Hücre çekirdeği, ya da nükleus, ökaryot hücrelerin çoğunda bulunan

Hücre çekirdeği, ya da nükleus, ökaryot hücrelerin çoğunda bulunan zarla kaplı bir organeldir.
Hücrenin genetik bilgilerinin çoğu, hücre çekirdeğinin içinde katlı uzun doğrusal DNA
molekülleri ile histon gibi birçok proteinin biraraya gelerek oluşturduğu kromozomlarda
bulunur. Bu kromozomların içindeki genler hücrenin çekirdek genomunu oluşturur. Hücre
çekirdeğinin işlevi bu genlerin bütünlüğünü devam ettirmek ve gen ekspresyonunu
düzenleyerek hücre işlevlerini kontrol altında tutmaktır. Çekirdeği çıkarılan her hücre bir süre
sonra ölür.
Çekirdeğin ana yapı elemanları, organelin tamamını kaplayan çift katmanlı bir zar olan ve
içindekileri hücre sitoplazmasından ayrı tutan çekirdek kılıfı ile hücrenin tamamına destek
sağlayan hücre iskeletine benzer ve çekirdeğe mekanik destek sağlayan ağ yapısındaki hücre
lâminasıdır. Birçok molekülün çekirdek kılıfından geçememesi nedeniyle, moleküllerin
hareketini sağlamak için çekirdek gözenekleri gerekir. Bu gözenekler çekirdek kılıfının her iki
katmanını da geçer ve küçük moleküller ile iyonların serbest dolaşmasını sağlayan bir kanal
oluştururlar. Proteinler gibi daha büyük moleküllerin hareketi daha kontrollüdür ve taşıyıcı
proteinler tarafından kolaylaştırılan etkin bir taşıma işlemi gerektirir. Gözenekler sayesinde
olan hareket hem gen ekspresyonu hem de kromozom sürekliliği için gerekli olduğundan
çekirdek taşınımı hücre işlevi için çok büyük önem taşır.
Her ne kadar hücre çekirdeği içinde zarla kaplı cisimler bulunmasa da içindekiler aynı yapıda
değildir ve özgün proteinler, RNA molekülleri ve DNA kümeleri gibi daha küçük cisimler
bulunur. Bu cisimlerin içinde en çok bilineni ribozomların birleşmesinde görev alan
çekirdekçiktir. Ribozomlar, çekirdekte üretildikten sonra sitoplazmaya taşınır ve orada
mRNA’yı dönüştürürler.
Konu başlıkları [gizle]
1 Tarihçe
2 Yapı
2.1 Çekirdek kılıfı ve gözenekleri
2.2 Hücre iskeleti
2.3 Kromozomlar
2.4 Çekirdekçik
2.5 Diğer çekirdek içi yapılar
2.5.1 Cajal cisimleri ve gemler
2.5.2 PIKA ve PTF bölgeleri
2.5.3 PML cisimleri
2.5.4 Paralel benekler
2.5.5 Uç birleştirme benekleri
3 Kaynakça
Tarihçe [değiştir]
Hücre çekirdeği bulunan ilk organeldir ve 1802’de Franz Bauer tarafından tanımlanmıştır. [1]
Daha sonra 1831 yılında İskoçyalı botanikçi Robert Brown tarafından Linnean Society of
London’da yapılan bir konuşmada daha ayrıntılı olarak tanımlanmıştır. Mikroskopla
orkideleri inceleyen Brown çiçeğin dış katmanlarındaki hücrelerde gözlemlediği donuk alana
areola ya da nükleus (çekirdek) adını vermiştir. [2] Ancak olası bir işlev önermemiştir. 1838
yılında Matthias Schleiden hücre çekirdeğinin hücrelerin oluşmasında rol aldığını önererek
hücre kurucu anlamına gelen sitoblast adını kullanmaya başladı. Sitoblastların etrafında yeni
hücrelerin biriktiğini gözlemlediğine inandı. Hücrelerin bölünerek çoğaldığını göstermiş olan
ve pek çok hücre tipinde çekirdek olmadığına inanan Franz Meyen bu görüşe şiddetle karşı
çıkıyordu. Hücrelerin sitoblast ya da başka yolla baştan oluşması düşüncesi, hücrelerin
yalnızca hücreler meydana geldiği paradigmasını (Omnis cellula e cellula) yayan Robert
Remak (1852) ve Rudolf Virchow’un (1855) çalışmaları ile tezat oluşturuyordu. Hücre
çekirdeğinin işlevi belirsiz olarak kaldı. [3]
1876 ve 1878 yılları arasında Oscar Hertwig, deniz kestanesi yumurtalarının döllenmesi
üzerine yayımladığı çeşitli çalışmalarında sperm çekirdeğinin oosit içine girerek çekirdeğiyle
kaynaştığını gösterdi. Bireyin tek çekirdekli bir hücreden gelişebileceği bu çalışmalar ile ilk
defa olarak önerilmiştir. Bu teori Ernst Haeckelin, bir türün tüm soyoluşunun (phylogeny)
embriyo gelişmesi sırasında tekrarlandığını, ve bu süreçte ilk çekirdekli hücrenin de Monerula
adı verilen yapısız öncül mukus kütlesinden (Urschleim) yeniden oluştuğu teorisi ile
çelişiyordu. Bu nedenle döllenme için sperm çekirdeğinin gerekliliği uzun bir süre
tartışılmıştır. Ancak Hertwig gözlemlerini amfibyumlar ve yumuşakçalar gibi diğer hayvan
grupları üzerinde de doğruladı. Eduard Strasburger de aynı sonuçlara bitkiler için ulaştı
(1884). Bu çalışmalar hücre çekirdeğine kalıtımda önemli bir görev verilmesi fikrine yol
açmıştır. 1873 yılında August Weismann kalıtımda ana ve baba eşey hücrelerinin eşdeğerde
olduklarını koyutunu ileri sürdü. Hücre çekirdeğinin genetik bilgiyi taşıma işlevi ancak daha
sonraları, mitoz bölünmenin keşfinden ve Mendel yasasının 20. yüzyılın başlarında tekrar
bulunarak kalıtımda kromozom teorisinin oluşturulmasından sonra açığa kavuşmuştur. [3]
Yapı [değiştir]
Hücre çekirdeği hayvanlarda en büyük hücre organelidir.[4] Memeli hücrelerinde ortalama
çap 11 ile 22 mikrometre (μm) arasındadır ve toplam hacmin yaklaşık 10% ‘unu kapsar. [5]
İçinde bulunan visköz sıvıya nükleoplazma adı verilir, bu, çekirdek dışında bulunan
sitoplazmaya benzer.
Çekirdek kılıfı ve gözenekleri [değiştir]
Ökaryot hücre çekirdeği. (1) Çekirdek kılıfı, (1a) Dış zar, (1b) İç zar, (2) Çekirdekçik, (3)
Nükleoplazma, (4) Kromatin, (4a) Heterokromatin, (4b) Ökromatin, (5) Ribozomlar, (6)
Çekirdek gözeneği.
Çekirdek kılıfı üzerinde bulunan bir çekirdek gözeneğinin kesiti. (1) Çekirdek kılıfı, (2) dış
halka, (3) teker parmaklığı, (4) sepet, ve (5) flamanlar.
Çekirdek kılıfı birbirine paralel ve 10 ile 50 nanometre (nm) uzaklıkta iç ve dış iki zardan
oluşur. Çekirdeği tamamen saran kılıf hücrenin genetik malzemesini sitoplazmadan ayırır ve
makromoleküllerin nükleoplazma ile sitoplazma arasında serbest dolaşmasına engel olur. [6]
Çekirdek kılıfının dış zarı granüllü endoplazmik retikulum ile bağlantılıdır ve benzer şekilde
üzerinde ribozomlar bulunur. Zarlar arasındaki boşluğa perinükleer boşluk denir ve granüllü
endoplazmik retikulum lümeni ile bağlantılıdır.
Çekirdek kılıfı boyunca akış kanalları görevi yapan çekirdek porları nükleoporin adı verilen
çoklu proteinlerden oluşmuştur. Gözeneklerin moleküler ağırlığı yaklaşık 125 milyon
daltondur ve (ekmek mayasında) 50 ile (omurgalılarda) 100 kadar proteinden oluşurlar.[4]
Gözeneklerin toplam çapı 100 nm kadardır ancak merkezlerinde bulunan düzenleyici
sistemler nedeniyle moleküllerin serbestçe dolaşabildiği açıklık 9 nm genişliğindedir. Bu
boyuttaki açıklıktan suda çözünebilen küçük moleküller geçebilirken nükleik asit ve
proteinler gibi daha büyük moleküller geçerek çekirdeğin içine giremez. Bu daha büyük
moleküller aktif olarak çekirdeğin içine taşınmalıdır. Tipik bir memeli hücresinin çekirdek
kılıfı üzerinde 3000 ile 4000 kadar gözenek bulunur [7] ve bu porların her birinde, dış ve iç
zarların birbirine kaynaştığı yerde, simit şeklinde sekizli ışınsal simetrik halka şeklinde
yapılar bulunur. [8] Bu halkalara, nükleoplazmaya uzanan çekirdek sepeti denilen yapılarla
sitoplazmaya ulaşan ipliksi uzantılar bağlıdır. Her iki uzantı da çekirdek taşıyıcı proteinlerinin
bağlanmasına yardımcı olur. [4]
Proteinlerin çoğu, ribozomlardan oluşan alt birimler ve bazı RNA’lar karyoferin diye bilinen
bir dizi taşıyıcı faktörün aracılık ettiği bir süreçle gözenek komplekslerinden geçerek
taşınırlar. Çekirdek içine doğru olan harekete aracılık eden karyoferinlere importin, çekirdek
dışına doğru olan harekete aracılık edenlere de eksportin denir. Karyoferinlerin çoğu
taşıdıkları yükle doğrudan etkileşime girer ama bazıları yine de adaptör proteinler kullanır. [9]
Kortizol ve aldosteron gibi steroit hormonları ile hücrelerarası haberleşmede yer alan diğer
yağda çözünen küçük moleküller hücre zarından difüzyonla sitoplazmaya geçer ve burada
bağlandıkları nükleer reseptör proteinleri aracılığıyla çekirdek içine taşınırlar. Orada, eğer
ligantlarına bağlı iseler transkripsiyon faktörleri olarak görev yapar; ligantların olmadığı
durumda ise bu reseptörlerin çoğu gen ekspresyonunu baskılayan histon deasetilazlar olarak
işlev gösterir. [4]
Hücre iskeleti [değiştir]
Hayvan hücrelerinde iki ara filâment ağı hücre çekirdeğine mekanik destek sağlar: çekirdek
lâminası kılıfın iç yüzünde organize bir ağyapısı oluşturur, kılıfın sitoplazmaya açık olan
yüzündeki daha az organize bir destek yapı bulunur. Her iki sistem de çekirdek kılıfına
yapısal destek sağlar, kromozomlar ve çekirdek porları içinde de tutunacak yerleri oluşturur.
[5]
Çekirdek lâminasının çoğu lamin proteinlerden oluşur. Tüm proteinler gibi laminler
sitoplazmada sentezlenir; sonra çekirdek içine taşınır ve burada toplanarak çekirdek
lâminasının varolan ağına katılırlar. [10][11] Laminler ayrıca içinde bulundukları
nükleoplazma içinde nükleoplazmik peçe (İng. nucleoplasmic veil) denen başka bir düzenli
yapı oluştururlar,[12] bu yapılar floresan mikroskobu kullanarak gözlemlenebilir. Bu peçenin
gerçek işlevi açık değildir; çekirdekçik dışında kalmakta ve interfaz sırasında
bulunmaktadırlar. [13] Peçeyi oluşturan lamin yapıları kromatine bağlanır ve onların yapısının
bozulması protein kodlayan genlerin transkripsiyonunu engellenmesine neden olur. [14]
Ara iplikçıklerın diğer parçaları gibi lamin monomer bir alfa sarmal yapı barındırır. Bu yapıyı
kullanan iki monomer birbirleri etrafında sarılarak sargılı sarmal adı verilen bir ikili (dimer)
yapı oluşturur. Bu dimer yapıların iki tanesi daha sonra yanyana gelerek antiparalel bir
düzende birleşerek protoiplikçik adında bir dörtlü (tetramer) oluşturur. Bu protoiplikçiklerin
sekizi yanyana gelip burularak halat benzeri iplikçikler oluşturur. Bu iplikçikler dinamik
olarak birleşip ayrışırlar, yani iplikçiklerin uzunluğundaki değişme, iplikçik eklenme ve
çıkma hızlarına bağlıdır. [5]
İplikçik birleşmesinde hatalara yol açan lamin genlerindeki mutasyonlar laminopatiler olarak
bilinir. En tanınmış laminopati, yakalananlarda erken yaşlanma görünümüne sebep olan
progeria hastalık ailesidir. Bununla ilişkili biyokimyasal değişikliklerin yaşlanmış fenotipe
nasıl yol açtığı tam olarak anlaşılamamıştır. [15]
Kromozomlar [değiştir]
Fare fibroblast çekirdeği. DNA mavi ile boyanmıştır. Fluoresan in situ hibridizasyon ile
boyanmış kromozom 2 (kırmızı) ve kromozom 9’a (yeşil) ait bölgeler ayırt
edilebiliyor.Hücrenin genetik materyalinin büyük bir çoğunluğu hücre çekirdeğinde bulunur.
Bu genetik materyal lineer DNA moleküllerinin oluşturduğu kromozom adı verilen çoklu
yapılardan ibarettir. Hücre döngüsünin büyük bir kısmında bunlar kromatin adı verilen bir
DNA-protein kompleksi halinde bulunur, hücre bölünmesi sırasında kromatin, karyotiplerde
görülen yapılanmış kromozomlara dönüşür. Hücre genlerinin küçük bir kısmı da
mitokondrilerde yer alır.
İki tip kromatin vardır. Ökromatin'de DNA daha az sıkışık bir şekildedir ve hücre tarafından
sıklıkla kullanılan genleri barındırır. [16] Diğer tip olan heterokromatin daha sıkışık olan
DNA şeklidir ve seyrek olarak kullanılan genleri barındırır. Bunlar da, yalnızca bazı tip
hücreler de ya da gelişimin bazı aşamalarında görülen genleri içeren seçmeli (fakültatif)
heterokromatin ve telomer ile sentromer gibi kromozomun yapısal parçalarından oluşan
yapısal heterokromatin olarak ikiye ayrılır.[17] İnterfaz sırasında kromatin, kromozom
bölgeleri [18] adı verilen ayrık bölgeler olarak sekillenir.[19] Genellikle kromozomun
ökromatik bölgesinde bulunan etkin genler kromozomun bölge sınırına doğru yer almaya
meyillidir. [20]
Bazı kromatin yapılarına, özellikle de nükleozomları karşı olan antikorlar sistemik lupus
eritematozis gibi bazı otoimmün hastalıklarla ilişkilendirilmektedir. [21] Bunlar antinükleer
antikor (ANA) olarak bilinir ve genel bağışıklık sistemi bozukluğunun bir parçası olarak
multipl skleroz ile birlikte de gözlemlenmişlerdir. [22] Progeria’da olduğu gibi otoimmün
hastalıkların semptomlarını ortaya çıkarmada antikorların rolleri çok açık olarak
bilinmemektedir.
Çekirdekçik [değiştir]
Bir hücre çekirdeğinin içinde koyu renkli çekirdekçiği de gösteren elektron
mikrografı.Çekirdekçik, çekirdeğin içinde bulunan ayrı, yoğun bir yapıdır. Etrafı bir zarla
çevrili değildir ve bazen organelcik olarak da adlandırılır. Ribozomal RNAların (rRNA) DNA
kodlaması olan rDNA’ların ardarda tekrarları çevresinde oluşurlar. Bu bölgelere çekirdekçik
düzenleme bölgeleri denir (İng. 'nucleolar organizer regions'; NOR). Çekirdekçiğin ana görevi
rRNA sentezi yapmak ve ribozomları birleştirmektir. Çekirdekçiğin yapısal bütünlüğü
etkinliğine bağlıdır. Çekirdekçik içindeki ribozom oluşumu çekirdekçik parçalarının geçici
olarak biraraya gelmesi ile sonuçlanmakta, bu da daha fazla ribozom oluşumu ve daha çok
biraraya gelmeyi kolaylaştırmaktadır. Bu modelleme rDNA’ların etkinsizleştirilmesinin
çekirdekçik yapılarının birbirine karışmasına yol açtığı gözlemiyle desteklenmektedir. [23]
Ribozom birleşiminin ilk adımı rDNA’ın RNA polimeraz adı verilen bir protein ile
transkripsiyonu sonucu büyük pre-rRNA prekürsörlerinin oluşmasıdır. Bu, rRNA’nın 5.8S,
18S, ve 28S alt birimleri olarak kesilir. [24] Ribozomal RNA'nın transkripsiyonu, posttranskripsiyon süreci ve ribozomal proteinlerle birleşmesi çekirdekçikte meydana gelir. Bu
işlemlerde, küçük nükleolar RNA (snoRNA) molekülleri yardımcı olur (bu snoRNA'ların
bazıları ribozom işlevleriyle ilgili proteinleri kodlayan mesajcı RNAlardan kesilen
intronlardan oluşur). Oluşan ribozom altbirimleri çekirdek porlarından geçen en büyük
yapılardır. [4]
Elektron mikroskobu ile gözlemlendiğinde çekirdekçiğin belirgin üç ayrı bölgeden oluştuğu
görülür: en içerideki ipliksi merkezler (İng. fibrillar centers, FCs), etrafındaki yoğun ipliksi
öğe (İng. dense fibrillar component, DFC), ve onun çevresindeki granüllü öğe (İng. granular
component, GC). rDNA’nın transkripsiyonu ya FC’de ya da FC-DFC sınırında oluşur,
dolayısıyla hücredeki rDNA transkripsiyonu arttığında daha fazla FC gözlemlenir.
rRNA’ların kesilmesi ve değişiminin çoğu DFC’de oluşur, buna karşın proteinlerin
eklenmesiyle ribozom altbirimlerinin oluştuğu sonraki aşamalar GC’de oluşur