Genel Biyoloji II

Tarihçe

Tarih öncesi insanın hayvanlarla ilişkisi → besin, giyim, gereksinimleri karşılama, korunma, din ile ilişki, sanat

Babiller → kilden insan vücudunun organlarını modellediler. (Kalbin zeka merkezi olduğuna inandılar)

Mısırlılar → hayvan dışkılarından ilaç yapımı

Anaximander: aşağı hayvanlardan insan doğru evrim vardır

Xenophanes: fosiller hayvan kalıntılarına aittir (karadaki deniz formlarını görüp bir aralar buralarda deniz vardı demiş)

Aristo: Zooloji ile ilgili çeşitli çalışmalar (arılarda partenogenez, köpekbalıkları doğurur, piliç embriyosunun günlük gelişimi) 4 tane de kitap yazmış zoolojiyle ilgili

Plinus: Doğa tarihi kitabı

Galen: Aşağı omurgalıların diseksiyonlarına dayanarak insan anatomisi hakkında eser yazmış, fizyoloji deneyleri yapmış

İbni Sina: Al-Kanun Fit-Tıp kitabını yazmış.

William Harvey: Fizyoloji deneyleri, kan dolaşımını ispatlamış (Hayvanlarda kalp ve kan hareketleri kitabıyla)

Anton Van Leeuwenhoek: Mikroskop tasarlamış, mikropları gözlemlemiş, kan hücrelerini ve spermleri gözlemlemiş, çizgili kası keşfetmiş

Marcello Malpighi: Mikroskobik anatominin kurucusu, modern histoloji ve embriyoloji, modern histoloji

Carolus Linnaeus: Binomial isimlendirme

Georges Cuvier: Paleontoloji

Theodore Schwann: hayvanlar da bitkiler gibi hücrelerden oluşur, periferal sinir sisteminde Schwann hücreleri, mideden salgılanan sindirim enzimi pepsin

Darwin: Evrim teorisi, doğal deçilim, türlerin orijini

Mender: Genetik ve kalıtım

Francis Crick ve James Watson: DNA molekülünün yapısı

Biyolojik Organizasyon

Canlıların Temel Özellikleri

1. Hücresel Organizasyon:

   • Tüm organizmaların temel birimi olan hücre yaşamın temel faaliyetlerini gerçekleştirir.

   • Her hücre, kendisini çevresinden ayıran bir zarla sınırlanmıştır.

   • Fonksiyonlarını gerçekleştirmesini sağlayan organellere sahiptir.

2. Farklı Organizasyon Seviyelerine Sahip Olma:

   

3. Kimyasal Kompozisyon:

   • Canlı organizmalar esas olarak altı kimyasal elementten oluşur. Karbon (C), Hidrojen (H), Oksijen (O), Azot (N), Fosfat (P), Kükürt (S)
     
     İz miktarda bulunan elementler ise Kalsiyum (Ca), Sodyum (Na), Potasyum (K), Demir (Fe), Klor (Cl), Mağnezyum(Mg)

   • Bu elementler büyük molekül ağırlığına sahip kompleks organik molekülleri oluştururlar. (Karbonhidrat, protein, yağ, nükleik asit)

   • Kompleks organik moleküllerin bir araya gelmesiyle hücresel bileşenler yani canlı madde oluşur.

4. Üreme:

   • Her canlı organizma kendine benzer canlılar meydana getirebilme özelliğine sahiptirler.

   • Canlılar sadece canlılardan türer (biyogenez).

   • Üreme birey sayısının artışı ile birlikte canlının kalıtsal özelliklerinin ve genetik bilginin sürekliliğini sağlar.

   • Canlıların sahip olduğu biyolojik bilgi DNA (bazen RNA) moleküllerinde şifrelenmiştir

     • DNA molekülü

     • Modüler yapıdadır ve mutasyona uğrayabilir.

     • Hücrelerin hangi proteinleri üreteceğini programlar-trankripsiyon ve translasyon (gen ifadesi).

     • Kendini kopyalar ve genetik bilginin bir sonraki jenerasyona aktarılmasını sağlar (replikasyon)

5. Büyüme ve Gelişme

   • Büyüme: Bir organizmanın yaşamı boyunca meydana gelen hücre boyutu ve sayısındaki artıştır.

   • Gelişme: Organizmanın fizyolojik ve fonksiyonel olgunlaşmasını ifade eder. Belirli bir organizmanın tek bir hücreden daha karmaşık çok hücreli bir organizmaya dönüşme sürecidir.

6. Enerji Elde Etme ve Kullanma:

   • Canlı organizmalarda metabolizma olarak adlandırılan enerjiyi elde etme ve elde edilen enerjiyi kullanma süreçleri gerçekleşir.

   • Organizmalar enerjiyi dışardan alır ve onu çok değişik işler yapmak üzere dönüştürürler.

7. Çevrelerine Tepki Verme:

   • Canlı organizmalar çevreden gelen değişikliklere (uyarılara) reaksiyon göstererek kendi durumlarında değişiklikler meydana getirebilirler.

   • Uyarılar vücudun dışından (ısı, nem, temas) veya içinden (hormonlar) gelebilir.

8. Homeostazis:

   • Dış ve iç ortamdaki değişkenliğe karşılık, organizmanın iç ortamını belirli sınırlar içinde değişmez tutan düzenleyici mekanizmalar vardır.

   • 

9. Canlılarda Evrimsel Uyum:

   • Evrim organizmalar ve onların çevreleri arasındaki etkileşimin bir sonucu olarak gerçekleşir.

   • Organizmaların sahip olduğu kalıtsal varyasyonların çevre baskısı altında ve zaman içinde değişimidir.

   • Bu değişimler yeni canlı formlarının oluşmasında öncülük eder.

     • Popülasyonların Değişmesine Neden Olan Etkiler:

     • Mustasyon: Kromozom ya da gen seviyesinde meydana gelen değişimlerdir. Gametlerle yavru bireye (yeni döle) aktarılabilirler.

     • Gen Akışı: Populasyonlar arasında üretken bireylerin ya da gametlerin göç etmesi nedeniyle genetik alışveriş.

     • Genetik Sürüklenme: Populasyon büyüklüğüne bağlı olarak popülasyonun gen havuzunda meydana gelen değişiklikler.

     • Tesadüfi Olmayan Üreme: Eş seçimi.

     • Doğal Seleksiyon: Özellikle üreme ve yaşam süresi gibi özelliklerde çeşitli genotiplerin farklı başarılarına ve tesadüfi olmayan üremeye bağlı olarak populasyonda belli genlerin/genotiplerin dominant duruma geçmesi ya da elimine edilmesi durumu.

Biyolojik Çeşitlilik: Yaşam formları inanılmaz bir çeşitlilik sergiler. (Evrimsel süreçlerle ilişkili.)

→ Canlı çeşitliliği içinde korunmuş benzerlikler tüm yaşamın aynı başlangıç olayından evrimleştiğini destekler.

SINIFLANDIRMA - SİSTEMATİK

Sistematik, günümüzde bulunan ya da yok olmuş organizma çeşitliliğini ve organizmalar arası ilişkileri anlamada analitik bir yaklaşımdır.

• Evrimsel ilişkileri ortaya çıkarmada her türden veriyi karşılaştırmalı olarak kullanır. Bunlar; – Morfolojik , biyokimyasal, moleküler, davranışsal

Yaşam Ağacı

Canlılar arası ilişkileri belirlerken araştırıcının amacı:

• Bir benzerliğin ortak atadan kaynaklanıp kaynaklanmadığını tespit etmek

• Homolojiler ve homoplasileri birbirinden ayırmak

Homoloji: Ortak ata ile paylaşılan her tipten benzerlik

Homoplasi: Benzer çevresel baskılar nedeniyle farklı soylardan organizmalarda benzer adaptasyonlar

Linnean Sınıflandırma Sistemi

YAŞAM BİLİMLERİ – SİSTEM BİYOLOJİSİ

Biyolojik sistemlerin dinamik davranışlarının bir bütün olarak modellenmesi – moleküler ve hücresel seviyede

Bu tip araştırmalarda bilim insanları sistemin bir parçasında meydana gelen bir değişimin sistem bileşenlerini nasıl etkilediğini araştırır.

Yüksek teknoloji ve biyoinformatik araçlar kullanılır.

Disiplinler arası çalışmalar gerçekleştirilir.

Sistem biyolojisi, canlıların genler, proteinler ve biyokimyasal tepkimelerin etkileşen ve bütünleşmiş bir ağ yapısı olarak algılanarak incelenmesini amaçlayan çok yeni ve çok disiplinli bir bilim dalı.

Genleri, proteinleri vs. tek tek değil bir bütün halinde inceler.

Elde ettiği bilgileri matematiksel modellere dökerek tüm sistemin yapısı hakkında bilgi edinir.

Sistem biyolojisi, biyolojik sistemleri genetik, biyolojik veya kimyasal açıdan inceler.

Genomik: Organizmaya ait tüm genomdaki genlerin işlev ve etkileşimlerini inceler.

Transkriptomik: Hücre genomundan transkripsiyonla oluşan mRNA transkriptlerinin eş zamanlı incelenmesidir.

Proteomik: Belli bir zamanda belli bir yerde bulunan tüm proteinlerin yapılarını, yerleşimlerini, miktarlarını, translasyon sonrası modifikasyonlarını, doku ve hücrelerdeki işlevlerini, diğer proteinlerle ve makromoleküllerle olan etkileşimini aydınlatır.

Metabolomik: Bir hücre veya canlıdaki metabolizmanın tümü metabolomdur. Metabolomik ise metabolomdaki küçük moleküllü metabolitlerin yüksek verimli teknolojiler kullanılarak saptanması, miktarının belirlenmesi ve tanımlanmasıdır.

Biyoinformatik: Çeşitli biyoloji veri bankalarından gelen bilginin anlaşılır ve organize hale getirilmesi için informatik tekniklerin kullanımı.

BİLİMSEL YÖNTEM

Amaç: Gözlem yaparak ve akıl yürüterek çevremizdeki dünyanın daha doğru bir şekilde anlaşılmasını sağlamaktır.

Tekrarlanabilen gözlemleri ve test edilebilen hipotezleri içeren bir sorgulama sürecidir.

Biyolojik araştırmalarda iki önemli süreç;

Buluş bilimi ve tüme varım
Hipotez oluşturma - sonuç çıkarma

Hayvan Nedir?

• Ökaryotik bir canlıdır.

• Hücre duvarları yoktur.

• Çok hücreli (Multisellüler) bir canlıdır.

• Hücrelerı sıklıklıkla birbirine junction yapılarıyla bağlanmıştır.

• Dokuları proteinlerle birbirine bağlanır. (kollajen gibi)

• Elektriksel uyartı oluşturabilen ve uyarılabilen hücrelere sahip olabilirler. – nöronlar ve kas hücreleri

• Özelleşmiş duyu organlarına ve sinir sistemine sahip olabilirler.

• Sıklıkla eşeyli üreme (diploid) ile çoğalırlar. – sperm + yumurta→ zigot→ blastula → gastrula → juvenil→ yetişkin

• Heterotrofik canlılardır.

Çok Hücreliliğe Geçiş

16 hücreli koloni: Pandorina

• Her birey koloniden ayrılsa da yaşamını sürdürebilir = bireysel bilinç

• Kamçıların uyumu = “topluluk oluşumu” - ilk kez!

32 Bireyli Koloni: Eudorina

• Vücut ekseni oluşumu

• Her zaman “Öne Doğru” hareket = vücudun önü ve arkası kavramı - İlk Kez!

Koloni İle Çok Hücrelilik Arasında Geçiş Formu: Volvox

• Vücut hücreleri ve üreme hücreleri ayrımı ve ölüm Kavramı- İlk Kez!

Hayvanlar arasında görülen büyük evrimsel çeşitlilik 4 temel özelliğe göre sınıflandırılır:

1. Doku gelişimi

2. Vücut planı ve yapısının gelişimi

3. Vücut boşluklarının gelişimi

4. Sölom orjininin gelişimi

Doku Gelişimi: Hücrelerin tabakalar ve modeller şeklinde yığılma göstermesi

• Parazoa (süngerler) – dokuları yoktur

• Eumetazoa – dokuları bulunur

ANATOMİK VÜCUT BÖLGELERİNİ BELİRTİRKEN KULLANILAN TERMİNOLOJİ

•anterior: ön taraf, başın ön kısmı

•posterior: arka taraf, kuyruk kısmı, geri

•lateral: yan taraflar

•medial (median): vücudun ortası

•dorsal: sırt kısmı, üst taraf

•ventral: karın kısmı, alt taraf

•kranial: baş bölgesi

•kaudal: kuyruk bölgesi

•distal: merkezden, orta hattan en uzak

•proksimal: merkeze, orta hatta en yakın

•pelvik: kalça bölgesi

•pektoral: göğüs bölgesi

Vücut Eksenleri

Longitudinal: Anterior - posterior arası

Dorso-ventral: Sırt - karın arası

Transversal: Bir yandan diğer yana

Vücut Düzlemleri

Median: Longitudinal eksen boyunca, dikine - boyuna ikiye bölen

Frontal: Sırt ve karın bölgesini ayıran

Transversal: Enine bölen (gövdeyi ön ve arka - insanda üst ve alt - olarak ayıran)

Vücut Simetrileri

Bilateral: Vücudu tam ortadan, ayna görüntüsünde ikiye bölen düzlemle oluşan simetri (insan)

Radial (er): Merkezi bir eksenden geçen ve vücudu daima eşit parçalara bölen (hidra, denizyıldızı ve denizanası)

Asimetri: Belli bir simetrisi olmayan, amorf (amip, sünger)

VÜCUT BOŞLUKLARININ GELİŞİMİ

• Asölomatlar (örn: yassıkurtlar) – Vücut boşlukları bulunmaz

• Pseudosölomatlar (örn: yuvarlakkurtlar) – Vücut boşluğu mezodermle çevrilmemiştir (pseudosölom)

• Sölomatlar (örn: omurgalılar) – Vücut boşluğu mezodermle çevrelenmiştir (sölom)

SÖLOM GELİŞİMİ

Sölomatlar aşağıdaki kriterlere göre iki gruba ayrılır:

1. Erken gelişim döneminde hücrelerin ayrılma şekilleri

2. Hücrenin gelişim yolunun belirlenmesi

3. Sölomun nasıl oluştuğu

4. Gastrulasyon sırasında sindirim açıklığının nasıl oluştuğu

PROTOSTOMATLAR (Yumuşakçalar, toprak solucanları, böcekler)

• Spiral yarıklanma

– Hücre bölünmesi vertikal uçlara doğru diagonal

– Yarıklanmanın oldukça erken döneminde doku farklılaşması

• Schizocoelous

– Mezodermin kütlesel olarak bölünmesiyle sölom oluşması

• Blastoporun ağzı oluşturması

DEUTEROSTOMATLAR (Deniz yıldızı, omurgalılar)

• Radial yarıklanma

– Tam olarak birbiri üzerine binen yavru hücreler oluşur.

– yarıklanmanın geç döneminde doku farklılaşması

– Arkanterondan tomurcuklanan mezoderm tabakasının sölomu oluşturması

• Blastoporun anüsü oluşturması

Protoplazma:

• Protoplazma, bir hücrenin plazma zarı ile çevrili canlı kısmıdır.

Protoplazmanın yapısı, organizmadan organizmaya ve hücreden hücreye az çok değişebilir. Bu değişiklikler;

• Hücre metabolizmasına bağlı olarak

• Hücrenin büyüme safhalarına bağlı olarak

• Hücrenin çoğalma durumuna bağlı olarak

• Hücrenin farklılaşmış özelliklerine bağlı olarak gerçekleşir

Su

• Çoğu canlı organizmanın %60 ila %90'ını oluşturur.

• Suyun, canlı sistemlerdeki temel rolü birkaç olağanüstü özelliği ile ilişkilidir.

• Bu özellikler büyük ölçüde molekülleri arasında oluşan hidrojen bağlarından kaynaklanır.

Suyun Moleküler Yapısı

• Hidrojenler oksijene bağlandığında, bir tarafında pozitif, diğer tarafında negatif yüklü asimetrik bir molekül oluşturur.

• Bu yük farklılığına POLARİTE denir ve suyun diğer moleküllerle nasıl etkileştiğini belirler.

• Hidrojen ve oksijen atomları, moleküler yapıdaki asimetriyi yaratır.

• Su ile suyun kendisi de dahil olmak üzere diğer polar moleküller arasında güçlü bağlar oluşumunu sağlar.

• Polar bir molekül olarak su, kendisi gibi diğer polar moleküllerle etkileşime girer.

• Bunun nedeni, zıt yüklerin birbirini çekmesi olgusudur.

Suyun Yapısal Rolü

• Hücrelerin içindeki her şeyin moleküler düzeyde doğru şekle sahip olmasını sağlar.

• Şekil, biyokimyasal süreçler için kritik öneme sahip olduğundan, bu aynı zamanda suyun en önemli rollerinden biridir.

Su, hücreleri çevreleyen zarların oluşumuna da katkıda bulunur.

Böylece kendiliğinden çift tabaka oluşturacak şekilde organize olurlar.

Su, hücredeki DNA ve proteinlerin yapısal organizasyonunu etkiler.

• Proteinler hücrede yapısal olarak rol oynar, sinyaller alır ve kimyasal reaksiyonları katalize eder.

• Kas kasılması

• Hücreler arası iletişim

• Besinlerin sindirimi vb.

• Proteinler, amino asit birimlerinden üretilir.

• Düzgün çalışması için uygun bir şekilde katlanması gerekir.

Farklı amino asit türleri su ile etkileşime girmekten kaçınırken, su amino asit zincirlerinin katlanmasını sağlar.

• DNA’nın heliks yapısının korunması işlevleri için çok önemlidir.

• Genetik kodun alınması (transkripsiyon)

• DNA’nın kopyalanması (replikasyon)

• Su molekülleri, çift sarmal yapısını desteklemek için DNA'yı düzenli bir şekilde çevreler.

• Bu şekil olmadan hücrelerin, DNA’daki genetik bilgiyi kullanamaz.

• Yavru hücrelere DNA aktarılamaz.

• Canlıların hayatta kalması imkansız hale gelir.

Hücre içi kimyasal reaksiyonlarda suyun önemi

Su, hücreleri asit ve bazların tehlikeli etkilerinden korur. (asidik ortamda baz, bazik ortamda asit gibi davranarak = amfoterik madde)

• Bu uyarlanabilirlik şiddetli pH değişikliklerinin önlenmesinde rol oynar.

• Sonuçta bu, hücredeki proteinleri ve diğer molekülleri korur.

Suyun özgül ısı kapasitesi yüksektir

• 1 g suyun sıcaklığını 1°C yükseltmek için 1 kalori gereklidir, bu pek çok sıvıdan daha yüksek bir termal kapasitedir.

• Suyun yüksek termal kapasitesi, çevresel sıcaklık değişikliklerini büyük ölçüde yumuşatır ve böylece canlı organizmaları aşırı termal dalgalanmalardan korur.

• Bir su molekülü ile komşuları arasındaki tüm hidrojen bağlarının, o su molekülünün yüzeyden kaçıp havaya geçebilmesi için önce kopması gerekir.

Su yüksek yüzey gerilimine sahiptir

• Su molekülleri arasındaki hidrojen bağı, protoplazmik formun ve hareketin sürdürülmesi için önemli olan bir tutturuculuk özelliği sağlar.

• Ortaya çıkan yüzey gerilimi, göletlerin yüzeylerinde yaşayan böcekler için ekolojik bir niş oluşturur.

• Su yüksek yüzey gerilimine rağmen, su düşük viskoziteye sahiptir (akışkandır) ve kanın çok küçük kılcal damarlardan hareketine ve sitoplazmanın hücre sınırları içinde hareketine izin verir.

Asitler ve Bazlar

• Protoplazmanın serbest suyunda erimiş halde bulunurlar.

• Suda çözündüklerinde kendilerini oluşturan iyonlara ayrılırlar (ELEKTROLİTLER).

Vücut sıvılarının pH'ı asit-baz homeostazi adı verilen bir süreçte sıkı bir şekilde düzenlenir. Çünkü enzimler ve diğer proteinlerin işlevini gösterdiği optimum bir pH aralığı vardır ve bu aralığın dışında inaktive veya denatüre olabilirler.

Mineral Tuzlar

• Hücre ve hücre dışı sıvılarda çeşitli mineral tuzlar bulunur.

• Hücrenin ve hücreler arası sıvının hacminin korunmasında önemlidir.

• Hücrede farklı şekillerde bulunabilirler:

• Tuz halinde,

• İyon halinde

• Protein, yağ, karbonhidrat gibi organik maddelerin yapısına katılmış olarak

• Tuzlar hayvanların yapısal özelliklerinde de önemlidir.

• Örneğin süngerlerin spikülleri, mercan, salyangoz ve midyelerin iskelet ve kabukları CaCO3’dan oluşmuştur.

• İnsan ve diğer karasal omurgalıların vücut sıvıları oransal olarak daha çok K+ , Mg++ ve Cl- sahiptir.

Mineral tuzlar hücresel faaliyetlerin gerçekleşmesi için önemlidir.