Mikroskop altında hücrelerle çalışan biyologlar, bitki hücrelerinin belirgin bir şekilde hücre duvarıyla örtülü olduğunu gördüler. Plazma zarının dışında yer alan bu duvar esas olarak karbohidratlardan oluşur. Uzun zamandan beri, mantar hücrelerinin ve pek çok bakterilerin karbohidratça zengin, dayanıklı ve kalın duvarları olduğu da biyologlar tarafından bilinmektedir. Son yıllarda hayvan hücrelerinin de zarlarının dış yüzlerinde karbohidratlara sahip olduğunu tespit ettiler. Hayvan hücrelerindeki karbohidratlar bir duvar oluşturmazlar; fakat zardaki lipit ve proteinlere bağımsız yan gruplar olarak tutunurlar. Birbirlerine yapışmamalarına karşın, bu karbohidrat grupları genellikle “hücre örtüsü” olarak tanımlanır. Bu hücre örtüsü, hücrelerin bazı özelliklerinin tanımlamasında önemli rol oynar. O halde, hücrelerin dış yüzlerinde karbohidrat örtüsünün bulunması, hücrelerin genel özelliği olarak görünür. Herşeye rağmen, bir tarafta bakterilerin, bitki ve mantar hücrelerinin belirgin ve nispeten sert duvarları, diğer tarafta hayvan hücrelerinin önemsiz, ince ve yumuşak örtüleri bu gruplar arasında en önemli fark olarak kalacaktır.
Bitki Hücre Duvarı
Hücre zarının dışında yer alan bitki hücre duvarı, hücrenin bir ürünü olmasına karşın genellikle sitoplazmanın bir parçası olarak düşünülmez. Bitkilerin hücre duvarının esas yapısal bileşeni karmaşık bir polisakkarit olan selülozdur. Selüloz genellikle, “fibril” denilen uzun ipliksi yapılar şeklinde bulunur. Selüloz fıbriller pektin ve hemiselüloz (selüloza yapısal olarak benzemeyen madde) içeren diğer karbohidrat türevlerinden oluşan bir ara maddeyle birbirlerine yapıştırılırlar. Fibriller arasındaki boşluklar ara maddeyle tamamen doldurulmaz; su, hava ve çözünmüş maddelerin hücre duvarından serbestçe geçebilmesi için uygun alanlar da bulunur. Hücre duvarı hangi maddelerin hücreye gireceğini, hangilerinin girmeyeceğini belirlemez. Bu işlev, hücre duvarının hemen altında yer alan hücre zarı tarafından yürütülür. Büyümekte olan genç bir hücre tarafından yapılan hücre duvarını n ilk kısmı primer duvar (birincil duvar) dır. Hücre büyümeye devam ettikçe, yalnız bu elastiğimsi duvar oluşturulur. İki hücre duvarını birbirine bağlayan tabakaya orta lamel denir. Pektin, orta lamelin esas bileşeninden birisi olarak genellikle kalsiyum pektat formunda bulunan karmaşı k bir polisakkarittir. Eğer pektin çözülürse, hücrelerin birbirlerine daha gevşek bağlandıkları görülür. Bunun örneği meyveler olgunlaştığında görülebilir. Kalsiyıım pektat kısmen daha çözünebilir formlara dönüşür, hücreler daha gevşek bağlanır ve bu da meyvenin daha yumuşak olmasına neden olur. Yüksek bitkilerdeki dokuların çürümesine neden olan mantar ve bakterilerin çoğu da benzer şekilde çalışırlar. Yani, önce pektini çözerler; bu, dokuların yumuşamasına neden olur. Yumuşayan dokuyu bakteri ve mantarlar biyolojik olarak kullanılabilirler.
Bitkilerin yumuşak doku hücrelerinin sadece primer duvarları (birincil duvarları) ve hücreler arası orta lameli vardır. Büyüme bittikten sonra hücreler iyice sertleşerek, bitkilerin daha odunsu kısımlarını oluştururlar. Bu yapı ise hücreye ilave tabakalar katar. Bu yeni tabakaya ise sekonder duvar (ikincil duvar) adı verilir. Bu duvar da, birincil duvar gibi, hücrenin sitoplazması tarafından yapıldığı için, önce oluşan birincil duvarın iç kısmında, hücre zarı ile birincil duvar arasında yer alır. İkincil duvar, birincil duvardan çoğunlukla daha kalın olup, yoğun tabakalar ya da lameller topluluğundan oluşmuştur. Her bir lamel içindeki selüloz fibriller birbirine paralel dururlar ve genellikle komşu lamellerin fibrillerine 60-90 derecelik açılarda düzenlenirler. Fibrillerin bu şekildeki yerleşimi hücre duvarına daha fazla dayanıklılık katar. Sekonder duvarda (ikincil duvar) selülozdan başka lignin gibi başka maddeler de bulunur. Lignin, ikincil duvarın daha da sert olmasına neden olur. İkincil duvarın depolanması biter bitmez, birçok hücre ölerek, bitki gövdesi için iç taşınma ve mekanik destekte işlev görecek duvarlarıyla bir tüp oluştururlar.
Bitki hücresi duvarlarının selülozu, kağıdın, pamuğun, ketenin, kendirin, sunni ipeğin, sellüloyidin ve odunun kendisinin esas bileşeni olarak ticari açıdan önemlidir. Odundan elde edilen lignin bazen sentetik lastik, yapıştırıcı, pigment, sentetik rezin ve vanilin üretiminde kullanılmaktadır.
Bitki hücresi duvarları hücreler etrafında tamamen kesiksiz hatlarla oluşmaz. Komşu hücreler arasında çok ince bağlantıların bulunduğu duvarlarda çoğunlukla küçük delikler bulunur. Bu bağlantılara plazmodesmata adı verilir.
Mantar ve Bakterilerin Hücre Duvarı
Hem mantar hem de bakterilerin hücre duvarları bitki hücrelerininkinden farklıdır. Mantarların çoğunda, duvarın esas yapısal bileşeni selüloz değil kitin’dir. Kitin, amino şeker glukozaminin bir türevi olan bir polimerdir. Kitin, bilindiği gibi, aynı zamanda böcek dış iskeletinin de esas bileşenidir. Bakterilerdeki hücre duvarında alt gruptan alt gruba değişen bir kaç çeşit organik madde bulunur (küçük bir bakteri grubunda hücre duvarı bulunmaz). Bu organik maddelerin teşhiste kullanılan boyalara verdikleri yanıtlar, laboratuvarda, bakterileri teşhiste kullanılan yöntemlerden birisidir. Ancak, tüm bakterilerdeki hücre duvarları yapısal açıdan birbirlerine benzer. Bir bakteri; duvarının her bölümü kısa zincirli amino asitlerle çapraz kovalent bağlarla bağlanan polisakkarit zincirlerinden oluşmuş katı /sert bir çerçeveye sahiptir. Sonuçta tek başına kocaman bir molekül oluşur.
Hücre duvarının varlığı, bitki ve mantar hücrelerinin ve bakterilerin düşük osmotik konsantrasyonuyla patlamadan sıvılara karşı dayanabilmesi demektir. Böyle bir ortamda, hücreler, kuşkusuz, turgor (şişme) durumundadır. Hücre içinin yüksek osmotik konsantrasyonunun bir sonucu olarak, su osmozla, hücrelerin içine doğru hareket eder. Hücre, hücre duvarlarına karşı bir turgor basıncı oluşturarak, şişer. Erişkin bir hücrenin hücre duvarı yalnız, çok az bir zaman gergin kalabilir. Hücre duvarının dayanıklılığı, hücre boyutunda daha fazla artışın olmayacağı kadar büyüdüğünde dengeye ulaşılır. Ve artık bundan sonra da hücreye başka su girmez. Bu durumda, bitki, mantar, bakteri ve hayvan hücreleri gibi, çevrelerindeki ortam ve hücre materyali arasındaki osmotik konsantrasyondaki farklılığa duyarlı değillerdir. Hücre duvarları yüzünden, bu hücreler etraflarındaki ortamın osmotik tertiplerindeki daha büyük değişikliklere hayvan hücrelerinden daha fazla dayanıklılık gösterebilirler. Daha da fazlası, turgor basıncı, gerçekte tıpkı başlangıçta sönük bir balonun şişmesi ya da araba lastiğinin daha şişkin olduğunda daha dayanıklı ve daha işlevsel bir yapıya sahip olması gibi, bitkilerin mekanik yapılarını kuvvetlendirir.
Glikokaliks
Bitki, mantar ve bakterilerde hücre duvarı, zardan tamamen ayrıdır. Eğer hücre hipertonik bir ortamda büzülürse, zar daha sert olan duvardan ayrılır. Tam tersine, hayvan hücrelerinde bulunan “örtü” tamamen bağımsız bir yapı değildir. Oligosakkarit denilen küçük şeker zincirlerinden oluşan karbohidratlar plazma zarındaki protein ve lipit moleküllerine kovalent bağ ile bağlanarak bu örtüyü oluştururlar. Sonuçta meydana gelen moleküllere glikoproteinler ve glikolipitler denir. Ve hücre örtüsünün kendisine de glikokaliks adı verilir. Zarın tamamen polarize olduğunu bilmek önemlidir: Glikolipitler (hücre zarının dış tabakasındaki lipitlerin yaklaşık yüzde 50’sini oluşturur) ve glikoproteinlerin karbohidrat takılı uçları lipit çift katmanın yalnız dış kısmında bulunur.
Glikokaliks, diğer hücrelerle iletişim kurabilen hücrenin, yüzeyindeki tanınma bölgelerini oluşturur. Örneğin, eğer bir bireyin karaciğer hücreleriyle böbrek hücreleri aynı doku kültüründe karıştırılırsa, karaciğer hücreleri diğer karaciğer hücrelerini arayıp, bulup, birleşecek; böbrek hücreleri de diğer böbrek hücrelerini tanıyıp, bulup birleşecektir. Glikokaliksin bu ayrıcaklıklı yapısı böyle bir durumda hücrelerin birini diğerinden ayırdedebilmeyi olanaklı kılar. Karbonhidrat belirleyicilerinin yapısı dokudan dokuya ve türden türe devamlı olarak değişir. Embriyolojik gelişimde de hücre tanınması, en azından, kısmen glikokalikse bağımlı olmalıdır ve benzer durum hücre büyümesinin kontrolü için geçerli sayılabilir. Normal hücreler doku kültüründe büyürken birbirlerine değerler. Bu durumda hareketlerini durdurup, büyümelerini yavaşlatır daha sonra da hep birlikte dururlar. Kontakt inhibisyon (temas engeli) denilen bu olay çoğu kanser hücrelerinde görülmez ve kanser hücreleri, bozuk glikokalikse sahip olduklarından normal olarak birbirleriyle etkileşemediklerinden, durmaksızın büyümelerini sürdürürler. Hücrelerin kimliği şeklinde düşünülebilen glikokaliks; birçok bulaşıcı hastalıkta da önemli rol oynar: Örneğin, sıtma parazitleri, eritrositin tamamen farklı bir amaç için ürettiği ayırdedici karbohidrat belirleyicisiyle konalwısım (eritrositi) tanı r. Konakçı hücrelerin saldırgan virüslerce tanınması da çoğunlukla glikokaliksin karbohidrat belirleyicilerine bağlı kalmaktadır. Yabancı hücrelerin glikokalikslerindeki belirleyiciler, bağışıklık sisteminde bulunan antikor moleküllerinin, saldırganları tanımak için kullandığı kuyruk şeklinde yapıları oluştururlar.
Kaynakça:
Khan Academy
Yazar: Taner Tunç