Hücre Döngüsü Nedir? Somatik Bir Hücrenin Hayatı Nasıl Geçer?

Hücre döngüsü, hücre büyümesi ve yeni hücrelerin ortaya çıkmasını sağlayan hücre bölünmesi de dahil olmak üzere sırayla gerçekleşen olaylardan oluşan bir döngüdür. Bölünecek hücreler; dikkatle düzenlenen hücre büyümesi evreleri, DNA replikasyonu ve sonrasında genetik olarak aynı iki hücrenin oluşacağı bölünme evrelerinden geçerler. Hücre döngüsü temelde iki fazdan oluşur: İnterfaz ve mitotik faz. İnterfaz sırasında hücre büyür ve DNA replikasyona uğrar. Mitotik fazda ise kopyalanan DNA ve sitoplazma içeriği ikiye bölünerek iki yavru hücre oluşur.

LibreTexts

İnterfaz

İnterfaz'da hücre normal işlevlerinin yanı sıra bölünme hazırlığı da yapar. Bir hücrenin interfazdan mitotik faza geçebilmesi için içsel ve dışsal birçok koşulun karşılanması gerekir. İnterfaz, G1, S ve G2 adlarına sahip 3 evreden oluşur:

G₁ Evresi

İnterfazın ilk evresi; G₁ adı verilen ve hücrede çok az değişimin gözlendiği evredir. Adını, boşluk anlamına gelen İngilizce "gap" kelimesinden alır. Pek bir değişim gözlenmese de hücre, G₁ evresinde biyokimyasal anlamda oldukça aktiftir. Bu evrede hücre kromozomal DNA'nın ve bu DNA'nın kodladığı proteinlerin yapı taşlarını ve çekirdekteki her kromozomu eşlemesine yetecek kadar enerjiyi toplamaya çalışır.

S Evresi

İnterfaz boyunca çekirdekteki DNA'lar yarı yoğunlaşmış bir kromatin formunda bulunur. Adını "sentez" (İng: "synthesis") kelimesinden alan S evresinde DNA replikasyonuyla her kromozom eşlenerek birbirine sentromer bölgesinden bağlanan iki kardeş kromatidin oluşturduğu bir kromozom ortaya çıkar. Bu aşamada oluşturulan her kromozom, iki kardeş kromatidden oluşan eşlenmiş bir kromozomdur. Sentrozom'un eşlenmesi de S evresinde gerçekleşir. Eşleme sonucu oluşan iki sentrozom, mitotik faz boyunca kromozomların hareketini sağlayacak mitotik iğcikleri oluşturur. Sentrozomlar da birbirine belirli bir açıyla bağlanmış çubuk benzeri iki adet sentriyolden oluşur. Ancak bitkiler ve birçok mantar hücresinde olduğu gibi çoğu ökaryotik hücrede sentriyol bulunmaz.

G₂ Evresi

Adını yine "gap" kelimesinden alan G₂ evresinde hücre enerji depolarını doldurur ve kromozomların yönetilmesi için gerekli proteinleri sentezler. Bazı organeller eşlenir ve hücre iskeleti iğ ipliklerinin oluşturulması için gereken kaynakları sağlamak üzere parçalanır. Ayrıca G₂ evresinde hücre biraz daha büyüyebilir. Hücre mitotik faza girmeden önce gerekli tüm hazırlıklar burada tamamlanmış olmalıdır.

Mitotik Faz

İki yavru hücre oluşturulabilmesi için çekirdeğin ve sitoplazmanın bölünmesi gerekir. Mitotik faz; eşlenmiş kromozomların hücre eksenine dizildiği, kardeş kromatitlerin birbirinden ayrıldığı, farklı kutuplara çekildiği ve hücrenin ikiye bölündüğü fazdır. Mitotik fazın mitoz olarak 5 evrelik bilinen ilk kısmında çekirdek ikiye bölünür. Sitokinez adını alan ikinci kısımda ise sitoplazma içerikleri iki yavru hücreye eşit olarak dağılacak şekilde sitoplazma bölünmesi gerçekleşir.

Mitoz (Çekirdek Bölünmesi)

Mitoz, hücre çekirdeğinin bölünmesiyle sonuçlanacak 5 evreden oluşur. Bu evreler sırasıyla profaz, prometafaz, metafaz, anafaz ve telofaz olarak adlandırılır. Mitoz hakkında daha fazla bilgiyi buradan alabilirsiniz.

Profaz

Bu evrede çekirdek içinde bulunan kromozomların dışarı çıkabilmesi için gereken işlemler gerçekleşir. Çekirdek zarı küçük veziküllere bölünür ve golgi cisimciği ile endoplazmik retikulum parçalanarak hücrenin içine dağılır, çekirdekçik kaybolur. Sentrozomlar hücrenin zıt kutuplarına doğru hareket eder. İğ ipliklerinin temelini oluşturan mikrotübüller iki sentrozom arasına konumlanır ve mikrotübül fiberler uzadıkça sentrozomlar birbirinden uzağa itilir. Kardeş kromatitler daha da yoğunlaşarak ışık mikroskobu altında görülebilecek seviyeye gelir.

Prometafaz

Prometafaz evresinde profazda başlayan aktiviteler ilerletilir ve sonuçlandırılır. Böylece kromozomlarla hücre iskeleti arasında bir bağ kurulur. Hücre zarfının kalıntıları kaybolur. Eskiden çekirdeğin bulunduğu bölgede mikrotübüller toplanıp uzadıkça iğ iplikleri gelişmeye devam eder. Kromozomlar daha da yoğunlaşır ve etraflarından ayırt edilmeleri daha kolay hale gelir. Kardeş kromatitlerin her biri, kinetokor adı verilen bir protein kompleksiyle iğ ipliklerine bağlanır.

Metafaz

Metafaz evresinde tüm kromozomlar hücrenin iki kutbu arasındaki metafaz düzlemi üzerinde sıralanır. Kardeş kromatitler hâlâ birbirine bağlıdır. Bu evre, kromozomların en yoğun olduğu ve en net görülebileceği evredir.

Anafaz

Bu evrede, metafaz düzlemine sıralanmış olan kardeş kromatitler sentromerde birbirinden ayrılır. Bu evreden sonra kromozom olarak adlandırılacak her bir kardeş kromatit, bağlı olduğu iğ ipliği tarafından hücrenin kutuplarına doğru çekilir. Kinetokor olmayan mikrotübüller hücrenin karşıt kutuplarına doğru kaydıkça hücre gözle görülür biçimde uzar.

Telofaz

Telofazda, ilk üç evrede kromozomları mitoza hazırlamak için gerçekleştirilen işlemlerin tam tersi uygulanır. Hücrenin karşılıklı kutuplarına çekilen kromozomlar çözülmeye başlar. İğ iplikleri monomerlerine kadar parçalanır ve bu monomerler yavru hücrelerin hücre iskeletini oluşturmak için kullanılır. Kromozomlar etrafında iki farklı çekirdek zarı oluşur.

Sitokinez

Sitokinez, sitoplazma içeriğinin yavru hücrelere eşit şekilde paylaştırıldığı mitotik fazın ikinci kısmıdır. Mitoz kısmı çoğu ökaryot hücrede oldukça benzer şekilde gerçekleşse de sitokinez, hücre duvarı bulunan bitki hücreleri gibi hücrelerde diğer ökaryotlardan oldukça farklı ilerler.

Hücre duvarı bulundurmayan hayvan hücreleri gibi hücrelerde sitokinez, anafaz evresiyle birlikte başlar. Metafaz düzleminin yerinde aktin filamentlerinden meydana gelen bir boğumlanma halkası oluşur. Aktin filamentleri hücrenin bölünme eksenini içe doğru çekerek bir boğum yaratır. Bu boğuma bölünme çizgisi adı verilir. Aktin halkaları küçüldükçe boğum da daralır ve sonunda zar ve hücre ikiye bölünmüş olur.

Bitki hücrelerinde ise hücre zarını çevreleyen hücre duvarından ötürü bölünme çizgisinin oluşması mümkün değildir. Ayrıca yavru hücrelerin birbirinden ayrıldığı bölgede de bir hücre duvarı oluşmalıdır. Bu nedenle, interfaz evresinde golgi cisimcikleri ortadan kaybolmadan önce enzim, yapısal protein ve glukoz molekülleri toplarlar. Telofaz sırasında bu golgi kesecikleri mikrotübüller üzerinde hareket ederek metafaz düzleminde toplanır. Burada kesecikler merkezden hücre duvarına doğru birleşerek "ara lamel" adı verilen yapıyı oluşturmaya başlarlar. Keseciklerin birleşmesiyle ara lamel hücre duvarına kadar ulaşır. Enzimlerin hücre zarının katmanları arasında biriken glukozla sentezlediği selülozdan yeni hücre duvarı parçası oluşur. Golgi cisimlerinin zarları yeni oluşan hücre duvarının her iki tarafında hücre zarı haline gelir.

LibreTexts

G₀ Evresi

Tüm hücreler, yeni oluşan yavru hücrenin hemen interfaza ve sonrasında mitotik faza girdiği bir hücre döngüsü izlemeyebilir. G₀ evresindeki hücreler, aktif bir şekilde bölünmeye hazırlanmaz. Hücre; hücre döngüsünden çıkmış, durgun bir evrededir. Bazı hücreler dışarıdan G₁'in başlangıcını tetikleyecek bir sinyal gelene kadar geçici olarak G₀'da kalır. Olgun kalp kası hücreleri ya da sinir hücreleri gibi hiç bölünmeyen veya nadiren bölünen hücreler, ömürlerinin bölünmeden geçirdikleri büyük çoğunluğunda G₀'da bekler.

Hücre Döngüsünün Kontrolü

Hücre döngüsünün süresi, aynı organizmanın hücreleri arasında bile yüksek oranda değişkendir. İnsanlarda epitel hücrelerin hücre döngüsü embriyonik dönemde birkaç saatten 2 ila 5 saate kadar sürebilirken kortikal nöronlar veya kalp kası hücreleri gibi özelleşmiş hücrelerde bu döngü insan ömrü boyunca tamamlanmayabilir.

Ayrıca hücrenin her evrede harcadığı zaman birbirinden farklıdır. Hızlı bölünen memeli hücreleri kültürde tutulduğunda hücre döngüsünün yaklaşık uzunluğu 24 saat olarak ölçülmüştür. 24 saatlik döngülerle hızlı bölünen insan hücrelerinde G₁ evresi 11 saat kadar sürmektedir. Hücre döngüsündeki olayların zamanlamaları iç ve dış etkenlerce belirlenir.

İç Kontrol Noktalarındaki Düzenlemeler

Mitoz bölünme sonucu oluşan yavru hücrelerin ana hücrenin eksiksiz kopyaları olmaları gerekir. Ancak kromozomların eşlenmesi veya dağılımında meydana gelen hatalar, anormal bir hücreden üretilecek her hücreye aktarılabilen mutasyonların ortaya çıkmasına sebep olabilir. Bu riski taşıyan hücrelerin bölünmesinin engellemek için hücre döngüsünde 3 adet kontrol noktası bulunur. Bu kontrol noktaları, hücrenin bölünmesini gerekli şartlar sağlanıncaya kadar durdurabilir. Sırasıyla G₁'in sonunda, G₂ ile Mitotik Faz arasında ve Metafaz'da bulunurlar.

G₁ Kontrol Noktası

G₁ kontrol noktası, hücrenin bölünmeye hazır olup olmadığına karar verilen noktadır. Bu noktadan sonra hücre bölünmesi başlamıştır ve artık durdurulması mümkün değildir. Hücrenin kaynaklarının yeterliliği ve büyüklüğünün yanı sıra DNA'da herhangi bir hasar olup olmadığı da kontrol edilir. Tüm bu koşulları sağlamayan hücrenin S evresine geçmesine izin verilmez.

G₂ Kontrol Noktası

G₂ kontrol noktası, kontrol ettiği şartlar sağlanmazsa hücrenin mitotik faza girmesine izin vermez. G₁ kontrol noktasında olduğu gibi burada da hücrenin boyutu ve kaynaklarının yeterliği kontrol edilir. Ancak G₂ kontrol noktasının en önemli rolü tüm kromozomların eşlendiğinden ve eşlenen DNA'nın hasarlı olmadığından emin olmaktır.

M Kontrol Noktası

M kontrol noktası metafaz evresinin sonuna yakın bir yerde bulunur. Tüm kardeş kromatitlerin iğ ipliklerine düzgünce bağlanıp bağlanmadığını kontrol eder. Anafaz evresinde ayrılan kromatitlerin tekrar birleşmesi mümkün olmadığından her kromozomun kinetokoru hücrenin zıt kutuplarından gelen iğ ipliklerine bağlanmadıkça bölünme süreci devam edemez.