ÖABT Fen Bilimleri Biyoloji: Hücre ve Canlıların Sınıflandırılması konu anlatımı

Hücre, canlıların yapısal ve işlevsel temel birimidir; her canlı en az bir hücreden oluşur ve yaşamsal faaliyetlerin (madde alışverişi, enerji üretimi, üreme, kalıtım) tümü hücre düzeyinde gerçekleşir. Robert Hooke'un mantar dokusunda gözlemlediği boşlukları "hücre" olarak adlandırmasından bu yana geliştirilen hücre teorisi, Schleiden, Schwann ve Virchow'un katkılarıyla bugünkü hâlini almıştır: bütün canlılar (virüsler hariç) bir ya da daha çok hücreden oluşur, hücre canlının yapısal ve işlevsel temel birimidir, yeni hücreler yalnızca var olan hücrelerin bölünmesiyle oluşur ve tüm hücreler kalıtım materyali taşır. ÖABT Fen Bilimleri sınavında bu konu iki eksende ele alınır: birincisi hücrenin yapısı, organelleri ve madde geçişleri; ikincisi ise canlıların ortak özelliklere göre gruplandırılması yani taksonomidir (sınıflandırma bilimi). Ortaokul müfredatında 6. sınıf "Canlılar Dünyası" ve 7-8. sınıf hücre-canlıların sınıflandırılması üniteleriyle örtüşen bu başlık, adaylardan hem organel-görev bilgisini hem de Domain-Alem-Filum-Sınıf-Takım-Familya-Cins-Tür hiyerarşisini iyi bilmelerini bekler.

Hücre çeşitleri: prokaryot ve ökaryot

Canlı hücreleri, çekirdek zarının bulunup bulunmamasına göre iki büyük gruba ayrılır. Prokaryot hücreler (bakteriler ve arkeler), zarla çevrili gerçek bir çekirdeğe sahip değildir; halkasal DNA'ları sitoplazmada nükleoid adı verilen bölgede bulunur, ribozomları küçük (70S) tiptedir ve zarlı organel (mitokondri, kloroplast, Golgi gibi) içermezler. Ökaryot hücreler ise (bitki, hayvan, mantar, protista) zarla çevrili gerçek bir çekirdeğe, zarlı organellere ve daha büyük (80S) ribozomlara sahiptir.

Hücre zarı ve madde geçişleri

Hücre zarı, akıcı mozaik modele göre fosfolipit çift tabaka içine gömülü proteinlerden oluşur ve seçici geçirgendir. Madde geçişleri enerji kullanımına göre ikiye ayrılır: Pasif taşımada (basit difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon, osmoz) madde yoğun ortamdan seyreltik ortama doğru kendiliğinden hareket eder, ATP harcanmaz; osmoz yalnızca su moleküllerinin yarı geçirgen zardan seçici geçişini ifade eder. Aktif taşımada ise madde, taşıyıcı proteinler (örneğin Na⁺-K⁺ pompası) aracılığıyla ATP harcanarak seyreltik ortamdan yoğun ortama doğru taşınır. Büyük moleküllerin ya da parçacıkların zar kesecikleriyle alınması endositoz (fagositoz: katı besin, pinositoz: sıvı), dışarı verilmesi ekzositoz olarak adlandırılır.

Organeller ve görevleri

Çekirdek, DNA'yı ve dolayısıyla kalıtım bilgisini taşır, hücrenin yönetim merkezidir. Mitokondri, oksijenli solunumla ATP üretir; kendine ait DNA ve ribozomu bulunduğundan yarı-otonom (endosimbiyoz teorisiyle açıklanan) bir organeldir. Kloroplast, bitki ve bazı protistlerde fotosentezi gerçekleştirir; o da kendi DNA'sına sahiptir. Granüllü endoplazmik retikulum, üzerindeki ribozomlarla protein sentezler ve işler; düz endoplazmik retikulum ise lipit sentezi ve detoksifikasyondan sorumludur. Golgi cisimciği, ER'den gelen maddeleri paketleyip değiştirerek hücre dışına salgılar. Ribozom, zarsız bir yapı olup protein sentezinden sorumludur ve hem prokaryotlarda hem ökaryotlarda bulunur. Lizozom, hidrolitik enzimlerle hücre içi sindirim ve otofajiyi gerçekleştirir; yalnızca hayvan hücrelerinde tipik olarak bulunur. Koful (vakuol), bitki hücrelerinde büyük ve merkezi konumda olup turgor basıncını sağlar, hayvan hücrelerinde ise küçük ve sayıca fazladır. Sentriol, hücre bölünmesinde iğ ipliklerinin organizasyonunda görev alır ve yalnızca hayvan hücrelerinde bulunur; bitki hücrelerinde yoktur. Hücre duvarı, bitkilerde selülozdan, mantarlarda kitinden, bakterilerde peptidoglikandan oluşur ve hücreye şekil ile mekanik destek sağlar; hayvan hücrelerinde bulunmaz.

Canlıların sınıflandırılması (taksonomi)

Carl Linnaeus'un geliştirdiği ikili adlandırma (binom nomenklatür) sistemine göre her türe cins adı ve tür epitetinden oluşan Latince bir ad verilir; cins adı büyük, tür epiteti küçük harfle başlar ve ad italik (ya da elle yazımda altı çizili) yazılır: örneğin Homo sapiens. Taksonomik hiyerarşi genişten dara doğru şu sırayı izler: Domain (Âlemüstü) → Âlem (Kingdom) → Filum (Şube) → Sınıf → Takım → Familya → Cins → Tür. Carl Woese'nin önerdiği üç domain sistemine göre canlılar Bacteria, Archaea ve Eukarya olmak üzere üç büyük gruba ayrılır; Archaea, aşırı sıcak, tuzlu ya da asidik ortamlarda yaşayabilen ve hücre duvarında peptidoglikan bulunmayan prokaryotları kapsar. Whittaker'ın beş âlem sistemi ise canlıları Monera (bakteriler), Protista, Fungi (mantarlar), Plantae (bitkiler) ve Animalia (hayvanlar) olarak sınıflandırır; mantarlar heterotrof beslenir, hücre duvarları kitin içerir ve besinlerini enzim salgılayarak dışarıda sindirip emerler, bu yönüyle ototrof (fotosentez yapan) bitkilerden ayrılır. Virüsler, hücresel yapıda olmadıkları, kendi başlarına metabolizma gerçekleştiremedikleri ve çoğalmak için mutlaka bir konak hücrenin organel ve enzimlerine ihtiyaç duydukları için bu sınıflandırma sistemlerinin dışında, hücresel olmayan varlıklar olarak ele alınır.

Örnek 1. Bir araştırmacı ışık mikroskobunda incelediği bir hücrede hücre duvarı, büyük bir merkezi koful ve kloroplast gözlemliyor, ancak sentriol gözlemleyemiyor. Bu hücre hangi canlı grubuna aittir?

Çözüm: Selülozdan hücre duvarı, büyük merkezi koful ve kloroplast bir arada yalnızca bitki hücrelerinde bulunur; bitki hücrelerinde sentriol de tipik olarak bulunmaz. Dolayısıyla incelenen hücre bir bitki hücresidir.

Örnek 2. Kas hücrelerinde mitokondri sayısı, yağ depolayan adiposit hücrelerine göre neden daha fazladır?

Çözüm: Kas hücreleri kasılma hareketi için sürekli ve yüksek miktarda ATP'ye ihtiyaç duyar; bu ATP'nin büyük bölümü oksijenli solunum yoluyla mitokondride üretildiğinden kas hücrelerinde mitokondri sayısı fazladır.

Örnek 3. Bir hayvan hücresi kendisine göre hipotonik bir ortama bırakılıyor. Hücrede ne olur?

Çözüm: Hipotonik ortamda dışarıdaki çözünen madde derişimi hücre içinden azdır; su, derişimin düşük olduğu bölgeden (dışarıdan) yüksek olduğu bölgeye (hücre içine) osmozla girer. Hayvan hücresinde hücre duvarı bulunmadığından hücre aşırı su alarak şişer ve patlayabilir (hemoliz).

Örnek 4. Bir bakterinin antibiyotik direnci sağlayan plazmiti başka bir bakteriye aktarması hangi hücresel özellikle ilişkilidir?

Çözüm: Prokaryot hücreler, kromozomal DNA'larına ek olarak halkasal, küçük ve bağımsız replike olabilen plazmit DNA'sı taşıyabilir; bu plazmitler konjugasyonla başka bakterilere aktarılabilir. Bu durum prokaryotların plazmit taşıma özelliğiyle doğrudan ilişkilidir.

Örnek 5. Saccharomyces (maya, bir mantar türü) ile Zea mays (mısır bitkisi) aynı domain içinde midir?

Çözüm: Her iki canlı da ökaryot hücre yapısına sahip olduğundan Eukarya domaininde yer alır; ancak biri Fungi, diğeri Plantae âlemine ait olduğundan farklı âlemlerdedir. Bu örnek, aynı domain içinde farklı âlemlerin bulunabileceğini gösterir.