TYT MİTOZ BÖLÜNME VE EŞEYSİZ ÜREME

Mitoz bölünme; büyüme, gelişme, doku onarımı ve tek hücreli ökaryotlarda çoğalma gibi süreçlerin temelidir. Eşeysiz üreme ise çoğu örnekte mitozla kurulan, tek atadan yeni bireylerin oluştuğu üreme biçimidir. TYT soruları bu konuyu yalnız evre adlarıyla değil; kromozom–kromatit sayısı, DNA miktarı, hücre döngüsünün denetimi ve farklı eşeysiz üreme yollarını birlikte yorumlatarak ölçer.

HÜCRE BÖLÜNMESİNİN TEMELİ

Hücre Neden Bölünür?

Hücre büyüdükçe hacmi, yüzey alanından daha hızlı artar. Madde alışverişi hücre zarından gerçekleştiği için küçülen yüzey alanı/hacim oranı, hücrenin gereksinimlerini karşılamayı zorlaştırır. Çekirdeğin yönettiği sitoplazma miktarının artması da çekirdek–sitoplazma oranını bozar. Hücre bölünmesi bu iki oranı yeniden uygun düzeye getirir.

Çok hücreli canlılarda bölünme; zigottan ergin bireyin oluşması, büyüme, yıpranan dokuların yenilenmesi ve yaraların onarılması için kullanılır. Tek hücreli ökaryotlarda mitoz ve ardından gerçekleşen sitokinez, yeni birey oluşmasına yol açabilir. Prokaryotların ikiye bölünmesi ise çekirdek ve iğ iplikleri içermediği için mitoz değildir.

Kromatin, Kromozom, Kromatit ve Sentromer

Bölünmeyen hücrede DNA, histon proteinleriyle birlikte gevşek kromatin hâlindedir. Bölünme yaklaşınca kromatin kısalıp kalınlaşır ve ışık mikroskobunda seçilebilen kromozomlara dönüşür. S evresinde DNA eşlenmesinden sonra her kromozom, genetik bilgileri aynı olan iki kardeş kromatitten oluşur.

Kardeş kromatitler sentromer bölgesinde bir arada tutulur. Sentromer üzerinde her kromatide ait bir kinetokor bulunur; iğ iplikleri kromozoma kinetokor üzerinden bağlanır. Kromozom sayısı bağımsız sentromer sayısına göre belirlenir. Bu nedenle DNA eşlendiğinde kromatit ve DNA miktarı artarken kromozom sayısı değişmez.

Görselde kardeş kromatit eşlenmiş kromozomun iki boyuna parçasından birini, sentromer kromatitlerin birlikte tutulduğu daralmış bölgeyi, kinetokor ise iğ ipliklerinin bağlandığı protein yapısını gösterir.

HÜCRE DÖNGÜSÜ VE İNTERFAZ

G1, S, G2 ve M Evreleri

Bir hücrenin oluşumundan yeniden bölünmesine kadar geçen düzenli süreç hücre döngüsüdür. Döngü, interfaz ve mitotik evreden oluşur. İnterfaz dinlenme dönemi değildir; hücrenin metabolik olarak etkin olduğu, büyüdüğü ve bölünmeye hazırlandığı uzun dönemdir.

• G1: Hücre büyür; RNA, protein ve organel üretimi artar. Bölünme sinyali almayan bazı hücreler G0 evresine geçebilir.
• S: DNA eşlenir, kardeş kromatitler oluşur. Hayvan hücresinde sentrozom da eşlenir. DNA miktarı iki katına çıkar; kromozom sayısı değişmez.
• G2: Mitoz için gerekli proteinler ve iğ ipliği bileşenleri hazırlanır; DNA eşlenmesindeki hatalar denetlenir.
• M: Önce çekirdek bölünmesi olan mitoz, çoğunlukla ardından sitoplazma bölünmesi olan sitokinez gerçekleşir.

Görselde G1 hücresel büyümeyi, S DNA eşlenmesini, G2 mitoz hazırlığını ve M bölünmeyi gösterir. Oklar döngünün sırasını belirtir; her yeni yavru hücre uygun koşullarda yeniden G1 evresine girebilir.

HÜCRE DÖNGÜSÜNÜN KONTROLÜ VE KANSER

G1, G2 ve M Kontrol Noktaları

Hücre döngüsü, her basamağın uygun koşullarda ilerlemesini sağlayan kontrol noktalarıyla denetlenir. G1 kontrol noktasında hücre büyüklüğü, besin, büyüme sinyalleri ve DNA hasarı; G2 kontrol noktasında DNA eşlenmesinin tamamlanması ve hasar; M kontrol noktasında bütün kromozomların iğ ipliklerine doğru bağlanması denetlenir.

Koşullar uygun değilse döngü durdurulur; hata onarılır ya da hücre programlı ölüme yönlendirilebilir. Kontrol sistemini düzenleyen genlerdeki bozukluklar hücrenin yoğunluğa bağlı büyüme durmasını ve tutunma gereksinimini kaybetmesine yol açabilir. Denetimsiz çoğalan hücrelerin oluşturduğu kitle tümördür. Çevre dokulara yayılma ve uzak organlara taşınma özelliği kazanan kötü huylu hücreler kanser tablosunu ağırlaştırır.

MİTOZ BÖLÜNMENİN EVRELERİ

Profaz ve Metafaz

Profazda kromatin iplikleri kısalıp kalınlaşarak iki kardeş kromatitli kromozomlar hâlinde belirginleşir. Çekirdekçik kaybolur, çekirdek zarı parçalanır. Hayvan hücresinde eşlenmiş sentrozomlar zıt kutuplara ilerler ve aralarında iğ iplikleri kurulur. İğ iplikleri kinetokorlara bağlanır.

Metafazda kromozomlar hücrenin ekvator düzleminde tek sıra hâlinde dizilir. Kardeş kromatitlerin kinetokorları zıt kutuplardan gelen iğ ipliklerine bağlıdır. Kromozomların en yoğun ve belirgin görüldüğü evre metafazdır; kromozom şekli ve sayısı incelemeleri çoğunlukla bu evrede yapılır.

Anafaz ve Telofaz

Anafazda kardeş kromatitleri bir arada tutan bağlar çözülür. Ayrılan her kromatit artık bağımsız bir kromozom sayılır ve iğ ipliklerinin kısalmasıyla zıt kutuplara taşınır. Bu nedenle tek hücre içindeki kromozom sayısı anafazda geçici olarak iki katına çıkar; her kutba başlangıçtaki kromozom sayısı kadar kromozom ulaşır.

Telofazda kromozomlar kutuplara ulaşır ve yeniden gevşeyerek kromatine dönüşür. Her kromozom takımının çevresinde çekirdek zarı oluşur, çekirdekçikler belirir ve iğ iplikleri kaybolur. Böylece genetik bilgisi aynı iki yavru çekirdek meydana gelir.

Görselin sol üstünde profaz, sağ üstünde metafaz, sol altında anafaz, sağ altında telofaz gösterilir. Profazda dört eşlenmiş kromozom dağınık, metafazda aynı kromozomlar ekvatorda tek sıra, anafazda ayrılan kromatitlerden dörder kromozom her kutba ilerler; telofazda iki çekirdek oluşur.

Örnek - 7

Aşağıdaki görselde aynı hücrenin dört farklı evresi K, L, M ve N ile gösterilmiştir.

Bu evrelerin gerçekleşme sırası hangisidir?

A) K – L – N – M

B) L – N – K – M

C) L – K – N – M

D) N – L – M – K

E) M – L – N – K

Cevabı Göster

L’de kromozomlar yoğunlaşmış fakat ekvatorda dizilmemiştir: profaz. N metafaz, K anafaz, M telofaz ve başlayan sitokinez görünümündedir. Sıra L – N – K – M olur.

Cevap: B

SİTOKİNEZ: SİTOPLAZMANIN BÖLÜNMESİ

Hayvan ve Bitki Hücresinde Sitokinez

Sitokinez çoğunlukla anafazın sonlarında başlar ve telofazla birlikte tamamlanır. Hayvan hücresinde hücre zarının altındaki aktin–miyozin halkası kasılır; zar dıştan içe doğru boğumlanır. Bitki hücresinin sert duvarı boğumlanmaya izin vermez. Golgi kaynaklı kesecikler hücrenin ortasında birleşerek hücre plağını oluşturur; plak merkezden çevreye doğru büyüyüp ana hücrenin duvarıyla kaynaşır.

Mitoz ile sitokinez aynı kavram değildir. Çekirdek bölünüp sitoplazma bölünmezse çok çekirdekli bir hücre oluşabilir. Buna karşılık sitokinez tamamlandığında iki ayrı yavru hücre elde edilir.

MİTOZDA KROMOZOM SAYISI VE DNA MİKTARI

Sayısal Değişimin Mantığı

Kromozom sayısı bağımsız sentromer sayısıyla belirlenir. S evresinde DNA eşlendiğinde her kromozom iki kromatitli olur; kromozom sayısı sabit, DNA miktarı iki katıdır. Profaz ve metafazda bu durum korunur. Anafazda kardeş kromatitlerin sentromerleri ayrıldığı için her kromatit bağımsız kromozom olur; hücre içindeki kromozom sayısı geçici olarak iki katına çıkar. Sitokinez tamamlanınca her yavru hücre başlangıçtaki kromozom sayısını ve G1’deki DNA miktarını taşır.

MİTOZUN CANLILAR İÇİN ÖNEMİ

Büyüme, Onarım ve Genetik Süreklilik

Mitoz, kromozom sayısını koruyarak ana hücreyle aynı genetik bilgiyi taşıyan yavru çekirdekler oluşturur. Çok hücrelilerde hücre sayısının artması büyümeyi; deri, bağırsak epiteli ve kemik iliği gibi dokulardaki bölünmeler yenilenmeyi sağlar. Yaralanan dokunun onarımında hücre bölünmesi kadar hücrelerin farklılaşması ve dokusal düzenlenmesi de gereklidir.

Mitoz genetik çeşitliliğin temel kaynağı değildir. Normal koşullarda yavru hücreler birbirinin ve ana hücrenin genetik kopyasıdır. Farklılık ancak mutasyon, eşlenme hatası veya kromozomların hatalı dağılımı gibi değişikliklerle ortaya çıkabilir. Tek hücreli ökaryotlarda mitoz yeni birey oluştururken çok hücrelilerde somatik hücre sayısını artırır.

EŞEYSİZ ÜREMENİN TEMEL ÖZELLİKLERİ

Tek Ata, Hızlı Çoğalma ve Klon Oluşumu

Eşeysiz üremede gametlerin birleşmesi ve döllenme yoktur; çoğunlukla tek ata yeterlidir. Mitoz temelli eşeysiz üremede oluşan bireyler, mutasyon olmadığı sürece ata ve birbirleriyle aynı genetik yapıya sahiptir. Bu bireylere klon denir. Hızlı çoğalma, kısa sürede çok sayıda yavru ve eş aramama avantajdır. Genetik çeşitliliğin düşük olması ise değişen çevre koşullarında topluluğun aynı olumsuz etkenden zarar görme riskini artırır.

Prokaryotlarda ikiye bölünme eşeysiz üremedir fakat mitoz değildir. Sporla üremede sporların mitozla ya da canlı grubuna göre mayozla oluşabilmesi mümkündür; eşeysiz üremeyi belirleyen, döllenme olmadan yeni bireyin gelişmesidir. Rejenerasyon da her zaman üreme sayılmaz: kertenkelenin kuyruğunu tamamlaması onarım, planarya parçasından bütün yeni bireyin oluşması eşeysiz üremedir.

Görselde sol üstte amibin bölünmesi, sağ üstte hidranın tomurcuklanması, sol altta mantarın sporla üremesi, sağ altta planaryanın parçasından yeni birey oluşmasını sağlayan rejenerasyon gösterilir.

EŞEYSİZ ÜREME YOLLARI

Bölünme, Tomurcuklanma, Spor ve Rejenerasyon

Bölünerek üreme bakteriler ve arkelerde ikiye bölünme; amip, öglena ve paramesyum gibi tek hücreli ökaryotlarda çekirdek bölünmesi ve sitokinezle gerçekleşir. Bölünme düzlemi canlıya göre değişebilir: paramesyum enine, öglena boyuna, amip farklı yönlerde bölünebilir.

Tomurcuklanmada ana bireyin vücudunda mitozla büyüyen bir çıkıntı oluşur. Tomurcuk ayrılırsa bağımsız birey, bağlı kalırsa koloni meydana gelebilir. Bira mayası, hidra, mercan ve süngerlerde görülür. Yavrunun başlangıçta ana bireyden küçük olması genetik bakımdan farklı olduğu anlamına gelmez.

Sporla üreme mantarlar, bazı protistler, tohumsuz bitkiler ve kimi omurgasızlarda görülür. Kalın örtülü sporlar yayılmayı ve olumsuz koşullara dayanmayı kolaylaştırabilir. Bakteri endosporu ise üreme yapısı değil, dayanıklılık biçimidir.

Rejenerasyonla üremede kopan vücut parçası mitoz ve farklılaşmayla bütün bireye dönüşür. Planarya, bazı süngerler ve denizyıldızlarında görülür. Denizyıldızının her kolu tek başına yeni birey oluşturmaz; gerekli merkezî bölümün parçada bulunması gerekir.

Örnek - 16

Aşağıdaki görselde K, L, M ve N canlılarında gözlenen eşeysiz üreme örnekleri verilmiştir.

Görsellerdeki yöntemlerin doğru eşleştirilmesi hangisidir?

A) K sporla – L tomurcuklanma – M bölünme – N vejetatif

B) K tomurcuklanma – L vejetatif – M rejenerasyon – N sporla

C) K rejenerasyon – L bölünme – M tomurcuklanma – N sporla

D) K bölünme – L sporla – M vejetatif – N tomurcuklanma

E) K tomurcuklanma – L sporla – M vejetatif – N rejenerasyon

Cevabı Göster

K’de hidra tomurcuğu, L’de patates yumrusundan gelişen sürgünler, M’de planarya parçasının bütün bireye dönüşmesi, N’de mantar sporlarının yayılması görülür.

Cevap: B

VEJETATİF ÜREME

Doğal Vejetatif Üreme

Bitkilerin kök, gövde veya yaprak gibi vejetatif organlarından yeni bitkilerin gelişmesine vejetatif üreme denir. Çilekte sürünücü gövde, patateste yumru gövde, zencefil ve ayrık otunda rizom, soğanda soğan gövde, gözyaşı bitkisinde yaprak kenarı tomurcukları doğal örneklerdir. Yeni bitkiler ana bitkiyle aynı kalıtsal yapıyı taşır.

Yapay Vejetatif Üretim Yöntemleri

Çelikle üretimde gövde, yaprak ya da kökten alınan parça uygun ortamda köklendirilir. Aşılamada istenen gövde özelliğini taşıyan kalem, uygun kök sistemine sahip anaçla kaynaştırılır; oluşan bitkinin kök özellikleri anaçtan, sürgün ve meyve özellikleri kalemden gelir. Daldırmada ana bitkiden ayrılmamış dalın bir bölümü toprağa gömülüp köklendikten sonra ayrılır.

Doku kültüründe bitkiden alınan hücre, doku veya organ parçası steril besi ortamında çoğaltılır. Farklılaşmış hücreler uygun hormonlarla kallus oluşturabilir, ardından kök ve sürgün geliştirerek tam bitkiye dönüşebilir. Hastalıksız, aynı özellikte çok sayıda bitkinin kısa sürede üretilmesi; nadir türlerin korunması ve tarımsal çoğaltma yöntemin önemli kullanım alanlarıdır.

Görselin üst sırasında sürünücü gövde, yumru gövde, soğan ve rizom; alt sırasında çelik, aşılama, daldırma ve doku kültürü gösterilir. Aşılama iki bitkinin genlerini karıştırmaz; anaç ve kalem kendi genetik yapılarını koruyan farklı dokulardır.

PARTENOGENEZ

Döllenmemiş Yumurtadan Yeni Birey

Partenogenez, döllenmemiş yumurta hücresinden yeni bireyin gelişmesidir. Arılar, karıncalar, su pireleri ve bazı balık, kurbağa, sürüngen türlerinde görülebilir. Yumurta hücresi söz konusu olsa da döllenme gerçekleşmediği için partenogenez eşeysiz üreme kabul edilir.

Bal arılarında diploit kraliçe mayozla haploit yumurtalar oluşturur. Döllenmeyen yumurta mitozlarla gelişerek haploit erkek arıyı; döllenen yumurta diploit dişi larvayı oluşturur. Dişi larvanın polenle beslenmesi işçi, arı sütüyle beslenmesi kraliçe gelişimini destekler. İşçi ve kraliçe arasındaki fark kromozom sayısından değil beslenmenin gen etkinliği üzerindeki etkisinden kaynaklanır. Haploit erkek arı sperm hücrelerini mayozla değil mitozla oluşturur.

KONUNUN SINAV HARİTASI

Mitozun doğru yorumlanması, “DNA ne zaman eşlendi?”, “sentromer ne zaman ayrıldı?” ve “sayım tek hücrede mi, her kutupta mı?” sorularına dayanır. Eşeysiz üreme sorularında ise yeni bireyin oluşup oluşmadığı, döllenmenin bulunup bulunmadığı ve yöntemin hangi canlı örneğiyle eşleştiği belirleyicidir.