Prokaryot ve Ökaryot Hücreler: Revizyonlar arasındaki fark

Prokaryotik hücrelerde genetik bilgi, ökaryotlardaki gibi zarla çevrili bir çekirdek içinde değil, sitoplazmada '''nükleoid''' olarak adlandırılan, belirgin ancak zarsız bir bölgede yoğunlaşmış olarak bulunur.7 Genom, genellikle tek bir dairesel DNA molekülünden, yani bir kromozomdan oluşur.10 Bu devasa DNA molekülünün küçücük bir hücreye sığdırılması, ökaryotlardaki gibi histon proteinleri aracılığıyla değil, DNA’nın kendi üzerine katlanarak oluşturduğu '''süper-sarmal (supercoiling)''' yapılar sayesinde sağlanır.14 Bu paketleme yöntemi, DNA’nın hem kompakt bir şekilde depolanmasına hem de replikasyon ve transkripsiyon gibi süreçler için kolayca erişilebilir olmasına olanak tanır. Bu yapısal sadelik, genetik bilginin hızlı bir şekilde kopyalanmasını ve ifade edilmesini sağlayarak prokaryotların süratli üreme ve adaptasyon yeteneklerinin temelini oluşturur.

Ökaryotik genom, prokaryotik bir genoma kıyasla binlerce kat daha fazla bilgi taşıyabilir. Örneğin, bir insan hücresindeki DNA’nın toplam uzunluğu yaklaşık 2 metreyi bulur. Bu devasa bilgi zincirinin, mikroskobik çaptaki bir çekirdeğin içine sığdırılması, çok katmanlı ve son derece düzenli bir paketleme sistemi gerektirir. Bu sistemin temelinde '''histon''' adı verilen pozitif yüklü proteinler yer alır. Negatif yüklü DNA sarmalı, sekiz histon proteininden oluşan bir makaranın etrafına yaklaşık 1.65 kez sarılarak '''nükleozom''' adı verilen temel birimi oluşturur.7 Bu “tespih taneleri” benzeri nükleozom zincirleri, daha sonra kendi üzerlerine katlanarak ve ilmekler oluşturarak daha yoğun bir yapı olan '''Kromatin'''in oluşmasını sağlar. Hücre bölünmesi sırasında ise bu kromatin iplikleri en yoğun haline ulaşarak gözle görülebilir '''kromozom''' yapılarına dönüşür.8 Bu sanatlı paketleme mekanizması, yalnızca DNA’nın fiziksel olarak sığdırılmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda genlerin hangi bölgelerinin “açık” (ifade edilebilir) veya “kapalı” (susturulmuş) olacağını düzenleyen epigenetik kontrolün de temelini oluşturur.1

Mitokondriler, ökaryotik hücrelerde oksijenli solunumun ve dolayısıyla ATP (adenozin trifosfat) üretiminin merkezidir.26 Bu organeller, biri düz diğeri ise içe doğru kıvrımlı olan çift katlı bir zarla çevrilidir. İç zar, '''krista''' adı verilen çok sayıda kıvrım oluşturarak yüzey alanını olağanüstü derecede artırır.22 Bu yapısal özellik, enerji üreten kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği elektron taşıma zinciri (ETS) ve ATP sentaz enzimlerinin çok daha fazla sayıda yerleşebileceği bir alan sunar. Bu sayede, mitokondri, hücrenin geri kalanına göre çok daha verimli bir şekilde ATP sentezleyebilir.

Ökaryotik genlerin büyük bir kısmı, protein kodlayan anlamlı bölgeler olan '''eksonlar''' ile kodlama yapmayan ve aralara serpiştirilmiş diğer bölgeler olan '''intronlar'''dan oluşur.33 DNA’dan ilk olarak bir genin hem ekson hem de intron bölgelerini içeren bir ön-mRNA kopyası sentezlenir. Daha sonra, '''splicing (uçbirleştirme)''' adı verilen hassas bir kesme ve birleştirme süreciyle intronlar aradan çıkarılır ve eksonlar bir araya getirilerek olgun mRNA molekülü oluşturulur.11 Bu mekanizmanın en dikkat çekici yönü, '''alternatif splicing''' kabiliyetidir. Bu mekanizma sayesinde, aynı ön-mRNA’dan farklı ekson kombinasyonları kullanılarak birden fazla, hatta bazen yüzlerce farklı protein çeşidi üretilebilir.34 Bu, tek bir genin çoklu görevler üstlenmesini sağlayarak, genetik bilginin kullanım verimliliğini ve yoğunluğunu muazzam ölçüde artıran, prokaryotlarda bulunmayan son derece sofistike bir bilgi işleme katmanıdır.

Ökaryotik hücrenin büyük boyutunu koruması, dinamik şekil değişiklikleri yapabilmesi ve içindeki organelleri organize bir şekilde hareket ettirebilmesi, '''hücre iskeleti''' adı verilen karmaşık bir protein ağı sayesinde mümkündür. Bu iskelet, prokaryotik benzerlerinden çok daha gelişmiştir ve üç ana filament tipinden oluşur: '''mikrotübüller, mikrofilamentler (aktin filamentleri)''' ve '''ara filamentler'''.22 Bu ağ, sadece hücreye mekanik bir destek ve şekil sağlamakla kalmaz, aynı zamanda hücre içi bir otoyol sistemi gibi işlev görür. Bu otoyollar üzerinde kargo taşıyan ise, prokaryotlarda bulunmayan özel bir protein sınıfıdır: '''motor proteinler'''.37 Kinesin, dinein ve miyozin gibi motor proteinler, ATP hidrolizinden elde ettikleri kimyasal enerjiyi mekanik harekete dönüştürerek, vezikülleri, organelleri ve diğer moleküler kompleksleri hücre iskeleti filamentleri boyunca belirli hedeflere taşırlar.38 Bu aktif taşıma sistemi, büyük ökaryotik hücre hacminin getirdiği lojistik zorlukları aşmanın ve hücre içi dinamizmi sağlamanın temel anahtarıdır.