Bitki Hücresi | Bitki Fizyolojisi 1

[TrakKulüp Gündem]

Bilgilendirmelerimizin devam edeceği seriye başlamadan önce "botanik nedir?" den başlayalım.

Botanik canlıların yapısı ve işleyişini inceleyen bilim dalı olan biyolojinin, bitkileri inceleyen alt dalıdır. Botanik; Fizyoloji (bitki bünyesindeki tüm fiziksel ve kimyasal yasalarla gerçekleşen olaylar), Morfoloji (bitki dokuları), Genetik (Islah) ve Bitki Sistematiği (bitkilerin akrabalık sınıflandırması) alanlarında bilimsel incelemeler yapar.

Bu makalede bitkinin en küçük yapıtaşı olan "hücrelere" değinilecek. Çoğumuz ortaokul, lise ve sonrasında da bu konuda bir geçmişe sahiptir ancak serinin devamlılığı için ufak bir bilgi tazelemekte ve canlıları genel olarak sınıflandırmakta fayda var.

Canlılar Prokaryot ve Ökaryot olarak sırasıyla az ve çok gelişmiş olarak 2'ye ayrılır:

Prokaryotların hücrelerinde çekirdek ve zarlı organeller yoktur, sadece protein üreten ribozomlar bulundurur. Olmayan çekirdeğin görevini kısmen hücre sıvısı (stoplazma) yerine getirir. Tamamı tek hücrelidir, yani sadece tek bir mikroskobik hücreden oluşurlar. Bunlara bakteriler ve arkeler alemi örnek verilebilir.

Ökaryotlar, hücrelerinde başta çekirdek ve diğer zarlı organelleri bulundururlar. Buradaki alt alemlerden "protista" dışındaki tüm mantar, bitki ve hayvan alt alemleri çekirdekli hücrelere sahiptirler. Buradaki canlılar insan gibi çok hücreli, genel olarak gözle görülebilir canlılardır.

Aşağıda bir bitki dokusunun bistüri ile kesilmesinden elde edilip, mikroskopta incelenen halini görüyoruz. Soğan gibi bitkilerde standart ışık mikroskoplarıyla bitki hücrelerini görmek kolay olsa da; deneyimlerimize göre buğday, lavanta gibi bitkilerde zor. Hücre haritasını çıkarmak için zaten ışık mikroskopları değil gelişmiş elektron mikroskopları kullanılıyor.

Bitki hücreleri hayvan hücrelerinden farklı olarak dörtgenimsidir. Noktalar ise çoğu canlı aleminde bulunan hücre çekirdekleridir. Bazılarında 2 adet bulunuyor çünkü hücre bölünmesi gerçekleşiyor, bitki büyümesi sürüyor.

Şimdi canlıları ayırıp, gerçek bitki hücresini dışardan gördüğümüze göre; artık bitki hücresinin dışardan içeri doğru organellerini detaylı incelebiliriz.

1) HÜCRE DUVARI: Bitki hücresinin en dış kısmında, sert yapıda bulunur, hücreye şekil verir. Bir nevi hücre iskeleti denilebilir.

-Bitkinin düz durabilmesine yardımcı olur. Bitki boyu uzadıkça tüm hücrelerdeki esneme artacağı için bitki yatabilir.
-Hücreye alınan fazla suyun hücreyi patlatmasını önler.
-Hücrenin transpirasyon yani terleme ile su kaybetmesini engeller.
-Hücredeki olaylarda daha az enerji harcanmasını sağlan "enzimler" bulundurur.
-Hücreye maddelerin giriş çıkış yapmasını sağlar.
-Bitki hastalıklarına neden olan patojenler (mantarlar, bakteriler, virüsler) buradan giriş yapmaya çalışırlar. Virüsler hücrede ilk proteinlere saldırmaktadır, eğer yağlara ve karbonhidrata saldırırsa kendi ölür. Fazla azotun hücre duvarını incelttiği ve genel olarak hastalıklara davetiye çıkardığı bilinmektedir.

2)PLASMODESMATA: Hücreler arası besin borucukları vardır ve hücre duvarlarının içinden geçerler. Su, besin elementleri ve yapraklarda yapılan fotosentez sonucu açığa çıkan organik maddelerin taşıması hücreler arası bu şekilde gerçekleşmektedir.

Yapısı hücre sıvısı olan sitoplazmadan oluşmuştur. Sıcaklık, ışık, darbe, elektrik akımı gibi etmenlerden olumsuz etkilenmektedir.

3)HÜCRE ZARI: Hücre duvarının hemen altında bulunan, hücreye dayanıklılık kazandıran çeşitli maddelerin hücre içine giriş ve çıkışının sağlandığı ana zardır. Su, gazlar, yağlar, nötr halde bulunan bileşikler ( yaprak gübresi olarak atılan üre) hücre zarından kolay geçmektedir. Zehirli maddelerin hücre içine alınmasını ve içerdeki yararlı besinlerin dışarı çıkmasını engellemektedir.

Hücre zarının en iç ve dış kısımlarındaki koyu kısımlar ağırlıklı olarak protein; orta kısmı ise yağlardan oluşmuştur. Genel olarak hücre zarının %42'si protein, %32'si yağ (lipit), %6'sı karbonhidrat, %20'si sudur. Bu oranlar farklılaşabilir.

Buradaki proteinler hücreye esnekliği ve dayanıklığı, büyük maddelerin hücre içine alınmasını, enzim üretimini, hücrelerarası bilgi akışını reseptör olarak sağlamaktadırlar. Glikoz ile birleşerek "glikoproteinleri" oluştururken, taşıyıcı halde bulunan "periferal protein ve integral protein" hallerinde de bulunur.

Yağlar yani lipidler ise hücre zarının en iç ve dış kısmında fosfolipit olarak koyu renkli halde, az miktarda kolesterol halde ve glikoz ile birleşerek "glikolipid" halde bulunurlar. Fosfolipitler aşağıda görüleceği üzere koyu renkli başlara ve zarın ortasına doğru giden kuyruklara sahiptir. Baş tarafları suyu sever, kuyruk kısımları ise suyu sevmez. Bunların kuyruk kısımları yağlardan oluşmaktadır ve hücreye esneklik katar.

4)SİTOPLAZMA: Hücre zarı ile çekirdek ve organellerin zarları arasındaki boşluğu dolduran sıvı kısımdır. Sitoplazmanın organellerin zarlarıyla ve hücre zarlarıyla temas eden en dış zarı vardır. Yani sitoplazmanın sıvı kısmı direkt olarak zarlarla temas etmez.

Sitoplazma, akıcı ve hafif jölemsi özelliktedir. Organeller bu sıvının içinde dağınık halde bulunur.

4.1) Endoplazmik Retikulum (ER) : Gelişmiş bütün bitkilerde zarlar arası iletişimi sağlar. Hücre çekirdeğinden (nükleus) başlayarak hücre zarına kadar hücrenin içini sarar. Endoplazmik retikulum, genç bitki hücrelerinin meristemlerinde ( büyüme noktalarında, sürgün uçlarında) hücre duvarına kadar değebilmektedir. Yaşlı hücrelerde yoğunluğu azdır, kesik kesik görülebilir.

*ER; genel olarak hücre zarı için lipid ( yağ) ve protein üretiminde rol oynar.
*Glikojenin depolanmasını sağlar.
*Plasmodesmatanın başlangıcında görev yapar.
*Zararlı maddelerin hücreye girişini önler.

ER; düz, granüllü, gözenekli olarak 3 farklı tipte zara sahiptir.

a) Düz olan aşağıdaki resimde turuncu kısım gibidir. Granüller (ribozomlar) içermez ve haliyle protein üretilip depolanmaz. Glikojen, yağ ve steroid sentezinde görev yapar.

b) Granüllü olanın zarında bol miktarda ribozom vardır. Ribozomları az sonra detaylı olarak sırası gelince gelince anlatacağız ama şimdilik protein sentezinde ve taşımasında görev aldığını bilmemiz yeterli. Ayrıca granüllü ER'de hücrelerin bir olayı gerçekleştirmesinde harcanan enerjiyi azaltan "enzimler" de üretilir. Aşağıdaki resimde mavi olanlardır.

c) Gözenekli olan ise sitoplazma ile dış çevre arasındaki bağlantıyı sağlar.

4.2) Ribozomlar: Akışkan olarak hücre içinde dağınık olarak yada granüllü ER'e bağlı olarak bitki hücrelerinde ya da az miktarda mitokondri ve kloroplast içinde de bulunabilir. Ribozomların dış zarı yoktur. Gelişmemiş halde olan prokaryotlarda zarsız oldukları için 70S çeşidi halinde bulunurlar. Ökaryotik hücrelerde ise 80S çeşidinde bulunurlar. Bir istisna olarak ökaryotlarda kloroplast ve mitokondri içinde bulunan ribozomlarda 70S çeşididir. Bitkilerin bir ökaryot olduğunu en başta paylaşmıştık.

Ribozomların kimyasal yapısını incelediğimizde protein ve ribonükleik asitlerden (RNA) ve az miktarda lipidlerden (yağ) oluştuğunu görüyoruz. 70S ribozomlarda proteinin, RNA'ya oranı 2 kat iken; 80S'lerde birbirine yakın yer kaplar.

*Ribozomlar; aminoasitleri kullanarak çekirdekten aldığı belli kodlar ile protein üretir, sentezler. Bu olayda lazım olan enzimlerin bulunmasında yardımcı olur.
*Protein zincirlerini, protein sindirim enzimlerine karşı korur.

4.3) Lizozomlar: Pamuk ve bezelye bitkilerinde istisnai olarak bulunur. Gelişmiş canlılarda nadiren görülür. Bir hücrede 20'ye yakın sayıda bulunabilir. Vakuollerin çevresinde bulunurlar.

*Hücre içi ve hücrelerin arasında sindirime yarımcı olur. Sindirim enzimleri üretir, fakat taşımaz. Ürettiği yerde kullanır.
*Canlılarda oluşan metamorfoz (vücut değişimi) sırasında eski hücrelerin kendi kendini sindirmesi için ortama enzim salgılar.
*Hücredeki eski, görevini aksatan organelleri sindirir.
* Hücredeki depolama faaliyetlerini yerine getiren vakuollerin içindeki tüm yararlı ve zararlı maddelerin (tarım ilaçları) muhafaza edilmesine yardımcı olur. Lizozomların işlevlerinin aksaması durumunda buradaki maddeler sitoplazmaya karışır ve yüksek konsantrasyonları nedeniyle hücreyi ölüme kadar götürebilir.

 

[TrakKulüp Gündem]

4.4) Golgi Aygıtı: Bitki hücrelerinde 1 adetten 25000 adete kadar bulunabilir. Bitkilerin başta genç, uzayan sürgünlerinin uçlarında ve diğer meristemlerde yoğunlukla bulunurlar.

* Hücrede büyük moleküllerin taşınmasını yöneten trafik polisi olarak ve bu taşınan elementlerin düzenlenmesinde görev yapar.
* ER ile ortak hareket ederek iç zarların oluşturulmasında rol oynarlar.
* "Koful" adı verilen boşluklar oluşturarak büyük maddelerin taşınmasını sağlar.
* ER'da üretilen lipitler (yağlar) golgi sayesinde hücre zarına taşınır.
* Hücrede kalsiyumun en fazla depolandığı yerdir.
* Üretilen glikoproteinler, proteinler, lizozom proteinleri ve hücre duvarının yapısını oluşturan maddeler burada depolanır.
* İnsanlarda ve bitkilerde deriye renk veren hormon "melanin"; sindirim hormonu olan "lizozim" ve insanlarda kan şekerinin düzenlenmesini sağlayan, bitkilerde de bulunan "insülin" hormonunun üretilmesine yardımcı olur.

4.5) Mitokondri: Mitokondride iç ve dış olarak 2 zar bulunur. İç zarı seçici geçirgendir. Hücrede enerji burada üretilir. Fotosentez sonrası üretilen organik maddeler burada solunum yapıp, enerji üretmek için parçalanırlar. İnsanda da hazır gıdalardan elde ettiğimiz besin maddelerini parçalayarak aynı görevi yerine getirirler. Özellikle kollarımızda bol miktarda bulundukları için antreman sonrası en fazla burası ısınır.

Mitokondri, ökaryot hücrelerde dağılmış olarak muhafaza edilir. Dormansi, uyku halinde olan bitki tohumlarında az miktarda bulunmaktadır. Fazla halde bulunsaydı gereksiz, fazla solunum yapardı ve depoda kışın satılmayı bekleyen mısır, buğday gibi mahsüllerin hasat edildiği güne göre çok ciddi ağırlık kayıplarına neden olurdu.

Daha sonraki makalelerde ele alacağımız CAM bitkileri sabah bu organeli aktif olarak kullanmazlar. Yine C3 ve C4 bitkilerinde bu organelinde çalışma mantığı biraz farklıdır. Ancak korkmaya gerek yok; bitkiler fotosentezdeyken karbon atomu tutmasına göre sadece CAM, C3, C4 olarak 3 kısma ayrılıyor. Bunları daha sonra anlayacağız.

* Her türlü enerji döngüsü ve yenilemesi burada yapılır. Gıda maddelerinin oksidasyonu yani oksijenle yakılması ile enerji elde edilir.
* Savunma ve sindirimi kontrol eden enzimleri salgılar.
* Bitkilerde solunum için gerekli enzimler burada bulunur.
* Zarının üzerinde bazen ribozom bulundurarak kendi proteinini üretir. Üzerinde ribozom bulundursa ya da bulundurmasa bile hücredeki diğer ribozomlara enerji buradan gider.

4.6) Plastidler: Çift zarlı organellerdir. Fotosentezin gerçekleştirilmesinde, karbonhidratların depolanmasında görev alırlar. Bitki köklerinin 2 milimetre etrafında çalışırlar. Lökoplastlar, Amiloplastlar, Kromoplastlar ve Kloroplastlar olarak 4'e ayrılır.

a) Lökoplastlar: Renksiz halde bitkilerin köklerinde bulunurlar. Yağların sentezinde ve depolanmasında görev alırlar.

b) Amiloplastlar: Lökoplastların yine renksiz halde bulunan; nişaşta üretiminde ve depolamasında görev alanlarıdır. Sürgün ve köklerin depo kısımlarında ayrıca tohumlarda bulunmaktadır. Bazı amiloplastlar özelleşmiş olarak yer çekimini tespit etme özelliklerine sahiptir. Kök ucunda bulunanları bu özelliklerini kullanarak kökün doğru yöne yani aşağı yönlü büyümesine yardımcı olurlar.

c) Kromoplastlar: Kırmızı, turuncu ve sarı renklerde bulunmaktadırlar. Domateslerin hasata yaklaştığı zamanlarda kloroplastlar ( fotosentezi yapan, yeşil renkli plastitler) kromoplastlara dönüşür. Çiçeklenme aşamalarında bitkilerin daha iyi döllenmesi için bu pigmentler böceklerin gözlerini boyar.

d) Kloroplastlar: Yeşil renkli, fotosentez yapan plastitlerdir. Üzerinde ribozomlar bulundurarak kendi proteinlerini üretebilirler. İç zarı seçici geçirgendir. Diğerlerinden farklı olarak 3 zarlı yapıdadır. 3.zar kesintili yapıdadır ve tillakoidler olarak bilinir ve fotosentezde fotokimyasal (ışıklı kimyasal) olaylar buradaki enzimler sayesinde gerçekleşir. Tilakoidler, granum adı verilen madeni para görünümünde yığınlar oluşturur. Granumlar üst üste apartman katları gibi dizilirse "granalar" oluşur. Her kloroplast organelinde 10 ila 100 arasında "stroma" bulunur.

4.7) Peroksizomlar: Tüm gelişmiş bitki hücrelerinde, özellikle C3 ve CAM bitkilerinde bulunurlar. Tek zarlı, mikro bir organeldir. Ömürleri 1 haftayı bulmaz. Kloroplast ve ER ile beraber görev yaparlar. Bitkilerin ayçiçek bitkisinde olduğu gibi ışığa yönelimini sağlarlar. Katalaz, üraz, oksidaz, D-amino oksidaz ve a-hidrolik asitoksidaz enzimlerini depolarlar. Bu depolanan ürünler ER'de üretildikten sonra buraya gelmektedir.

4.8) Glioksizomlar: Sadece bitki hücrelerinde, yoğun olarak da yağlı tohumlarda bulunan, tek zarlı, mikro bir organeldir. İçeriğindeki granül forumundaki stromalarda çok sayıda enzim depolar. Lipidlerin üretimi ve depolanması burada meydana gelir.

4.9) Siferozomlar: Tek zarlı, mikro yapıdadır. Proteraz, ribonükleaz, fosfataz ve esteraz gibi "litik" grubu enzimleri burada depolanmaktadır. Esas olarak lipidlerin depolanması taşınması görevlerini yaparlar. Mikro yapıda olduğu ve hakkında fazla araştırma yapılmadığı için resmini bulamadık.

4.10) Mikrotübüller: Hücre zarının hemen altında bulunan, büyük yapıda organeldir. Hücre duvarı yapımında ve madde taşınımını sağlayan iletim borularının (plasmodesmata) üretiminde işlevi vardır. Hücreler arası taşıma yapan bu iletim borularının, sitoplazma sıvısını akıcı şekilde taşımasına yardımcı olurlar. Pozitif ve negatif kutupları vardır, zıt kutuplar madde taşımasını kolaylaştırır. Polimerleşme yani irileşme pozitif kutupta daha fazla olmaktadır. a-protein b-tibülinden oluşmuştur.

5) ÇEKİRDEK: Nükleus olarak da isimlendirirler. Gelişmiş hücrelerin tam ortasında bulunur. Hücre metabolizmasını, büyüme ve gelişmesini yöneten organeldir. İçeriğinde DNA ve proteinlerden oluşan "kromozomlar" bulunur.

Bitki hücreleri ne kadarda gelişmiş olsalar da, tüm bitki hücrelerinde çekirdek vardır demek yanlış olur. Bitkilerde köklerden alınan su ve besin maddelerini taşıyan "floem ve ksilem" olarak bilinen odun ve soymuk borularının çekirdekleri yoktur.

Nükleer zar, çekirdek zarı, kromatin ve çekirdekçik bölümlerinden oluşurlar. Çekirdek, 2 adet nükleer zar ile çevrelenmiştir. Bunların üstünde ise "nükleoplazma" adı verilen sitoplazmadan daha konsantre yani yoğun sıvı bulunmaktadır. En dış kısımda bulunan bu sıvının üzerinde "por" adı verilen delikler vardır. Bu delikler vasıtasıyla çekirdek içine ve dışına büyük moleküller alınabilmektedir. Bu sıvıda DNA, RNA, ribozom, protein ve enzimler bulunmaktadır.

Kromatinler ise nükleik asit ve proteinlerden meydana gelmiştir.

Çekirdekçik, RNA depolamasında ve ribozomların sentezlenmesinde kullanılan bir küredir. Hücredeki tüm aktiviteler buradan yönetilir. Hücrede bir veya birden çok bulunabilir.

6) VAKUOLLER (koful) : Sitoplazma içinde dağınık olarak bulunmaktadır. Depo organelidir. Genç hücrelerde fazla miktarda bulunmaktadır. Farklı geçirgen bir zar ile çevrelenmişlerdir. İçeriğindeki su; organik asitleri, proteinleri, çözünebilir karbonhidratları, azotlu bileşikleri, enzimleri ve inorganik tuzlar gibi maddeleri içerir. Vakuol suları sitoplazmaya göre daha akışkan formdadır. Hücrede fazla miktarda bulunan, fazla halde tehlike olarak görülen her şey burada depolanmaktadır. Tarım ilaçları da bunlara dahildir. Kökler vasıtasıyla alınan fosfat ve nitratlar da burada bulunmaktadır. Bitkilerde molibden besin elementinin eksikliğinde azot yerli yerince kullanılmadığından miktarı artmaktadır. Nitrat, amonyum, üre bir azot formudur.

Hücredeki su azlığı durumlarında meydana gelen osmotik basıncı (ters basınç, elektrikli süpürge gibi) ve su fazlalığı durumunda meydana gelen şişmeyi; içeriğindeki maddeleri sitoplazmaya ileterek düzenler. Bu sayede otsu bitkiler dayanıklılık kazanarak dik durur.

Satılan alınan sebzeler, pazar alışverişi sonrasında tarım ilaçlarının etkinliğinin giderilmesi için geleneksel olarak sirke altına yatırılır. Fakat bu yanlış bir yöntemdir. Çünkü tarım ilaçları etkinliği genel olarak asit koşullarda artmaktadır. Eğer tarım ilaçlarını hasat sonrasında en az bulunduran ürünler tüketmek istiyorsak, çiftçilerin bilinçli ilaçlama yapmasını sağlamamız gerekiyor. Hasat tarihine göre en geç atılacak süreler göz önüne alınmalı ve tarım ilaçlarının vakuollerden salınarak, sindirim enzimleriyle parçalanması beklenilmelidir.

Genelde renksiz olarak bulunan vakuol suyu şeker pancarındaki "flavin" pigmentleri nedeniyle renkli hale geçmektedir. Ayrıca çiçekli bitkilerdeki taç yapraklardaki vakuoller de renklidir.

kaynak: Burhan Kaçar ve ark. Genel Bitki Fizyolojisi Kitabı, 2015. Ankara