Mitoz Bölünme ve Hücre Döngüsü

Bir hücrenin bölünerek aynı genetik özelliklerde yeni hücreler oluşturmasına mitoz bölünme denir. Mitoz bölünmeyle çok hücreli canlılarda; büyüme, gelişme, yaraların onarımı gibi olaylar görülür. Aynı zamanda mitoz bölünme tek hücreli canlılar için üremek demektir. Mitoz bölünme, insanlarda belli bir büyüklüğe erişinceye kadar çoğu hücrede (örneğin sinir hücreleri bölünmez) ve bazı hücrelerde (kemik iliği vb.) hayat boyu devam eder.

📝 Mitoz bölünmeyi daha iyi anlamak için hücre döngüsünü öğrenmeliyiz.

Hücre Döngüsü

Hücre döngüsü bir hücrenin bölünmeye başlamasından itibaren diğer hücre bölünmesine kadar geçen zaman aralığına denir. Hücre döngüsünün büyük bir kısmı interfaz (hazırlık) evresinde; geriye kalan kısım ise bölünme evresi, çekirdek evresi ve sitoplazma bölünme evresinden oluşur. Hücre döngüsü interfaz ve mitotik evre olamak üzere 2 ana kısımdan oluşur.

İnterfaz Evresi

İnterfaz evresi yeni bölünmüş bir hücrenin, çekirdek bölünmesine kadar geçirdiği bir hazırlık evresidir. Çoğu hücreler yaşamlarının %90’ı interfaz evresinde geçirirler.

Hücreler bir sonraki bölünmeyi gerçekleştirebilmek için; gerekli büyüklüğe ve gerçekleşecek tepkimelerin enerjisi için çok sayıda depo ATP’ye ihtiyaç duyar. Hücreler bu ihtiyaçlarını interfaz evresindeki belirli adımlarda tamamlarlar. İnterfaz evresi G₁ S ve G₂ olmak üzere üç aşamada gerçekleşir.

G₁ evresi özellikleri

• Organel sayısı artar, atp sentezi hızlanır ve protein sentezi artar. Bu evrede hücrenin metabolizma hızı yükselir.
• Hücre bölünme evrelerinin sürece en uzun evresidir.
• Hücre hacimce büyür.
• Bu evrede, hücre yeterli büyüklüğe ulaşıp ihtiyacı olan ATP’yi ürettikten sonra, hücreye bölünme komutu verilir ve hücre geri dönüşümü olmayacak bir şekilde bölünmeye başlar.

S evresi özellikleri

• DNA’ nın eşlendiği ve kromatin sayısının iki katına çıktığı evredir.
• Protein sentezinin en yoğun şekilde gerçekleştiği evredir.
• Sentrozomların eşlenmesi emri bu evrede verilir.
• DNA’lar sorunsuz bir şekilde eşlendikten sonra hücre bir sonraki evreye geçer.

G₂ evresi özellikleri

• Bölünme ile ilgili enzimler sentezlenir.
• Organel sayısı artırılır.
• DNA sentezi durmuştur ancak RNA sentezi devam eder.
• G₂ evresinin sonunda hücre, bölünme hazırlığını tamamlanmış olur.

📝Not: Embriyonik hücreler, daha hızlı bölünebilmek için interfaz evresinde sadece S evresini gerçekleştirirler. G₁ ve G₂ evreleri görülmez.

📝Not: Erişkin hayvanların sinir hücreleri, kas hücreleri gibi bölünmeyen hücreler; G₁ evresinden çıkarak hücre döngüsünde G₀ olarak adlandırılan durgun evreye girerler. Gerekli bütün şartlar sağlansa bile hücre dışından sinyal gelmediği sürece DNA eşlemesi yapmazlar ve bölünme gerçekleştirmezler.

Mitotik Evre

Mitotik evre, bölünme ile ilgili tüm hazırlıklar yapıldıktan sonra bölünmenin gerçekleştiği evredir. Ana hücrenin bölünerek iki yeni hücre oluşturur. Bu evre, farklı kromozom takımlarına sahip (n, 2n, 3n gibi) hücrelerde gerçekleşebilir. Mitotik evre, bütün canlılarda görülen bir bölünme şekli olmakla birlikte, tek hücrelilerde çoğalmayı, çok hücrelilerde ise genel olarak büyüme, gelişme ve yaraların onarılmasını sağlar.

📚 Ek Not: Çok hücreli organizmaların hücreleri sınırsız bölünme yeteneğine sahip değildir. Bitkilerin meristem dokularının, sınırsız bölündükleri kabul edilir. Yeryüzünde tespit edilen en yaşlı bitkinin 80 000 yıl yaşayabildiği tahmin edilmektedir. Sınırsız yaşayan bir bitki yoktur. Mitotik evre sonunda bir hücreden aynı kalıtsal özelliğe sahip iki yavru hücre oluşur.

Mitotik evre, çekirdek bölünmesi (karyokinez) ve sitoplazma bölünmesi (sitokinez) olmak üzere 2 sınıfta incelenir.

Karyokinez (Çekirdek Bölünmesi)

Mitotik evrenin karyokinez bölümü; profaz, metafaz, anafaz ve telofaz (PMAT) olmak üzere dört aşamada gerçekleşir. İnterfaz evresi bittikten sonra hücre, çekirdek bölünmesi evresine girer. Bu evrede hücrenin tüm kalıtsal bilgileri yeni oluşacak çekirdeklere geçmektedir

Profaz Evresi

• Profaz evresi mitotik evrenin ilk evresidir. 
• İnterfazda eşlenmiş durumdaki kromatinler kısalıp kalınlaşarak kromozoma dönüşürler.
• Çekirdek zarı, çekirdekçik ve endoplazmik retikulum eriyerek tamamen kaybolur.
• Kromozomlar ekvatoral bölgeye hareket etmeye başlarlar.
• Mitotik iğ iplikleri oluşur.
• Her bir kromozom sentromer bölgelerinden birbirine tutunmuş özdeş iki kromatitten oluşur.

📌 Profazda aşmasında oluşan iğ iplikleri hayvan ve bitki hücrelerinde farklı şekilde oluşur fakat aynı işlevi görürler. Hayvan hücrelerinde iğ iplikleri sentrozom tarafından oluşturulurken bitki hücrelerinde sentrozom olmadığı için iğ ipliklerini mikrotübül organize edici bölge oluşturur. Oluşan iğ ipliklerinin bazıları kromozomların kinetokorlarına bağlanırken bazıları da doğrudan karşılıklı sentrozomlara bağlanır.

📝 Ders Notu: Kromozom, kromatit ve bölünme sırasında kullanılan diğer kavramlar

Metafaz Evresi

• İğ ipliklerine tutunmuş kromozomlar, hücrenin ortasına dizilir.
• Kromozomların en belirgin olduğu evredir. Kromozomlar bu evrede tek tek sayılabilir, incelenebilir, fotoğraflanabilir.
• Kromozomların büyüklük ve biçimine göre çiftler hâlinde görüntülenmesi yöntemine karyotip denir.

📚 Ek Not: Metafaz evresinde kromozomların karyotipi çıkarılarak varsa sayı ve şekil bakımından kromozom anormallikleri belirlenir. Bu yöntem sayesinde kalıtsal bazı hastalıkların erken teşhisi konulur.

Anafaz Evresi

• İğ ipliklerinin boyları kısalır, böylece kardeş kromatitler birbirinden uzaklaşarak zıt kutuplara hareket ederler.
• Kardeş kromatitler ayrıldıkları için kromozom olarak adlandırılırlar.
• Kinetokorlara bağlı olmayan iğ ipliklerinin uzaması sonucu hücrenin boyu uzar. Bu durum hayvan hücrelerinde sitoplazma bölünmesini kolaylaştırır
• Bu evre tamamlandığında hücrenin her iki kutbunda da eşit sayıda kromozom bulunur.
• Kromozomlar kutuplara ulaştığında anafaz evresi tamamlanır.

Telofaz Evresi

• Profaz evresinde eriyen çekirdek zarı, çekirdekçik ve organeller yeniden oluşmaya başlar.
• Kutuplara çekilen kromatitler çekirdek zarının içine girerler.
• Kısaca bu evrede profazda olan her şeyin tam tersi olur.
• Genellikle bu evre ile birlikte sitoplazma bölünmesi gerçekleşir.

Sitokinez (Sitoplazma Bölünmesi)

• Sitoplazmanın bölünmesi olayına sitokinez denir. Sitokinez bitki ve hayvan hücrelerinde farklı gerçekleşir.
• Hayvan hücrelerinde sitokinez, sitoplazmanın boğumlamasıyla gerçekleşir.
• Bitki hücrelerinde hücre zarının etrafında selülozdan oluşmuş hücre çeperi olduğundan boğumlanma gerçekleşemez. Sitoplazmanın ekvatoral düzleminde golgi organelinin etkisiyle orta lamel (ara lamel, hücre plağı) denilen yapı oluşur. Bu yapı oluştuktan sonra üzerine hücrenin sentezlediği selüloz eklenir ve çeper oluşumu tamamlanmış olur.

Hayvan ve Bitki Hücrelerindeki Mitotik Evredeki Bölünme Farklılıkları

• Hayvan hücrelerinde sitoplazma boğumlanarak bölündüğü halde bitki hücresinde orta lamel (ara lamel) oluşumuyla gerçekleşir.
• Bitki hücresinde iğ ipliklerini sitoplazma hazırlarken hayvan hücrelerinde bunu sentrozomlar yapar.

Mitoz Bölünme Aşamalarındaki Gen Miktarı ve Kromozom Sayısındaki Değişimler

Başlangıçta 2n = 30 kromozomlu bir hücre için mitoz bölünme sırasında gerçekleşecek kromozom sayısı ve gen değişimi şu şekilde olacaktır.