endositoz da hücre, yabancı maddeyi, kendi yüzey reseptörü ile birlikte yutar. Ligandın reseptöre bağlanması, ligand–reseptör kompleksinin, kılıflı çukur içinde toplanmasını indüke eder. Kılıflı çukur, sitoplâzmik yüzünü klatrin adlı bir proteinin döşediği sığ bir membran çöküntüsüdür. Bu çıkıntının derinleşmesi ve koparak membrandan ayrılması, hücre içinde ligand–reseptör kompleksini taşıyan, kılıflı vezikül ün oluşmasını sağlar. Daha sonra, klatrin kılıf vezikülden ayrılır. Bu yeni kılıfsız veziküle endozom denir ve ligand reseptörden ayrılır. Endozom ya da CURL (compartment of uncoupling of  receptor and ligand = çözülmüş reseptör ve ligand kompartımanı), tübül şeklini almaya başlar ve reseptörü ligandtan ayırarak 2 bölüme ayrılır. Reseptör plâzma membranına geri döner, ligand ise lizozomlara gider.
5. Egzositoz Egzositoz, hücrenin maddeleri dışarıya çıkartmasıdır. Hücre bu işlemi, hem sekresyon ve hem de sindirilmemiş maddelerin ekskresyonu için kullanır. Membranla çevrili bir vezikül ya da salgı granülü, plâzma membranıyla birleşir ve içeriğini, plâzma membranını bozmadan, ekstrasellüler aralığa boşaltır.

   Antibiyotik ve diğer ilaçlar hastalık tedvisinde etkili olmalarına karşın, kandan hızla temizlenme gibi bir dezavantaja sahiptirler. Bunun sonucunda, sağlıklı hücreler ve mikroorganizmalar için toksik olabilirler. Bilim adamları bu problemi çözebilmek için, lipozom adı verilen fosfolipid keselerle ilgili olarak çalışmaktadırlar. Fosfolipidler bir ilaçla karıştırıldıklarında, onu çevreleyerek bir kese yaparlar. Lipozomların, içerdikleri ilaçları tedricen verdiklerine inanılmaktadır. Böylece kandaki düzeyleri uzun süre yüksek tutulabilmekte toksititeleri azaltılabilmektedir. Lipozomlar, hücre içine difüzyon ya da endositoz ile alınmaktadır. Bilim adamları, bu konuda bir adım daha ileri giderek, antikanser ilaçlarını, düşük yoğunluklu lipoprotein (DYL) partikülleri ile karıştırmışlardır. DYL partikülleri hücre içine reseptör aracılı endositozis ile girerler. DYL, naturel bir partiküldür ve bu nedenle de vücudun immün sisteminden kaçabilir. Böylece, DYL partikülleri, ilacını vermeden önce haraplanmaktan kurtulur.

6. Kompartımantalizasyon Membranlar, suda eriyen maddelerin çoğu için seçici bir pasaj oluşturur. Sitoplâzmada çok sayıda membranla çevrili kompartımanlar (organeller) bulunur. Bunları her biri, eriyenlerinin yoğunluğuna bağlı olarak, farklı bir iç çevreye sahiptir. Bu kompartımantalizasyon, çok basamaklı biyokimyasal reaksiyonlarda, metabolik ara madde ve kofaktörlerin seyrelmesini önler ve duyarlı reaksiyonları ekstranöz maddelerin etkisinden korur.
7. Metabolik işlemlerin spatiyotemporal organizasyonu Kimi hücresel membranlar (ör. mitokondri iç membranı, Golgi kompleksi), bir seri enzimler içerirler. Bu enzimler öyle düzenlenmişlerdir ki, çok basamaklı metabolik işlemlerde, ara maddeler, bir enzimden diğerine geçer. Enzimlerin spatiyal düzenlenişi, böylesi işlemlerin kronolojik sırasını sürdürür ve böylece aramaddelerin belli konsantrasyonlarda kalmalarını sağlar.
8. Depolama, taşıma ve sekresyon Membranla çevrili veziküller, belli maddelerin intrasellüler işlemler sırasında izole edilmesini sağlarlar. Veziküller içindeki maddeler, ya ilerde kullanılmak üzere saklanabilirler (depolama), ya daha ileri işlemler için bir kompartımandan diğerine taşınabilirler (taşıma; Membran Akışı'na bakın), ya da hücreden dışarıya atılabilirler.
D. Membran Akışı: Membranların bir organelden diğerine hareketine membran akışı denir ve organel fonksiyonunun genel bir özelliğidir. Membran, bir vezikül şeklinde bir organelden kopar, başka bir organelle birleşir. Böylece, belli bir organelde membran sentezi ya da yıkımı olmadan, membran miktarının değişmesi sağlanır.
III. SİTOPLÂZMA
Sitoplâzmik yapılar 3 gruba ayrılabilir. Organeller, membranla çevrili, enzim içeren ve kalıcı hücresel kompartımanlardır (ör. mitokondri). Her bir organel, farklı bir yapıya sahiptir ve farklı bir fonksiyonu yerine getirir. Sitoplâzmik inklüzyonlar, membranla çevrili olabilir ya da olmayabilirler, genellikle geçici olarak bulunurlar ve hücre metabolizmasına katılımları daha az aktiftir (ör. lipid damlacıkları). Sitoskleton, sitoplâzma içinde destekleyici bir ağ oluşturan proteinöz elementlerden oluşmuştur. Bu elementlerden bazıları (mikrotübüller), farklı sitoplâzmik yapıları da oluştururlar (sentrioller gibi).
A. Mitokondri (mitokondriyon): En büyük sitoplâzmik organel olan mitokondriler, hücrenin enerji sağlayan yapıları (enerji santralları) dır.
1. Yapı Yaklaşık bir bakteri büyüklüğünde (yaklaşık 2–6 µm uzunluğunda ve 0.2 µm çapında) olan mitokondri'lerin şekli değişiklik gösterir: Yuvarlak, ovoid, filamentöz biçimli olabilirler. Her mitokondri 2 ünit membranla çevrilmiştir.
a. Dış mitokondriyal membran ın sınırları düzgündür ve kesintisiz; ancak, nispeten porlu bir örtü oluşturur. Çeşitli küçük moleküllere karşı serbest bir geçirgenliğe sahiptir.
b. İç mitokondriyal membran por sayısı daha azdır ve bu nedenle de yarıgeçirgendir. Mitokondri'nin içine doğru uzanan, krista adı verilen çok sayıda kıvrımlar yapar. Mitokondriyal kristalar, birçok hücrede raf biçimindedir. Ancak, steroid sentezleyen hücrelerde kristalar tüp biçimlidir. İç membranın iç yüzü, F1 subünitler de denilen iç membran subünitleri (şekilleri nedeniyle lollipop da denir) ile döşelidir. Buralar, mitokondriyal ATPaz aktivitesinin olduğu yerlerdir. Ayrıca, mitokondriyal ribozomlar da iç yüzeye tutunmuşlardır. Mitokondriyal fonksiyonda önemli rolü olan enzimler ve kofaktörleri (ör. sitokromlar, dehidrogenazlar, flavoproteinler) içeren elektron transport sistemi de, iç membranın diğer komponentlerinin arasına yerleşmiştir.
c. Mitokondriyal membranlar, membranla çevrili 2 tane boşluk oluştururlar. Bunlardan İntermembranöz aralık, iç ve dış membranlar arsında yerleşiktir ve krista içinde bulunan, intrakristal aralıkla devam eder. İnterkristal aralık ya da matriks aralığı denilen diğeri, iç membranla çevrilidir ve mitokondriyal matriksi içerir.
d. Mitokondriyal matriks, su, eriyikler ve mitokondriyal kalsiyum–iyon yoğunlaşmasıyla ilgili olduğuna inanılan, matriks granülleri içerir. Ayrıca, bakterilerdekine benzeyen sirküler DNA ve mitokondriyal ribozomlar da bulunur. Matriks, çok sayıda, Krebs siklusu (sitrik asid siklusu, trikarboksilik asid siklusu), lipidlerin *–oksidasyonu ve mitokondriyal DNA sentezi gibi mitokondriyal fonksiyonlarla ilgili olan eriyebilir enzimleri de içerir.
2. Fonksiyon  Mitokondri,  hücresel metabolitlerden elde edilen enerjiyi; ATP nin yüksek enerji bağlarında depolayarak, hücrenin, kimyasal ve mekanik çalışmaları için gerekli olan enerjiyi sağlar. ATP mitokondriden ayrılır ve depoladığı enerjiyi hücre içinde değişik yerlerde salar. Mitokondri, kendi DNA sını ve bazı proteinleri sentezler. Birleşme ya da tomurcuklanmayla, büyür ve çoğalır. Hızlı bir şekilde hareket edebilir ve şekil değiştirebilir. 1980'lerde Lynn Margulis, mitokondrilerin kökenini açıklayan endosimbiyoz (Gr. endon: içinde; symbionai: birlikte yaşamak, bir organizmanın diğer bir organizmanın içinde yaşaması biçiminde ortak bir yaşam) teorisini ileri sürmüştür. Bu teoriye göre; bundan 1.5 milyar ya da 700 milyon yıl önce, büyük olan bir prokaryot (olasılıkla ilk eukaryot), daha küçük olan bir prokaryotu fagosite etmiştir. Fagositozdan sonra küçük organizmayı sindirmemiş, onunla simbiyoz (Gr. sym: ile; bionai: yaşamak, iki hayvan, iki bitki ya da bir hayvan ile bir bitki arasındaki karşılıklı yaralanmaya dayanan beraberlik) bir yaşama girmiştir. Büyük organizma, küçük olandan (protomitokondriyon) ATP, küçük olan da büyük olandan uygun bir çevre ve ham madde sağlamaktadır. Hücre mitokondrisiz, mitokondri de hücre dışında yaşayamaz.
3. Yerleşimi  Mitokondri, hemen hemen tüm ökaryotik hücrelerde ve sitoplâzmanın her tarafına yayılmış durumda bulunur. Bununla beraber, çok fazla enerji gereksinimi olan hücrelerde ve hücrelerin çok fazla enerji gereksinimi olan bölgelerinde fazla miktarda bulunurlar. Fazla miktarda mitokondri içeren hücreye örnek, kalp kası hücresidir. Böbrek tübüllerini döşeyen epitel hücrelerinin, su ve iyonların aktif transportunun olduğu bazal yüzündeki membran kıvrımları arasında bol miktarda mitokondri bulunur.

   Mitokondrial yetmezliğin neden olduğu çok sayıda hastalık vardır. Bunların pek çoğu müsküler disfonksiyon ile karakterizedir. İskelet kası hücreleri, yüksek enerjili metabolizmaları nedeniyle mitokondrial defektlere çok duyarlıdırlar. Bu hastalıklar genellikle üst göz kapağının düşmesiyle başlar ve yutma zorluğu, kol ve bacaklarda güç kaybıyla devam eder. Bunların nedeni, mitokondri ya da hücre çekirdeğinde olabilecek DNA mutasyonu ya da defektidir. Mitokondriyal defektler anneden miras kalır. Çünkü, fertilizasyon sırasında spermin yalnızca nukleusu ovum içine girer. Nukleusla birlikte babaya ait mitokondrilerin de girmesi oldukça nadirdir. Nuklear DNA defektlerinde ise miras hem anne ve hem de babadan kalabilir. Mitokondriyal yetmezliğin kas ve sinir sisteminde neden olduğu yapısal anomali ve metabolik bozukluklar şu şekilde özetlenebilir: Kas zayıflığı (özellikle ekstraoküler kaslar), merkezî sinir sisteminin dejeneratif hastalıkları (optik sinir liflerinin kaybı, serebellar doku kaybı ya da beyin akcevher dejenerasyonu) ve metabolik bozukluk (yüksek laktik asit düzeyi).

B. Ribozomlar: Ribozomlar, protein sentezleyen organellerdir. 2 temel tipi vardır: (1) Ökaryotlarda bulunan ve büyük olan (25 nm) sitoplâzmik ribozomlar ile (2) prokaryotlar, kloroplâstlar, mitokondrilerde bulunan ve daha küçük olan (20 nm) mitokondriyal ribozomlar.
1. Yapı Her iki tip ribozom da, ultrasantrifügasyon sırasında sedimentasyon oranlarına göre adlandırılan 2 ribozomal subüntden oluşmuştur (ama genellikle “büyük” ve “küçük” olarak adlandırılırlar). Mitokondriyal ribozomlar, 50S ve 30S, sitoplâzmik ribozomlar ise 60S ve 40S subünitlere sahiptir. Sitoplâzmik ribozomların her iki subünitinin de RNA molekülleri (ribozomal RNA, rRNA) çekirdekçikte sentezlenir. Proteinleri (bağlı proteinler) ise sitoplâzmada sentezlenir ve daha sonra çekirdeğe girip rRNA’ya bağlanırlar. Subünitler, nuklear poruslardan geçerek sitoplâzmaya girerler ve protein sentezine katılırlar. Ribozomlar, çok sayıda fosfat grubu içerdiklerinden, yoğun bazofilik boyanırlar. Bu nedenle, ribozomların sitoplâzmada yoğun olarak bulunduğu yerler ışık mikroskobunda, bazofil lekeler şeklinde görünürler. Bu bazofil alanlara, bez hücrelerinde ergastoplâzma, nöronlarda ise Nissl cisimcikleri denir. Elektron mikrograflarda ise ribozomlar, küçük ve elektron–yoğun sitoplâzmik granüller şeklinde görünürler.
2. Yerleşimi ve fonksiyonu Sitoplâzmik ribozomlar 2 şekilde bulunurlar. Serbest ribozomlar, sitoplâzmada dağılmış olarak ve tek tek bulunurlar. Poliribozomlar ya da polizomlar, tek bir haberci RNA (mRNA) şeridi boyunca dizilmiş şekildedirler. Bu düzenleniş, aynı mesajdan, bir proteinin çok sayıda kopyasının yapılmasına olanak verir. Polizomal ribozomlar, mRNA kodunu okurlar (çevirirler) ve bu nedenle, amino asidlerin spesifik bir proteini yapmak üzere bir araya gelmelerinde kritik bir rol oynarlar. Polizomlar, sitoplâzmada serbest bir şekilde (serbest polizomlar) bulunabilecekleri gibi, endoplâzmik retikulumun membranlarına bağlı olarak da bulunabilirler (endoplâzmik retikulumun polizomları). Serbest polizomlar, hücre içinde kullanılacak olan yapısal proteinler ve enzimleri sentezler. Endoplâzmik retikulumun membranına tutunmuş olan polizomları ise sentezledikleri proteni retikulumun sisternasına verirler. Bu proteinler ya hücreden salgılanırlar (pankreas ve tükrük enzimleri) ya hücre içinde depolanırlar (lizozomik enzimler, lökositlerin granüllerindeki proteinler). Ayrıca, plâzma membranının integral proteinleri de endoplâzmik retikulumun membranına tutunmuş polizomlarda sentezlenir.
C. Endoplâzmik Retikulum: Endoplâzmik retikulum (ER), çeşitli hücre maddelerinin sentez, paketlenme ve işlenmesinden sorumludur. Membranların, serbestçe anastomozlaşarak bir ağ (retikulum) oluşturmasından meydana gelmiştir. Membranlar, uzun, yassı, yuvarlak ya da tübüler vezikül ya da sisternalar (endoplâzmik retikulumun lümeni) oluştururlar. Transfer veziküller, ER dan tomurcuklanma ile ayrılan, sitoplâzmayı geçerek Golgi kompleksine ulaşan küçük ve bir membranla çevrili veziküllerdir. Golgi kompleksine ulaştıklarında içeriklerini, daha ileri işlemler ya da paketlenme için bu organele bırakırlar. Tümüyle farklılanmış hücelerde, granüler ve agranüler denilen 2 tipi vardır.
1. Granüler endoplâzmik retikulum
a. Yapı Granüler endoplâzmik retikulum (GER) membranlarının dış yüzüne, büyük bir çoğunluğu polizom şeklinde olan ribozomlar tutunmuştur. Özellikle protein sentezi yapmak için özelleşmiş hücrelerde (ör. pankreas asiner hücreleri, plâzma hücreleri), GER bol miktardadır ve sisternaları tipik olarak birbirine paralel, uzun ve yassıdır. Ribozomlar, GER un bazofilik boyanmasının nedenidir. GER in ince yapısı (membranlar ve ribozomlar), ancak EM ile görülür. Yalnızca GER membranlarında bulunan proteinler, bir reseptör gibi fonksiyon gören docking protein ile riboforin I ve II dir.
b. Fonksiyon GER başlıca sitoplâzmadan izole bir şekilde tutulan proteinlerin sentezini yapar. Ör. kollejen gibi salgı proteinleri, hücre membranının yapısına katılacak olan proteinler ve lizozomal enzimler (otolizi önlemek için sitoplâzmanın diğer bölümlerinden bir membranla ayrılmış durumdadır). Tüm proteinlerin sentezi, ERa bağlı olmayan ribozomlarda başlar. Endoplâzmik retikulumun içine alınacak olan proteinlerin mRNA sının, 5' ucunda fazladan bir baz dizisi bulunur. Sinyal dizisi (signal sequence) denilen bu baz dizisi, sitoplâzmadaki yaklaşık 20–25 hidrofobik amino asidi kodlar. Çeviri başladığında sinyal dizisi, 6 tane birbirine benzemeyen polipeptid ve bir tane 7S RNA molekülünden oluşan, sinyal tanıyıcı partikül (signal–recognition particle=SRP) adı verilen bir kompleks ile ilişki kurar. SRP poliribozom kompleksi, ER membranındaki docking protein denilen bir reseptöre bağlanıncaya kadar, polipeptit zincirinin daha fazla uzamasını engelleyecek bir etki gösterir. SRP docking proteine bağlandığında, çevirinin devam etmesine izin vermek için poliribozomdan ayrılır. GER membranlarında, docking proteinlerden başka, riboforin I ve II denilen iki integral membran proteini de bulunur. Bu proteinler, ribozomların büyük subünitleri için bağlanma yerleri oluştururlar ve agranüler endoplâzmik retikulum yapısında bulunmazlar. Riboforinler ayrıca, granüler endoplâzmik retikulum membranlarının hidrofobik gövdesi içinden geçen hidrofilik kanallar oluştururlar. Bu kanallar, yeni sentezlenen proteinlerin granüler endoplâzmik retikulum lümenine geçişini sağlar. Bu geçişin tek yönlü olduğunu vurgulamak için vektöriyel boşaltım adı verilir. Sentezlenen protein granüler endoplâzmik retikulum lümenine geçtikten sonra, sinyal dizisi, granüler endoplâzmik retikulumun iç yüzeyinde yerleşik, spesifik bir enzim olan sinyal peptidaz tarafından uzaklaştırılır. Protein çevirisi devam ederken, sisterna içinde, sekonder ve tersiyer yapısal değişikliklerin yanısıra, hidroksilasyon, glikozilasyon, sulfasyon ve fosforilasyon gibi bazı sentez sonrası değişiklikler de olur. Sentez sonrası değişikliklerden en önemlisi iç glikozilasyondur. Bu işlemde dışarı verilecek olan proteinlere çok miktarda mannoz içeren oligosakkaritler eklenir. GER da sentezlenen proteinler, değişik amaçlar için kullanılırlar: Hücre içi depolama (lizozomlarda ve lökositlerin spesifik granüllerinde), hücre dışına verilecek proteinlerin hücre içinde geçici olarak depolanması (pankreasta, bazı endokrin hücrelerde) ve diğer membranların bir komponenti olarak (integral proteinler). Hücrelerde sentezlenen proteinler, doğrudan hücre dışına verilebilir ya da sitoplâzma içinde izole edilerek tutulur. Bulunuş şekillerine göre değişik hücresel aktivitelerde rol oynarlar.ve bu hücreler, değişik  aktivitelerine uygun bir ultrastrüktür gösterirler.
2. Agranüler endoplâzmik retikulum (AGER)
a. Yapı ER un bu tipi de hücre içinde membranöz bir ağ oluşturmakla birlikte, GER dan ultrastrüktürel olarak iki önemli farkı vardır. Birincisi, GER da olduğu gibi ribozomlar bulunmaz. Bu nedenle, AGER membranları düz görünür. İkincisi ise, sisternaları GER e göre daha tübüler ya da vezikülerdir. AGER membranları, GER membranlarından kaynaklanır. Her iki formun membranları birbiri ile devam edebilir. AGER soluk boyanır. Bu nedenle ışık mikroskobunda sitoplâzmanın diğer yapılarından ayırd edilmesi oldukça zordur.
b. Fonksiyon Ribozom taşımadığı için protein sentezlemez. Lipit metabolizmasında, steroid hormon sentezinde, glikojen sentezinde (glikoz–6–fosfataz) ve detoksifikasyonda önemli bazı enzimler içerir. Detoksifikasyon, toksik maddelerin enzimatik konjigasyonu, oksidasyonu ve metilasyonu ile olur.
c. Yerleşimi AGER bazı hücrelerin sitoplâzmasında, özellikle steroid sentezleyen hücrelerde (sürrenal korteks ve gonad hücrelerinde) bol miktarda  bulunur. Glikojen sentezi ve ilaç detoksifikasyonu ile ilşkili olarak karaciğer hücrelerinde de çok sayıda bulunur. Çizgili kas hücrelerinde bulunan özelleşmiş AGER sarkoplâzmik retikulum adını alır. Burada kalsiyum iyonlarının, alınması ve salınması yoluyla kas kasılmasının düzenlenmesine yardımcı olur.
3. Mikrozom Bu terim, sitololoji ve biyokimyada homojenizasyon sırasında endoplâzmik retikulumun parçalanması ile oluşan vezikülleri ifade etmek için kullanılır. Doğal olarak bu yapı canlı hücrelerde bulunmaz. Homojenizasyon  sırasında membranın parçalammasıyla oluşan parçalar küçük veziküller oluşturmak üzere birleşirler ve üzerine ribozomlar tutunmuş olabilir. Mikrozomlar, santrifügasyon yoluyla biyokimyasal analizler için izole edilebilirler. Mikrozomlar daha ileri fraksiyona tabi tutularak membranlarındaki polizomların da ayrılması sağlanabilir.
D. Golgi Kompleksi (Golgi aparatus),: Başta sekresyon olmak üzere birçok aktiviteye katılır. Asıl görevi, membran akışını ve organeller arası vezikül trafiğini koordine etmektir.
1. Yapı Bu membranöz organel, 3 majör kompartımandan oluşur: (1) Birbiri üzerinde düzenli aralıklarla yerleşmiş, hafifçe kıvrılmış ve yassılaşmış 3–10 sisterna; (2) sisternaların çevresinde çok sayıda küçük veziküller ve (3) bu kümenin konkav yüzeyinde bazen yoğunlaşmış vakuoller olarak da isimlendirilen birkaç büyük vakuol. Kümenin cis yüzü (konveks yüz, immatür yüz), genişlemiş olan komşu ER sisternalarına çok yakındır ve taşıyıcı veziküller ile kuşatılıdır.  Sisternalar, ozmiyum ile oldukça koyu boyanır. Trans yüz (konkav, matür yüz) sıklıkla çok sayıda yoğunlaşmış vakuol içerir ve genellikle çekirdeğe uzak olan yüzdür.
2. Fonksiyonları
a. Polisakkarit sentezi Golgi kompleksi, polisakkarit ve oligosakkarit zincirlerinin (her seferinde bir şeker ekleyerek) boyuna uzamasını sağlayan, çok sayıda glikoziltransferazlar içerir.
b. Salgı ürünlerinin modifikasyonu Golgi enzimleri, proteinlerin ve lipitlerin glikozilasyonu ile glikozaminoglikanların (GAG) sulfatlanmasıyla ilgilidir. Bu nedenle Golgi kompleksi, salgılanacak glikoproteinler, proteoglikanlar, glikolipitler ve sulfatlı GAG ların sentezine önemli rol oynar.
c. Salgı ürününün paketlenmesi ER da sentezlenen ürün, Golgi kompleksi tarafından bir vezikül şeklinde paketlenir. Bu salgı vezikülü ya da salgı granülü ekzositozis için plâzma membranına taşınır.
d. Salgı ürününün konsantrasyonu ve depolanması Bazı hücrelerin Golgi kompleksi, salgı ürününü salgılamadan önce yoğunlaştırır ve depolar. Böyle bir yoğunlaştırma, Golgi kompleksinin trans yüzünde, genellikle salgı granüllerinin prekürsoru olarak da hizmet gören yoğun vakuollerin majör fonksiyonudur.
3. Yerleşimi Golgi kompleksi tipik olarak çekirdeğin yanında bulunur (jukstanüklear) ve genellikle sentriole (vezikül trafiğini yönlendirmede önemli rolü vardır) yakın yerleşimlidir. Golgi kompleksi, sekresyon için özelleşmiş nöron ve bez hücrelerinde en iyi gelişmiştir.
4. Maddelerin Golgi kompleksine doğru akışı Salgı maddeleri, tek yönlü olarak Golgi kompleksine doğru hareket eder. Bu olayda, transfer vezikülü ER dan tomurcuklanmayla kopar ve Golgi kompleksinin immatür (cis) yüzüne yapışır. Vezikül içeriği, bir sisternadan diğer sisternaya geçerken değişikliğe uğrar ve matür (trans) yüze.doğru ilerler. Buradan tomurcuklanmayla ayrılırken içeriği ürünün son şeklidir. Bununla beraber, bu görüş geçen zamanla birlikte değişikliğe uğramakta. Lizozomal enzimlerin paketlenmesinde Golgi kompleksinin rolü tartışmalıdır. Bazı araştırmacılar, bu gibi enzimlerin paketlendiği asıl yerin GERL (Golgi, Endoplâzmik Retikulum, Lizozom) olduğunu düşünürler. GERL, lizozomal enzimleri içeren endoplâzmik retikulumun Golgi kompleksinin trans yüzüne yakın olan elemanlarından oluşur.
Golgi komplesindeki vezikül trafiği iki yolda oluşur:
Dış yol:
•   İntegral membran proteinleri, erimiş proteinler ve enzimleri içeren taşıyıcı veziküller, endoplazmik retikulumun yüzeyinden ayrılırlar.
•   Ayrılan taşıyıcı veziküller COPII (Kılıflı Protein II) ile çevrilirler.
•   Taşıyıcı veziküller, mikrotubuller aracılığıyla Golgi kompleksinin cis yüzüne doğru taşınırlar.
•   Kimileri, COPII kılıfından sıyrılarak birbirleriyle birleşip, daha büyük veziküller oluştururlar.
•   Bu büyük veziküller cis Golgi ile birleşirler.
•   Proteinlere şeker eklenir ve böylece glikoproteinler oluşur. Glikolizayon, birbirini izleyen basamaklar şeklinde olur ve her basamağın kendisine ait enzimleri vardır.
•   Bu basamaklar, proteinleri Golgi kompleksinin cis bölgesinden medial bölgesine, oradan da trans bölgesine taşıyan shuttle veziküllerde olur.
•   Trans Golgi’den ayrılan veziküller (salgı vezikülleri), üretimi tamamlanmış maddeleri gidecekleri yere taşırlar.
İç yol:
Golgi kompleksine bu trafik olurken, üretimin çeşitli aşamalarında yer alan enzimler de üretilen maddeyle birlikte yol alırlar. Bu nedenle, asıl etkinlik gösterdikleri yerlerden uzaklaşırlar. Üretim bittiğinde, Golgi kompleksi enzimleri ürünlerden ayırır ve bu enzimler endoplazmik retikuluma geri dönerler. Geri dönüş de veziküller içinde olur; ancak, bu veziküller COPI (Kılıf Proteini I) ile çevrilmiştir.

   Bazen bir hastalığın nedeni, bir molekülün iletilmesindeki hatadan kaynaklanabilir. Ölümcül kalıtsal bir hastalık olan kistik fibrozis buna örnek olarak gösterilebilir. Bazı olgularda, mutasyona uğramış kistik fibrozis geninin ürünü ( klor pompasın yardımcıdır), bazı hücrelerde, klor iyonlarını (Cl¯) hücre dışına atacak pompanın bulunduğu plâzma membranına ulaşamaz. Pompa proteini, ER ya da Golgi kompleksinin membranına yapışmaya başlar ve hiç bir zaman, ulaşması gereken doğru yere varamaz. Bunun sonucunda, plâzma membranında sıvı ve iyon taşınmasında bir dengesizlik başlar ve belli hücrelerin etrafında aşırı miktarda sıvı birikir. Bu da, akciğerlerin hava yollarının tıkanmasına neden olarak nefes almayı güçleştirir.

E. Fagozomlar: Fagozomlar, lizozomal sindirim için gerekli olan maddeleri içeren, bir membranla çevrili ve çeşitli büyüklükte olabilen veziküllerdir. İki majör tipi vardır. Heterofagozomlar, heterofaji ürününü içerirler. Ör. hücre dışından fagositozisle hücre içine alınan maddeler. Otofagozomlar, otofaji ürününü içerirler. Ör. ölmüş ya da hasarlanmış organeller gibi hücre içi maddeler. Fagozomal içeriğin sindirimi, bir fagozomun bir ya da daha çok sayıda primer lizozomla birleşerek, sekonder lizozomları oluşturmasıyla başlar. (Not: Bazı yazarlar, heterofagozom terimini sekonder lizozom için kullanırlar.)
F. Lizozomlar: Lizozomlar, bir membranla çevrili, yuvarlak veziküllerdir. Her biri hücre içi sindirimden sorumlu 50 den fazla enzim içerebilir. Lizozomların karakteristik enzim aktiviteleri, onların, diğer sellüler granüllerden ayrılmasını sağlar. Bunlar içersinde, lizozomlarda en çok bulunanı asit fosfatazlar, bu organelin ayırd edilmesinde en önemli enzimlerdir. Lizozomlarda yaygın olarak bulunan diğer enzimler, ribonükleazlar, dezoksiribonükleazlar, katepsinler, sulfatazlar, *–glukuronidazlar, fosfolipazlar ve diğer proteazlar, glukozidazlar ve lipazlar dır. Lizozomal enzimler  genellikle glikoprotein şeklindedirler ve asidik pH da daha çok aktiftirler. Lizozomlar, aktivite düzeylerine bağlı olarak değişik büyüklükte ve değişik elektron yoğunluğunda olabilirler.
1. Primer lizozomlar, küçük (5–8 nm çapında), elektron yoğun bir içeriği olan ve elektron mikrograflarda siyah bir yuvarlak şeklinde görülen yapılardır. Lizozomların depo şeklidir ve enzimleri çoğunlukla inaktiftir. Lizozomal enzimler, RER da sentezlenir ve ilk glikozlanması da burada olur. Daha sonra, daha ileri glikozlanma için Golgi kompleksine taşınır. Primer lizozom olarak son paketlenmesinin Golgi kompleksinde mi ? Yoksa GERL de mi ? Olduğu tam olarak bilinmemektedir. Primer lizozomlar sitoplâzmanın her tarafına yayılmıştır. Hemen hemen tüm hücrelerde bulunmakla birlikte en çok fagositik hücrelerde bulunurlar (Ör. makrofajlar, nötrofiller).
2. Sekonder lizozomlar, primer lizomlardan daha büyük, daha az elektron yoğun ve benekli  görünümdedirler. Bir ya da daha çok primer lizozomun bir fagozomla birleşmesi sonucunda meydana gelirler. Başlıca fonksiyonu, heterofaji ve otofaji ürünlerinin sindirilmesidir. Lizozomal enzimler, fagozom içeriği ile birleştiğinde aktifleşirler. Bu sindirim olayının sonunda, hücrenin yaşamına devam edebilmesi ve büyümesinde kullanılabilecek maddeler üretilir (küçük kullanılabilir moleküller çevreleyen sitoplâzmadan içeriye difüzyonla geçebilirler) ve organellerin yenilenmesi sağlanır. Lizozomal enzimler, hücrenin sentezlediği bazı maddeleri katabolize de ederler. Böylece salgı maddesinin niteliği ve niceliği düzenlenir. Sekonder lizozomlar, birçok hücrenin sitoplâzmasının her tarafında görülürler. Hücredeki sayısı, o hücrenin lizozomal ve fagositik aktivitesini yansıtır.
3. Rezidüel cisimler,  büyüklüğü ve elektron yoğunluğu, lizozomal fonksiyonun son evresine bağlı olarak değişen, membranla çevrili inklüzyonlardır. Rezidüel cisimler, pigmentler, kristaller ve belli lipidler gibi sindirilememiş maddeleri içerirler. Bazı hücreler (Ör. makrofajlar), rezidüel cisimleri artık madde olarak dışarıya atarlar. Fakat uzun ömürlü hücreler (Ör. kas, sinir), bu cisimleri sütoplâzmalarında biriktirme eğilimindedirler. Bu hücrelerdeki artık cisimler, hücresel yaşlanmayı yansıtırlar. Bunlara lipofuksin granülleri denir. Bu granüller, ışık mikroskobunda sarımsı kahverengi, elektron mikrograflarda ise elektron yoğun partiküller olarak görünürler.
   Normalde lizozomal membran, kendi enzimlerine karşı geçirgen değildir. Böylece, hücre içeriği sindirilmekten korunur. Bununla beraber bazen, lizozomlar, otoliz ya da kendini yıkmaya neden olabilirler. Ör.; insanın embriyolojik gelişimi sırasında el ve ayak parmakları bitişiktir. Normal gelişimde parmaklar birbirinden ayrılır. Bunun için de parmakları birbirine bağlayan hücrelerin ortamdan çıkartılması gerekir. Bunu sağlayan da, otolizdir ve bu olay aslında proglamlanmış bir hücre ölümüdür (apoptozis). Bazı olgularda, primer lizozomlar içeriklerini hücre dışına boşaltırlar ve enzimleri ekstrasellüler ortamda etki gösterir. Ör.; osteoklastlar tarafından sentezlenen ve salınan kollajenazın, kemik matriksi yıkması. Bu tip reaksiyon, iltihap ya da incinmenin iyileşmesinde önemli rol oynar. Lizozomlar, insan vücudundaki birçok maddenin metabolizmasında önemli bir rol oynarlar. Bu nedenle, birçok hastalığın nedeni olarak, lizozomal enzimlerin yetmezliği gösterilmektedir. Lizozomal sulfatazların eksikliği nedeniyle, sulfatlı serebrosidlerin hücre içinde birikmesi, metakromatik lökodistrofi ye neden olur. Bu tip hastalıkların çoğunda spesifik lizozomal enzimler ya yoktur ya da inaktiftir. Bu durumda belli moleküller (glikojen, serebrosidler, gangliosidler, sfingomiyelin, glikozaminoglikanlar, vb.) sindirilemezler. Bunun sonucunda bu maddeler hücre içinde birikerek, hücrenin normal işlevini engellerler.

Hastalık   Etkilenen Başlıca Hücre   Etkilenen Başlıca Organ
Hurler   Fibroblast ve osteoblastlarda dermatan sulfat birikir   İskelet ve sinir sistemi
Sanfilippo Sendrom A   Fibroblastlarda heparan sulfat birikir   İskelet ve sinir sistemi
Tay–Sachs   Sinir hücrelerinde glikolipit birikir   Sinir sistemi
Gaucher   Makrofajlarda glikolipit birikir   Karaciğer ve dalak
I–hücre hastalığı   Fibroblast ve osteoblastlarda dermatan sulfat birikir   İskelet ve kas sistemi

G. Peroksizomlar: Primer lizozomlardan biraz daha büyük (0.5-1.2 µm çapında), membranla çevrili, enzim içeren veziküllerdir. Bazı hayvanlarda (insanlar hariç), elektron yoğun, granüler görünümde, nükleoid denilen ürat oksidaz bulunmasıyla lizozomlardan ayrılır. Peroksizomlar, hidrojen peroksit metabolizmasıyla ilgilidirler. Bakteri öldürme yeteneğinde olan hidrojen peroksiti üreten; hidroksiasit oksidaz ve D– ve L–amino oksidaz içerirler. Tüm bu enzimler kendi maddelerini okside ederler ve O2 ile H2O2’yi indirgerler. Ayrıca, çeşitli maddeleri okside eden ve toksik hidrojen peroksiti (hücrenin birçok önemli kompanentine zarar verir) su ve oksijene çeviren (2 H2O2 → 2 H2O + O2) katalaz da içerirler; böylece, hücreyi hidrojen peroksitin toksik etkisinden korurlar. Peroksizomlar, uzun zincirli yağ asitlerinin (18 karbonlu ya da daha uzun) *–oksidasyonuna yardımcı olarak, glukoneogenezise de katılırlar. İleri derecede saflaştırılmış peroksizom fraksiyonlarında, safra asitlerinin yapımını sağlayan, belli hidroksilasyon reaksiyonlarının da yerleşik olduğu gösterilmiştir. Peroksizomlar, ya sitoplâzmada dağılmış, ya da AGER a bağlı olarak bulunurlar. Peroksizom enzimleri (katalaz, *–oksidasyon enzimleri sitoplâzmadaki serbest polizomlarda sentezlenir. Bu enzimlerin karboksil ucunda, belirleyici bir sinyal gibi fonksiyon gören, kısa bir amino asit dizisi bulunur. Bu sinyale sahip proteinler, peroksizomun membranında bulunan reseptörler tarafından tanınır ve organelin içine alınır. Büyümüş olan peroksizomlar, henüz bilinmeyen bir mekanizmayla, iki küçük peroksizoma bölünür.
   Proksizomal enzimlerin defektli olmasından kaynaklanan birçok hastalık vardır. Defektli enzimler nedeniyle çok uzun zincirli yağ asitleri oluşur ve bu hastalıklar, asidoza bağlı metabolik rahatsızlık ya da etkilenen hücrelerde anormal yağ birikimi şeklinde kendilerini gösterirler. En yaygın örnek, adrenolökodistrofi'dir. Bu hastalıkda, yağ asitlerinin β-oksidasyonu bozulmuştur. Beyin, medulla spinalis ve sürrenal bezde anormal lipid birikimi olur; bunun sonucunda, demans (bunama) ve sürrenal yetmezliği gelişir. Bir diğer örnek; belirtileri, ciddi kas zayıflaması, karaciğer ve böbrek lezyonları, sentral ve periferik sinir sisteminin disorganizasyonu olan, Zellweger sendromudur. Bu hastaların karaciğer ve böbrek hücreleri elektron mikroskopik olarak incelendiğinde peroksizomların boş olduğu görülür.

H. Diğer Sitoplâzmik İnklüzyonlar: İnklüzyonların büyük bir çoğunluğu, yuvarlak biçimli ve görünüşü preparatın hazırlanış şekline göre değişen lipid damlacıklarıdır. Glikojen granülleri, ışık mikroskobunda PAS–pozitif boyanan, elektron mikrograflarda ise rozet ya da elektron yoğun partiküller şeklinde görülen inklüzyonlardır. Hem lipid damlacıkları ve hem de glikojen granüllerinin etrafında membran bulunmaz. Melanin, vertebralılarda yaygın bir şekilde bulunan kahverengimsi bir pigmenttir. Genellikle, melanozom adı verilen elektron yoğun, bir membranla çevrili granüller içinde bulunurlar. Özellikle, epidermal hücrelerde ve retinanın pigment tabakasında bol miktarda bulunurlar.
I. Sitoskleton: Sitoskleton, mikrotubul, mikrofilament ve intermediyet filament adı verilen filamentöz (ipliksi) elementlerin oluşturduğu ağsı bir yapıdır. Hücre şeklinin korunması için gerekli olan yapısal stabiliteyi sağlar. Hücrenin hareket etmesinde ve sitoplâzmik komponentlerin organizasyonunda önemlidir. Sitoplâzmik organizasyonun bir modeline göre; organeller ve sitoplâzmik inklüzyonlar, mikrotubuler kafes denilen üç boyutlu bir ağ içinde gömülü durumdadırlar. Mikrotubuler kafes, sitoskleton, enzimler ve diğer sitoplâzmik unsurları içerir; ki bunlar önceleri, bir amorf sitozol içinde erimiş ve rastgele dağılmış olarak kabul edilirlerdi. Bu hipotetik kafes, bazı membranların yaptığı gibi, çok basamaklı reaksiyonlarla ilgili olan enzimlerin sıralanmasının koordinesini de sağlıyor olabilir.
1. Mikrotubüller
a. Yapı Mikrotubuller, sitoskletonun en kalın komponentidir (çapı yaklaşık 24 nm). Değişen uzunluklarda olabilen, ince tubuler yapılardır. Duvarı 5 nm kalınlığında ve saydam görünüşteki iç boşluğu 14 nm çapındadır. Duvarı, tubulin heterodimer adı verilen subunitlerden oluşmuştur. Bunların her biri, bir *–tubulin ve bir *–tubulin protein molekülü içerir. Tubulin heterodimerleri, protofilament şeklinde düzenlenmişlerdir. İplik şeklinde olan onüç tane *– ve *– tubulin, birbirlerine paralel dizilerek, her bir  mikrotubulün duvarını yaparlar. Mikrotubullerin boyuna büyümesi, uclarından birinde bulunan ve nükleasyon merkezi denilen yere yeni heterodimerlerin eklenmesiyle olur. Bu polimerizasyon, deneysel olarak, kalsiyum iyon konsantrasyonunu düzenleyerek ya da antimitotik alkaloidler uygulayarak kontrol edilebilir. Colchicine, nükleasyon merkezine bağlanarak bu işlemi bloke eder. Vinblastin, tubuline bağlanarak mikrotubul oluşumunu engeller.

   Antimitotik alkaloidler, hücre biyolojisi (ör. colchicine kromozomların metafaz evresinde bloke edilerek karyotiplerin hazırlanmasında kullanılır) ve kanser kemoterapisinde (ör. vinblastine, vincristine ve taxol tümör hücrelerinde bölünmeyi bloke etmek için kullanılır) kullanılırlar. Tümör hücreleri hızla bölündüğünden, antimitotik ilaçlardan normal hücrelerden daha çok etkilenirler. Bununla beraber kemoterapinin yan etkileri vardır. Örneğin, bazı kan yapıcı hücreler ve sindirim sistemini döşeyen epitel hücreleri de normalde hızlı bölündükleri için bu ilaçlardan etkilenirler.

b. Fonksiyon Mikrotubuller; hücre şeklinin korunmasında, nöronlerda aksoplâzmik taşımada, pigment hücrelerinde melaninin dağıtımında, mitoz sırasında kromozomların hareketinde ve hücre içinde veziküllerin taşınmasında rol alırlar. Mikrofilamentlerin aksine mikrotubuller kontraksiyon yapmazlar. Boylarının kısalması, depolarizasyonla olur.
c. Yerleşim Mikrotubuller, birçok hücrenin sitoplâzmasının her tarafında bulunurlar. Ancak, çok iyi organize oldukları yerler; sentrioller, siller, flagellumlar, bazal cisimler ve mitotik iğlerdir.
(1.) Sentrioller
(a.) Yapı Bir sentriol, mikrotubullerin oluşturduğu silindrik bir gruptur. Çapı 150 nm ve uzunluğu 350–500 nm dir. Araba tekerleği şeklinde dizilmiş, 9 tane mikrotubul üçlüsü (triplet)i içerirler. Bir üçlüdeki her bir mikrotubul, komşu mikrotubul duvarının bir bölümünü paylaşır. Bir interfaz hücresinde, uzun eksenleri birbirine dik şekilde yerleşmiş bir çift sentriol vardır ve her birinin etrafında çok sayıda elektron yoğun satellitler ya da perisentriolar cisimleler bulunur. Diğer sitoplâzmik mikrotubuller, perisentriolar cisimlerden kaynaklanır ve çevreye doğru radiyal bir biçimde dağılır.
(b.) Fonksiyon Sentrioller, hücrenin yapısal organizerleridir. Sentriol dublikasyonu, hücre bölünmesi öncesi olması gereken bir olaydır ve mitoz sırasında sentrioller, mitotik iğin mikrotubullerini organize ederler. In vitro olarak bile, izole sentrioller mikrotubul polimerizasyonunu kontrol edebilirler. Sentrioller, perisentrioler cisimlerden kaynaklanan mikrotubuller yoluyla, bilinmeyen fiziksel organize edici güçleri iletebilirler. Sentrioller, mikrotubuller yoluyla organel, vezikül ve granül organizasyonu üzerinde bazı kontroller kurabilirler ve hücre içindeki hareketlerini etkileyebilirler. Sentrioller bazal cisimleri oluşturabilirler.
(c.) Yerleşim İnterfaz hücrelerinde sentrioller çekirdeğe yakın ve genellikle Golgi kompleksi tarafından çevrelenmiş şekilde bulunurlar. Sentrioller ve Golgi kompleksi hücrenin sitosentırını oluştururlar ve bu alan çekirdeğin yakınında boyanmamış bir bölge olarak görülür. İnterfazın S evresinde her bir sentriol çoğalarak  prosentriolü oluşturur. Bunlar da uzunlamasına büyüyerek orjinal boyutlarına erişirler. Mitoz sırasında yeni sentriol çiftleri, mitoz mekiğini organize etmek üzere, hücrenin karşı kutuplarına doğru hareket ederler.
(2.) Bazal cisim Sil ya da flagellum içeren hücrelerde, sentrioller apikal plâzma membranına göç ederler ve sentriolün kendi kendine eşini oluşturması gibi bazal cismi yaparlar. Bazal cisim, yapısal olarak sentriolün aynısıdır (9 tane mikrotubul üçlüsü içerir). Sitoplâzmada, her bir sil ya da flagellumun bazalinde bir tane bulunur. Bu yapılar için hem bağlanma noktası oluştururlar ve hem de mikrotubul organizer olarak görev görürler.
(3.) Siller Silli hücreler genellikle yüz tane sile sahiptirler. Hareketlidirler, etrafları plâzma membranı tarafından çevrilmiştir, 5–10 µm uzunluğunda 0.2 µm genişliğindedirler. Her silin ortasında aksonem denilen bir gövde bölümü vardır. Aksonem, ortada bir çift ve birbirine yapışmamış mikrotubul ile bunların etrafında 9 tane mikrotubul çifti (dublet) inden oluşmuştur (“9+2” düzeni). Bir çiftin partnerlerine, subfibril A ve B denir. Subfibril A, tam bir mikrofibrildir ve 13 tane protofilament tubulinine sahiptir. Subfibril B, 10 ya da 11 protofilamente sahiptir ve duvarının eksik tarafını partnerinin duvarıyla tamamlar. Her bir subfibril A nın duvarından dinein (ATP az aktiviteli bir protein) denilen bir çift kol, komşu çifte doğru uzanır. Neksin adı verilen protein köprüler, komşu çiftleri bir birine bağlarken, radiyal uzantı lar  da çiftleri, sentral mikrotubul çiftinin etrafındaki kılıfa bağlar. Her aksonem, bağlanmış olduğu bazal cisim tarafından organize edilir.
(4.)Flagellum Bir flagellum bir sile çok benzer. Ancak, silden çok uzundur ve bir hücrede 1 ya da 2 tane bulunur. İnsanda ve diğer memelilerde flagellum, yalnızca 50–55 µm uzunluğunda ve 0.2–0.5 µm kalınlığında olan spermiumun kuyruğunda bulunur. Flagellumun aksonemi. silin aksoneminin aynısıdır.

   Sil ve flagellum proteinlerinde mutasyonlar olduğu kanıtlanmıştır. Bunlardan birisi, Kartagener’in immotil sil sendromu adını alır. Bu olguda sil ve flagellumun dynein kolları yoktur. Erkek hastalarda sperm hareketsiz olduğu için steriliteye, solunum yolundaki siller temizleme fonksiyonunu yapamadığı için kronik bronşite neden olurlar.

(5.) Mitoz mekiği Mitotik bir hücrenin iki zıt kutbunda yerleşik sentriol çiftlerinin arasında bulunan iğ biçimli mikrotubullere mitoz mekiği denir. İğ mikrotubullerinin bazıları (kesintisiz lifler) bir sentriolden diğerine kesintisiz olarak uzanırlar. Diğerleri (kromozomal lifler), bir sentriolden uzanır, bir kromozomun sentriolüne tutunurlar. İğ aparatı, mitoz sırasında kromozomların ayrılması için şarttır.
2. Mikrofilamentler
a. Yapı Mikrofilamentler sitoskletal komponentlerin en incesidir (5–7 nm kalınlığında). Genellikle aktin proteinin bir ya da daha çok tipinden oluşmuşlardır. Çizgili kas hücrelerinde, miyozin filamentine bağlı olarak, stabil parakristalin yapısı oluştururlar. Diğer hücrelerde aktin filamentleri daha az stabildirler. Var olan düzenlerini değiştirebilir ve yeniden düzenlenebilirler. Bu değişmeler; sitoplâzmadaki kalsiyum iyonları, siklik AMP ve aktin bağlayan proteinler tarafından kontrol edilir.
b. Fonksiyon Mikrofilamentler kontraktildirler. Ancak, kontraksiyon yapabilmeleri için genellikle miyozinle ilişkiye girmeleri gerekir. Kas hücresinin dışındaki hücrelerde, erimiş şekildedirler. Sitokalazin uygulaması, mikrofilament organizasyonunu bozar. Bu durumda; endositoz; ekzositoz; mikrovillus kontraksiyonu; hücre hareketi; organel, vezikül ve granül hareketi; sitoplâzma akışı; hücre şeklinin korunması ve bölünen hücrelerde ekvator plağının oluşması fonksiyonları durur.
c. Yerleşim Kas hücrelerinin dışındaki hücrelerde mikrofilamentler, genellikle sitoplâzmada düzensiz bir kafes oluşturacak şekilde dağılmışlardır. Bundan başka, bazı yerlerde yoğun olarak da bulunabilirler. Ör.: Plâzma membranının hemen altında, terminal ağ denilen ince bir kılıf şeklinde, mikrovillusların ortasında birbirine paralel çizgiler şeklinde, psödopotların içinde, organel ya da diğer sitoplâzmik yapılara bağlı olarak ve bölünmekte olan hücrelerin ekvator bölgesinde bir kuşak şeklinde.
3. İntermediyet filamentler
a. Yapı İntermediyet filamentlerin kalınlığı (10–12 nm), mikrotubul ile mikrofilamentlerin kalınlığı arasındadır. Yapısal olarak nüklear laminlerle ilgili ve hücre tipine göre farklılık gösteren proteinlerden oluşmuşlardır. Epitel hücrelerindeki sitokeratinler, mezenşimal kökenli hücreler (ör. fibroblast, kondrosit) deki vimentin, kas hücrelerindeki desmin (skeletin), glia hücrelerindeki glial filamentler (glial fibriler asidik protein), nöronlardaki nörofilamentler (intermediyet filament demetleri). intermediyet filament proteinlerine örnektir.
b. Fonksiyon İntermediyet filamentlerin fonksiyonları hala araştırılmaktadır. Olasılıkla hücre şeklinin korunması ile ilgilidirler ve mikrotrabeküler kafesin bir elemanıdırlar. Nüklear laminlerle olan ilişkisi de bilinmemektedir.
c. Yerleşim İntermediyet filament tiplerinin çoğu sitoplâzmanın her tarafına yayılmışlardır. Genelde rastgele dağılmış olmalarına karşılık, bazı yerlerde oldukça düzenli düzenlenmiş olmalarının nedeni tam olarak anlaşılamamıştır. İntermediyet filamentlerin düzenli bulundukları yere bir örnek, dezmozomun sitokeratin içeren tonofilamentleridir.

   Tümör hücrelerinde spesifik tip intermediyet filamentlerin saptanması, o tümörün hangi tip hücreden geliştiğinin teşhis edilmesinde ve uygulanan tedavinin etkili olup olmadığının kontrol edilmesinde önemlidir.

Antijenler   Tanı
İntermediyet filamant proteinleri
Sitokeratinler   Epitel orijinli indiferensiye tümörler, karsinomlar, adenokarsinomlar
Glial fibriler asit protein   Bazı glial hücrelerin tümörleri
Vimentin   Bağ dokusu tümörleri
Desmin   Kas tümörleri


J. Hücre Komponentleri ve Hastalıklar

   Birçok hastalığın nedeni, spesifik hücre komponetlerinde meydana gelen moleküler değişikliklerle ilgilidir. Bu hastalıkların çoğunda yapısal değişiklikler, ışık ya da elektron mikroskopik ya da sitokimyasal tekniklerle gösterilebilir. Aşağıdaki tabloda, bu hastalıkların bazıları ve patobiyolojide birçok hücre komponentini anlamanın önemi vurgulanmıştır.

Etkilenen Hücre
Komponenti   Hastalık   Moleküler Defekt   Morfolojik Değişiklik   Klinik Sonuç
Mitokondri   Mitokondrial sitopati   Oksidatif fosforilizasyonda defekt   Kas mitokondrilerinde büyüklük ve sayıca artış   Hiperparatiroidizm olmadan yüksek bazal metabolizma
Mikrotubul   Kartagener sendromu   Sil ve flagellumda dynein yokluğu   Mikrotubul çiftleri arasında kolların olmaması   İmmotil sil ve flagellum ne-deniyle erkek-lerde sterilite ve kronik bronşit
   Fare diyabeti   Pankreas β hücrelerinde tubulin azalması   Pankreas β hücrelerinde tubulin azalması   Yüksek kan şekeri (diyabet)
Lizozom   Metakromatik lökodistropi   Lizozomal sulfataz yokluğu   Dokuda lipid (serebrosid) birikimi   Motor ve mental güçsüzlük
   Hurler sendromu   Lizozomal α–L iduronidaz yokluğu   Dokularda dermatan sulfat birikimi   Büyüme ve mental gerileme
Salgı granülü   Proinsülin diyabeti   Proinsülini parçalayıcı enzim defekti   Yok   Kanda yüksek proünsilin düzeyi (diyabet)
Golgi komleksi   I–hücre hastalığı   Fosfotransferaz yetmezliği   Fibroblastlarda inklüzyon partikülü birikimi   Fizikomotor gerileme, kemik anomalileri


Hücre Çekirdeği
Bu bölüm;
•   Çekirdek komponentlerinin adları ve fonksiyonları,
•   Her bir çekirdek komponentin alt birimlerini ve bu alt birimlerin komponentin fonksiyonundaki rolünü,
•   Hücre bölünmesi ve bu olayın hücre morfolojisi üzerine etkisi,
•   Hücre siklusunda bir evreden diğerine geçişi kontrol eden mekanizmalar,
•   Çekirdek komponentlerini ışık ve elektron mikroskobik mikrofotoğraflarda tanımayı ve bu görüntüden yola çıkarak fonksiyonu hakkında fikir yürütmeyi,
•   Çekirdek morfolojisi ile fonksiyonu arasında ilişki kurmayı,
•   Fonksiyonun bozulmasıyla birlikte çekirdek ve kromozom yapısında nasıl bir değişikliğin ortaya çıktığını,
•   Hangi fonksiyonel bozulmanın, hangi çekirdek komponenti ile ilgili olduğunu,
•   Çekirdeğin hücre farklılaşmasındaki rolünü,
öğrenmenize yardımcı olacak.
I. ÇEKİRDEĞİN GENEL ÖZELLİKLERİ
A. Majör Komponentleri: Çekirdeğin görünüşü dokuya ve hücreden hücreye değişmekle birlikte genelde dört bölümden oluşur: (1) Çekirdek membranı; (2) kromatin; (3) nükleoplâzma ve bir ya da daha çok sayıda (4) çekirdekçik.
B. Çekirdeğin Fonksiyonu:. Çekirdek, kromatininde, hücre komponentlerinin ve ürünlerinin sentezi için linear bir kod (DNA) içerir. Ayrıca, hücrenin üremesi için de gereklidir ve hücre siklusu sırasında çekirdek ve sitoplâzmada görülen değişiklikleri de kontrol eder. Kendi DNA’sını dublike edecek ve üç tip RNA’yı (mRNA, rRNA, tRNA) sentezleyecek ve işleyecek moleküler bir mekanizmaya sahiptir. Çekirdek protein üretmez; kendi aktiviteleri için gerekli olan proteini sitoplâzmadan alır.
C. Çekirdek Morfolojisi: Çekirdeğin görünüşü; dokudan dokuya, hücreden hücreye ve hatta hücre siklusunun farklı evrelerine göre değişir. Kimi matür hücrelerin (ör. eritrosit) çekirdeği yoksa da, tüm ökaryotik hücrelerin yaşamlarının bir döneminde, en azından bir tane çekirdekleri olmuştur. Çekirdeğin mikroskobik görünüşü, normal ve hastalıklı hücre ve dokuların tanınmasında ve sınıflandırılmasında önemlidir. Çekirdeğin özellikleri aşağıdaki kriterlere göre değişiklikler gösterir:
1. Büyüklük; sitoplâzma miktarına göre hem mutlak ve hem de nisbi büyüklüğü (nükleositoplâzmik oran) değişiklik gösterir.
2. Sayı; enüklet (çekirdeksiz), mononüklet (tek çekirdekli), binüklet (çift çekirdekli) ve multinüklet (çok çekirdekli) olabilir.
3. Kromatin paterni; heterokromatinin miktarı ve dağılımı, hücre tipine ve hücrnin aktivitesine göre farklılık gösterebilir.
4. Yerleşimi; hücre tipine göre bazal, sentral ya da eksentrik olabilir.

   Bir tümör hücresinde çekirdekte düzensiz özelliklerin (değişik büyüklük, atipik kromatin paterni, şekilde düzensizlik) varlığı ve komşu dokuyu istila etme kapasitesi, patologlar tarafından malinitenin derecelendirilmesi açısından önemli morfolojik özelliklerdir.
II. ÇEKİRDEK MEMBRANI
Çekirdek içeriği, iki ünit membran ve bunların arasında perinüklear sisterna (perinuklear aralık) denilen dar (40–70 nm) bir aralıktan oluşmuş, çekirdek membranı denilen bir membranla sitoplâzmadan ayrılmıştır.
A. Dış Membran: Dış yüzeyinde polizomlar bulunur ve yer yer GER’la bağlantı kurar. Bu noktalarda, perinuklear sisterna GER’in lümeniyle devam eder.
B. İç Membran: İç membranın iç yüzü, fibröz lamina denilen protein bir yapıyla döşelidir. Fibröz lamina, lamin A, B ve C denilen 3 temel proteinden oluşmuştur. Bunlar, yapısal olarak sitoplâzmadaki intermediyet filament proteinleriyle (vimentin, desmin) ilişkilidirler. Laminler, çekirdek membranı ve bu membranla kromatin arasındaki ilişkiyi organize eden bir ağ oluştururlar. Bu nedenle laminler, çekirdeğin şeklini, büyüklüğünü ve kromatin paternini düzenliyor ve transkripsiyonu etkiliyor olabilirler. Laminler ile çekirdeğin diğer komponentleri arasındaki ilişki, lamin proteinlerinin enzimatik fosforilasyonu ve defosforilasyonunu ile düzenlenir. Örneğin; laminlerin fosforilasyonu, mitozun başlaması için gerekli olan, çekirdek membranının kaybolmasına neden olabilir.
C. Nüklear Porlar: Çekirdek membranında çok sayıda nüklear por kompleksleri bulunur. Bu porların çapı yaklaşık 70 nm dir. Nüklear por kompleksi, nükleoporin denilen glikoproteinlerden oluşmuştur ve gp210 denilen glikoproteinle çekirdek membranına tutunmuştur. Nükleoporinlerin düzenlenişi, nüklear por kompleksine karakteristik oktogonal şekli verir. Poruslar, önemli moleküllerin çekirdekten sitoplâzmaya (mRNA, rRNA, tRNA) ya da ters yönde (nükleik asitler, polimerazlar, histonlar, laminler) geçecekleri bir kanal oluştururlar ve geçişi kontrol ederler. Çekirdek membranı her büyüklükteki iyon ve moleküller için geçirgen olmadığından, çekirdek ve sitoplâzma arasındaki madde alış verişi yalnızca porlar aracılığıyla olur. Çapları 9 nm’ye kadar olan iyon ve moleküller, enerjiye gerek olmadan porlardan geçerler. 9 nm’den büyük olan molekül kompleksleri ise reseptörlerin aracılık ettiği ve enerji olarak ATP’nin kullanıldığı aktif bir işlemle taşınırlarlar.
III. KROMATİN
Nüklear kromatin, DNA ile buna bağlı histon ve nonhiston proteinlerden oluşur ve yoğun bazofilik boyanır.
A. Nükleozom: İzole kromatinin elektron mikrograflarda, ince uzun bir iplik ve bunun üzerinde, tesbih tanesi gibi belirli aralıklarda dizilmiş partiküller şeklinde görülür. Her iplik, çift sarmallı DNA molekülüdür. Partiküller ise, kromatinin tekrarlayan yapısal subünitleridir ve bunlara nükleozom denir. Her nükleozom, her biri çift olarak bulunan 4 tip histon (H2A, H2B, H3 ve H4) içeren bir gövdeden oluşmuştur. Histonlarının her birinin çevresinde 166 baz çifti taşıyan kopyalanmış DNA çift heliksleri sarmal yapar (paketler). Bunlardan ayrı olarak, 48 baz çiftinden oluşan DNA segmenti (bağlayıcı bölge) komşu nükleozomlar arasında bir bağlantı oluşturur . Bir başka histon ise (genellikle H1), hem nukleozom yüzeyine ve hem de bu DNA segmentine (bağlayıcı bölge) bağlanır. Kromatinin bu organizasyonu, bir ipe geçirilmiş boncuk dizisine benzer. Histon yapısında olmayan (non–histon) proteinler de kromatine bağlanır; ancak, bu proteinlerin düzenlenişi tam olarak bilinmemektedir. Kromatinin bir üst organizasyon düzeni; yaygın olarak bir "solenoid" olarak bilinen 30 nm lik bir liftir. Bu yapıda nükleozomlar, 30 nm lik kromatin lifi oluşturmak için bir eksen etrafında her bir dönüşte 6 nükleozom ile sarmal yaparlar. Özellikle mitoz ve mayoz sırasında, kromatinin kromozomlara dönüşüp yoğunlaşması için sarmallaşmanın daha da artması gereklidir.
B. Kromatin Tipleri: Heterokromatin ve ökromatin denilen iki tipi vardır. Heterokromatin, aşırı kıvrılmış kromatindir.ve bu nedenle toplam genomunun az bir bölümünü kullanır. Bu tip kromatin içeren çekirdek bazik boyalarla çok koyu boyanır. Ökromatin kıvrılmamış kromatindir ve çok zayıf boyanır, elektron mikroskobunda bile ayırdetmek oldukça güçtür. Transkriptin yapılabilmesi için, kromatinin DNA sının açık (kıvrılmamış) olması gerekir. Bu nedenle; çekirdeği soluk boyanan (ökromatik) hücreler, DNA transkripsiyonunda, çekirdeği koyu boyanan (heterokromatik) hücrelerden daha aktiftirler. Büyük, soluk boyalı (ökromatik) çekirdek genellikle, fazla bir transkripsiyonal aktivite ve hızlı bir hücre bölünmesinin işaretidir.
C. Kromatin Paterni: Nüklear kromatinin miktar ve dağılımındaki farklılık, özellikle sitoplâzma boyanması özellik göstermeyen hücrelerin tanınmasında önemli bir kriterdir. Çok soluk boyanmış çekirdeklerde bile, çekirdek membranının hemen altındaki fibröz laminaya bağlı olarak bir halka şeklinde heterokromatin bulunur. Bu membrana bağlı heterokromatin, çekirdek sınırının ışık mikroskobunda bile görünmesini sağlar.
D. Kromozomlar: Kromozomlar, kromatinin çok fazla yoğunlaşmış şeklidir ve ancak mitoz sırasında görünürler. Bir başka deyişle, interfaz evresindeki bir hücrede kromatin, mitoz evresindeki bir hücrede ise kromozom görülür. Selenoidler kromozomları oluşturmak için, histon olmayan bir protein eksen etrafında, daha fazla kıvrılırlar. İnsanın 23 çift kromozomundan 22 çifti somatik kromozomlar adını alır ve her bir çift yapısal olarak benzerdir (homolog). Diğer çifte seks kromozomları denir. Erkeklerde bu çift, yapısal olarak bir birine benzemez (XY), dişilerde ise benzer (XX). Dişilerde, her hücre yalnızca bir X kromozomunu kullanılır. Aktif olmayan diğer X kromozomu genellikle, seks kromatini ya da Barr cismi adını alan bir heterokromatin kümesi şeklinde görülür. Bir çok hücrede Barr cismi çekirdek membranının iç yüzüne tutunmuştur. Nötrofilik lökositlerde, loblu çekirdeğe tutunmuş davul tokmağı şeklinde görülür.
   Tıpta seks kromatini ile çalışmalar büyük kabül görür. Hermafroditizim ve psödohermafroditizm gibi dış genital organlarından cinsiyeti tam olarak saptanamayan hastaların genetik cinsiyeti bu yolla saptanabilir. Seks kromatini saptanması, seks kromozomu ile ilgili anomalilerin saptanmasında da önemlidir. Örneğin; Klinefelter sendromunun (testiküler atrofi, azospermi) nedeni hücredeki XXY (bir X fazla) kromozomunun bulunmasıdır.
Bir kişinin kromozomlarının sayılmasına karyotip denir. Karyotip çalışmaları tümörler, lösemiler ve çeşitli genetik hastalıkların teşhisinde ve tedavinin kontrolunda önemlidir

E. Karyotip: Bir hücrenin karyotipi, kromozomlarının tiplerine göre düzenlenmiş şeklinin bir fotoğrafıdır. Böyle bir fotoğraf ya da resmin hazırlanmasına karyotipleme denir. Hücre kültüründeki hücreler, phytohemagglutinin (biti kökenli bir mitojen) ile muamele edilerek, hücrelerin mitoza başlaması stimüle edilir. Bölünmekte olan hücreler, colchicine ile muamele edildiklerinde, kromozomların en belirgin olduğu metefaz evresinde mitoz durur. Hücrelerin hipotonik bir solüsyonda eritilmesi, kromozomların bir lam üzerinde, üst üste binmeden dağılmasına neden olur. Bu şekildeki kromozomların fotoğrafı çekilir. Fotoğraftaki kromozomlar kesilerek büyükten küçüğe doğru sıraya dizilirler. Bu kromozom haritaları incelenerek, kromozomlarda yapısal bir anormallik olup olmadığ