Daha önce belirtildiği gibi, bir hücrenin sitoplazması çok sayıda işlevsel ve yapısal öğeye ev sahipliği yapar. Bu elementler moleküller ve organeller formunda bulunur – bunları hücrenin aletleri, aletleri ve iç odaları olarak resmedin. Hücre içi organik moleküllerin başlıca sınıfları, tümü hücrenin işlevleri için gerekli olan nükleik asitleri, proteinleri, karbonhidratları ve lipitleri içerir.
Nükleik asitler, bir hücrenin genetik kodunu içeren ve ifade etmeye yardımcı olan moleküllerdir. İki ana nükleik asit sınıfı vardır: deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA). DNA, hücreyi inşa etmek ve sürdürmek için gerekli tüm bilgileri içeren moleküldür; RNA, DNA’da depolanan bilgilerin ifadesiyle ilişkili çeşitli rollere sahiptir. Elbette nükleik asitler, genetik materyalin korunmasından ve ekspresyonundan tek başına sorumlu değildir: Hücreler ayrıca, genomu kopyalamaya ve hücre bölünmesinin altında yatan derin yapısal değişiklikleri gerçekleştirmeye yardımcı olmak için proteinleri kullanır.
Proteinler ikinci bir hücre içi organik molekül türüdür. Bu maddeler amino asit adı verilen daha küçük molekül zincirlerinden yapılır ve hücrede hem katalitik hem de yapısal olarak çeşitli işlevlere hizmet ederler. Örneğin, enzimler adı verilen proteinler, hücresel molekülleri (ister proteinler, karbonhidratlar, lipitler veya nükleik asitler olsun) bir hücrenin enerji ihtiyaçlarını karşılamaya, destek yapıları oluşturmaya veya atıkları dışarı pompalamaya yardımcı olabilecek diğer biçimlere dönüştürür.
Hücrelerdeki nişastalar ve şekerler olan karbonhidratlar, diğer bir önemli organik molekül türüdür. Basit karbonhidratlar, hücrenin anlık enerji talepleri için kullanılırken, karmaşık karbonhidratlar hücre içi enerji depoları olarak işlev görür. Karmaşık karbonhidratlar ayrıca hücre yüzeyinde de bulunur ve burada hücre tanımada çok önemli bir rol oynarlar.
Son olarak, lipitler veya yağ molekülleri, hücre zarlarının bileşenleridir – hem plazma zarı hem de çeşitli hücre içi zarlar. Aynı zamanda enerji depolamanın yanı sıra hücreler içinde ve kan dolaşımından hücrenin içine sinyalleri iletirler (Şekil 2).
Bazı hücreler ayrıca organel adı verilen düzenli molekül düzenlemelerine sahiptir. Bir evdeki odalara benzer şekilde, bu yapılar bir hücrenin geri kalanından kendi hücre içi zarlarıyla ayrılır. Organeller, hücre içindeki belirli işler için gerekli oldukça teknik ekipman içerir. Bir örnek, enerji üreten kimyasal reaksiyonlarda yer alan makineleri tutan ve koruyan organel olan – genellikle hücrenin “enerji santrali” olarak bilinen mitokondridir (Şekil 3).
Bir hücrenin çoğu sudur (% 70). Kalan% 30, değişen oranlarda yapısal ve işlevsel moleküller içerir.
Hücrelerin çapı 1 mikrometre (μm) ile yüzlerce mikrometre arasında değişebilir. Bir hücre içinde, bir DNA çift sarmalı yaklaşık 10 nanometre (nm) genişliğindedir, oysa bu DNA’yı çevreleyen çekirdek olarak adlandırılan hücresel organel yaklaşık 1000 kat daha büyük olabilir (yaklaşık 10 μm). Hücrelerin diğer moleküller, dokular ve biyolojik yapılarla (alttaki mavi ok) göreceli bir ölçek ekseninde nasıl karşılaştırıldığını görün. Bir mikrometrenin (μm) aynı zamanda mikron olarak da bilindiğini unutmayın.
Farklı Hücre Kategorileri Nelerdir?
Bilim adamları, hücreleri boyutlarına veya şekillerine göre gruplamak yerine, genellikle onları genetik materyallerinin nasıl paketlendiğine göre sınıflandırırlar. Bir hücre içindeki DNA sitoplazmadan ayrılmamışsa, o hücre bir prokaryottur. Bakteriler ve arkeler gibi bilinen tüm prokaryotlar tek hücrelerdir. Buna karşılık, DNA çekirdek adı verilen kendi zara bağlı odasında bölünmüşse, bu hücre bir ökaryottur. Amip gibi bazı ökaryotlar serbest yaşayan, tek hücreli varlıklardır. Diğer ökaryotik hücreler, çok hücreli organizmaların bir parçasıdır. Örneğin, tüm bitkiler ve hayvanlar ökaryotik hücrelerden, hatta bazen trilyonlarca hücreden oluşur (Şekil 4).
Ökaryotik bir hücre (solda), çekirdek adı verilen bir yapı oluşturan zarla çevrili DNA’ya sahiptir (ökaryotik hücrenin merkezinde bulunur; pembe çekirdek içinde bulunan mor DNA’ya dikkat edin). Tipik bir ökaryotik hücre ayrıca çeşitli şekil ve boyutlarda zara bağlı ek organellere sahiptir. Buna karşılık, prokaryotik bir hücre (sağda) zara bağlı DNA’ya sahip değildir ve ayrıca diğer zara bağlı organellerden de yoksundur.
Hücreler Nasıl Oluştu?
Araştırmacılar, bugün dünyadaki tüm organizmaların 3.5 ila 3.8 milyar yıl önce var olan tek bir hücreden kaynaklandığını varsayıyorlar. Bu orijinal hücre muhtemelen hem bilgi hem de katalitik işlevlere sahip küçük organik moleküller ve RNA benzeri materyallerden oluşan bir keseden biraz daha fazlasıydı. Zamanla, daha kararlı DNA molekülü bilgi depolama işlevini devralacak şekilde evrimleşirken, nükleik asitlerden daha çeşitli yapılara sahip proteinler katalitik işlevleri devraldı.
Bir önceki bölümde anlatıldığı gibi, bir çekirdeğin – ve aslında tüm zara bağlı organellerin – yokluğu ya da varlığı, hücrelerin prokaryotlar ya da ökaryotlar olarak kategorize edildiği tanımlayıcı bir özellik olacak kadar önemlidir. Bilim adamları, kendi kendine yeten çekirdeklerin ve diğer organellerin ortaya çıkmasının, hücrelerin evriminde büyük bir ilerlemeyi temsil ettiğine inanıyor. Peki bu yapılar nereden geldi? Bir milyar yıldan daha uzun bir süre önce, bazı hücreler, içinde bulundukları sıvı ortamda yüzen nesneleri yutarak “yediler”. Daha sonra, bazı hücresel evrim teorilerine göre, erken ökaryotik hücrelerden biri bir prokaryotu yuttu ve iki hücre birlikte simbiyotik bir ilişki kurdu. Özellikle, yutulan hücre, onu tüketen daha büyük ökaryotik hücre içinde bir organel olarak işlev görmeye başladı. Modern ökaryotik hücrelerde bulunan ve hala kendi genomlarını koruyan hem kloroplastların hem de mitokondrinin bu şekilde ortaya çıktığı düşünülmektedir (Şekil 5).
Mitokondri ve kloroplastlar muhtemelen bir zamanlar bağımsız organizmalar olarak yaşayan yutulmuş prokaryotlardan evrimleşti. Bir noktada, bir ökaryotik hücre, aerobik bir prokaryotu yuttu ve bu daha sonra, ev sahibi ökaryot ile endosimbiyotik bir ilişki oluşturdu ve yavaş yavaş bir mitokondriye dönüştü. Mitokondri içeren ökaryotik hücreler daha sonra özel kloroplast organellerine dönüşen fotosentetik prokaryotları yuttu.
Elbette prokaryotik hücreler de gelişmeye devam etti. Farklı bakteri ve arkeler türleri belirli ortamlara adapte olmuşlardır ve bu prokaryotlar sadece hayatta kalmakla kalmaz, aynı zamanda kendi bölmelerinde genetik materyalleri olmadan gelişirler. Örneğin, okyanus tabanı boyunca termal deliklerde yaşayan bazı bakteri türleri, Dünya üzerindeki diğer organizmalardan daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir. İyon. Mitokondri içeren ökaryotik hücreler daha sonra özel kloroplast organellerine dönüşen fotosentetik prokaryotları yuttu.