Mitokondri, çekirdek, endoplazmik retikulum ve kloroplast… Bunları zaten biliyorsunuz. Peki diğerlerini? Hücreler, lise biyoloji derslerinde duyduklarınızdan çok fazlasını içeriyor. Hatta çok sıradışı olanlarını. Bu yazıda, daha önce duymadığınız, çoğu yeni keşfedilen organellere göz atacağız. Elbette, bu yazıda yer alan yapılar, içinizdeki mikro-evrenin sadece küçük bir alanını içeriyor.
Her Gün Yeni Bir Hücre Yapısı Keşfediliyor!
2008 yılında California Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Chalongrat Noree, oldukça zahmetli bir dizi deneyi gerçekleştirmek için kolları sıvadı. Mikroskop altında, binlerce farklı maya hücresini (Saccharomyces cerevisiae) inceledi. İncelediği her bir maya hücresi, floresans boyalarla etiketlenmiş farklı proteinler içeriyordu. Boya ile etiketli proteinler, mikroskop altında parıldıyor; bu sayede, Noree, hangi proteinin hücrede nerede toplandığını görebiliyordu. (Floresans boyalar ile daha fazla bilgiyi Çağrı Yalgın‘ın Bir tavşanı nasıl yeşil yeşil parlatırız? başlıklı yazısından edinebilirsiniz)
Henüz çalışması yeni başlamasına rağmen, Noree, çeşitli proteinlerin hücre içinde daha önce görülmemiş kümeler, yollar ve benzeri yapılar oluşturduğunu gördü. O günkü çalışmaları Noree’nin danışmanı Jim Wilhelm “Her hafta yeni bir hücre yapısı buluyorduk. Gerçekleştirdiğimiz deneyler her defasında kazandıran bir kumar makinesi gibi sonuç veriyor.” sözleri ile özetliyor.
Hücreler Arası İletişim Hatları
Hücre biyolojisine yeni giriş yapan yapılardan biri, hücreler arası uzanan nanotüpler… Bu zarla kaplı yapıların ortaya çıkışı ise tamamen bir rastlantı. 2000 yılında Heidelberg Üniversitesi’nde tümör hücreleri üzerinde gerçekleştirilen bir çalışmada, hücre boyama işlemlerini yapan master öğrencisi Amin Rustom’un deney protokolünde bir basamağı atlaması sayesinde, bu nanotüpler görülür hale geliyor.
Araştırma takımının 2004’te yayınladığı çalışmada, bu hatların, hücreler arasında, küçük organellerin taşındığı bir otoyol olduğu ortaya çıkıyor. Aynı yıl, İngiliz immünolog Daniel Davis, gerçekleştirdiği araştırma sonucunda bağışıklık hücrelerinin birbirine bu nanotüpler ile sinyal gönderebildiğini gösteriyor.
İlerleyen çalışmalar, bu nanotüplerin, çok çeşitli memeli hücrelerinde olduğunu gösteriyor. Bunlar araştırmalar arasında en heyecan verici olanı akyuvarlar ile ilgili olanı. Buna göre, lenfositler bu nanotüpleri bir zıpkın gibi kullanarak, tümör hücrelerini kendilerine çekebiliyor. Ya da kanser hücrelerine “ölüm sinyalleri” yollayarak, tümörün kendini yoketmesini sağlayabiliyor.
2010 yılında gerçekleştirilen başka bir çalışmaya göre, bu nanotüpler, aynı zamanda elektriksel sinyalleri de taşıyabiliyor. Bu sayede hücre göçü veya yara iyileşmesi sırasında hücreleri yönlendirebiliyor. HIV‘nin veya prionların (hastalık yapıcı proteinler) da bu nanotüplerden geçebildiği biliniyor.
Hücre İçinde Endüstriyel Devrim
Hücreler, laboratuvarlarda çok maliyetli işlemleri kolaylıkla ve yüksek verimle gerçekleştirebiliyor. Bilim insanları bu metabolik olayların bu kadar “iyi” bir şekilde çalıştığını uzun zamandır inceliyor.
Hücredeki bir çok malzemenin üretimi, birbirinden farklı onlarca enzimin beraber çalışmasına ihtiyaç duyuyor. Bir enzim, bir ürünün bir parçasını yaparken; bir diğeri bu parçayı, ürünün bütününe bağlıyor. Bir diğer enzim, oluşacak ürünün kararlılığını koruyor. Bir diğeri ise, ürünü test ediyor. Tıpkı, bir otomobil fabrikasında, üretim hattındaki farklı robotlar gibi… Bir robot, kaportayı yerine yerleştirirken, diğeri cıvatalarla kaportayı sabitliyor. Bir diğeri ise motoru takıyor.
Ancak, hücreler 3 boyutlu… Ve fabrikalarda gördüğümüz gibi, düz şekilde hareket eden sabit bir sistem bulunmuyor. Bir enzim tarafından işlenen malzeme hücre içine bırakılıyor. Bu malzemenin, bir şekilde, sıradaki enzime gidip, sonraki işlemleri gerçekleştirmesi gerekiyor. Elbette, hücre içi (sitoplazma) oldukça kalabalık olduğundan, enzimler arasında sorunsuz şekilde yol almak pek kolay değil. Hücreler bu önemli sorunu oldukça basit bir şekilde çözüyor. Benzer görevlere sahip enzimleri bir araya toplayarak…
Örnekle açıklayalım. Hücrelerin genetik bilgileri DNA’larında Adenin, Sitozin, Guanin ve Timin olarak moleküllerinin kombinasyonları ile kodlanır. Ki bu harflere nükleotit denir. Bu genetik harfleri de hücre kendisi üretebilir. Ancak, bu üretim bir çok enzimin beraber çalışmasını gerektirir. Her enzim, kendisine has olan bir görevi yerine getirir ve elindeki malzemeyi diğer bir enzime verir. Bu şekilde enzimden enzime atlayan ürün, sonuç olarak Adenin veya Guanin‘e dönüşür.
2008’de ABD Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’nde, bu üretimi sağlayan onlarca enzimin bir araya gelerek bir küme oluşturduğu keşfedildi. Purinosome adı verilen bu kümenin içinde, enzimler arasında hareket mesafesi kısaldığından, üretim veriminin arttığı ortaya çıkarıldı. 2010 yılında ise aynı araştırma grubu, ardışık görevlere sahip bu enzimlerin, hücre içinde mikrotübül adı verilen iplikçiklerle birbirine bağlanıp topaklar oluştuğunu gösterdi.
Moleküler Sandıklar
Ökaryotlarda yeni yapılar bulunur da, bakteriler de bulunmaz mı? Günümüzde bazı araştırmacılar, bakterilerde yeni bulunan “protein sandıklarını” inceliyor. İlk defa 50 yıl önce gözlenen bu hücre içi konteynerler, yapıları gereği virüslere benziyorlar. Ancak, virüslerin aksine, içlerinde hastalık yapıcı genetik materyal yerine, bakteri için önemli reaksiyonları gerçekleştirecek olan enzimleri içeriyor. Karbondioksit’i, hücrenin kullanabileceği diğer karbon kaynaklarına çevirmek gibi.
Enzimleri bu şekilde “moleküler sandıklarda” tutan bakteriler, enzimleri çevredeki toksik malzemelerden koruyabiliyorlar. Bu sayede enzimler daha yüksek verimde çalışabiliyor. 2005 yılında protein araştırmacılarının yaptığı çalışmalar sonucunda, 6 yüzlü olduğu ortaya çıkarılan bu sandıkların her bir yüzünde deliklerin olduğu görüldü. Bu delikler sayesinde, sandık içine ve dışına doğru madde akışı gerçekleşebildiği anlaşıldı. Buna göre biyolojik malzemeler, bu deliklerden sandığa giriş yapıyor; sandık içindeki enzimler tarafından işleniyor ve aynı delikten dışarı atılıyordu.
Araştırmacılar, artık bu moleküler sandıkları, endüstriyel kullanım için inceliyor. İstenilen enzimlerin, bu sandıkların içine konulması durumunda, sadece bu yapılar kullanılarak büyük çapta biyoyakıt üretimi gerçekleştirilebilir. Ancak, bu yapılar hakkındaki bilgilerimiz oldukça az. İç yapısı ve barındırdıkları enzimler hakkında henüz bir şey bilmiyoruz.
Hücrenin Kargo Konteynerleri
Günümüzde dikkat çeken diğer bir hücresel yapı ise exosome‘lar. İlk defa 1980’de keşfedilen bu yapılar, yakın geçmişe kadar göz ardı edilmiş. Bugüne kadar, görevinin sadece, hücresel çöplerin dışarıya atılması olduğu sanılan exosome’lar, İsveçli araştırmacı Jan Lötvall ile farklı görevlere sahip olduğunu gösterdi.
Akyuvarlardan B lenfositler üzerinde çalışan Lötvall, bu hücrelerin exosome’lar sayesinde patojenlere ait proteinleri hücre dışına saldığını gösterdi. Bu salınım ile, çevre hücrelerin o patojene karşı savunma durumuna geçmesi dürtükleniyor.
Exosome’ların daha şaşırtıcı bir görevi ise yine Lötvall’ın takımı tarafından 2008’de ortaya çıkarıldı. Bu çalışmaya göre, exosome’lar hücre içindeki mesajcı RNA’ları da dışarı salabiliyordu. Salınan bazı mRNA’lar da komşu hücreler tarafından alınıp protein yapımında kullanıldığı anlaşıldı. Bu bağlamda, exosome‘ların hücreler-arası iletişimde önemli bir potansiyelinin olduğu düşünülüyor.
Araştırmacılar, exosome’ları kullanarak, dokuya spesifik ilaç taşınımı üzerinde çalışıyor. Bu yapıların doğal olması sebebiyle, toksik etkisinin olmaması ve bağışıklığı tetiklememesi önemli avantajlardan bir kaçı. Nitekim, Oxford Üniversitesi’ndefareler üzerinde gerçekleştirilen bir çalışmada, exosome’lar kullanılarak, Alzheimer hastalığına neden olan bazı proteinler, beyin içinde başarıyla etkisizleştirildi.
Hücre Yılanları
Yeni hücre yapılarını incelerken, son başlığımızda oldukça sıradışı, bir o kadar da bilinmeyen bir proteini göreceğiz. Tüm hücreyi baştan başa saran ipliksi proteinleri. Tüm hücreyi boydan boya dolaşan bu ipliksi proteinler, üzerlerinde binlerce enzimi barındırıyor. Bu yılana benzer proteinler, meyvesineklerinden bakterilere kadar bir çok hücrede bulunuyor.
Ne işe yaradıklarına dair kesin bilgiler henüz bulunmuyor. Ancak fonksiyonları hakkında atılmış bazı hipotezler bulunuyor.
Bunlardan birine göre, bu ipliksi proteinler, üzerlerinde barındırdığı enzimleri aynı anda aktif hale getirebiliyor. Bu yolla, hücre bir enzimin çalışmasına aniden ve yüksek miktarda ihtiyacı olduğunda, bu iplikçikleri kullanarak, binlerce enzimi aynı anda aktifleştirebiliyor. Diğer görüşlere göre, bu iplikçikler, hücreye yapısal bir iskelet sağlıyor ve hücrelerin şekillerini değiştirebiliyor.
İncelenecek Milyonlarca Tür Daha…
Bu yazıda, yaşamın yapı taşı olan hücrelere ait yeni yapılardan sadece küçük bir kısmına değinebildik. Henüz keşfedilmeyi bekleyen onbinlerce tür canlı bulunuyor. Floresans boyama tekniklerinin yanı sıra, genomik bilginin okunmasındaki gelişmeler, yeni görüntüleme yöntemleri, hücrelere ait daha önce bilmediğimiz yapıları da gün yüzüne çıkarıyor. Hücre içinde yapılan bu keşifler, biyoteknoloji alanında, elimize yeni aletler sağlayacak gibi duruyor.
Yorum Ekle