14 Ocak 2015 Çarşamba
Alglerin Ekonomik Önemi
Algler, gerek yapisal olarak gerekse de dis görünüsleri bakimindan oldukça farkli görünümdedirler. Yapisal olarak eukaryotik (gelismis hücre tipi) ve prokaryotik (basit yapili hücre tipi) olmak üzere iki büyük gruba ayrilirlar. Buna göre Mavi-Yesil algler göstermis olduklari hücre organizasyonlari bakimindan prokaryot hücre özelligi tasimaktadirlar. Belirgin bir hücre çekirdeginin olmamasi ve çok basit olan kromatofor yapisindaki pigmentlerin dagilimi ve prokaryotik hücre özellikleri bakimindan diger alglerden ayrilirlar. Dis görünümleri bakimindan tek hücreli ve ipliksi formlardan karisik olarak gelismis bireylere kadar degisik biçimlerde gözlenebilmektedirler. Her canli gibi, algler de nesillerini devam ettirebilmek için çogalmak zorundadirlar. Algler üç farkli üreme sistemine sahiptirler. Bunlar; vejatatif üreme, eseyli ve eseysiz üremelerdir. Alglerde vejatatif üreme yaygin bir durum göstermektedir. Bazi türlerde hücrelerin büyüyerek koloni olusturmasina ve bunlarin daha sonra normal büyüme sonucu bölünmesine dayanir. Diger bazi türlerde ise tallusun büyümesi ya da ana bitkinin büyümesinin sürmesiyle gerçeklesmektedir. Genellikle alglerin ilkel gruplarinda görülen eseysiz üreme çok degisik biçimlerde ortaya çikmaktadir. Kamçili alglerin bazi gruplarinda vejatatif üreme ile eseysiz üreme arasinda büyük benzerlikler bulunmaktadir. Bu tip bir üremeye sahip alg hücrelerinden bazi tiplerin farklilasmasi ve sonuçta bunlarin birer birey olusturarak ana hücreden ayrilmalariyla gerçeklesmektedir. Son üreme sekli olan eseyli üreme ise alglerin genel bir özelligi degildir. Bu tip üreme genellikle gelismis organizmalarda görülmektedir. Alglerde eseyli üreme çogunlukla ayni tür iki organizmanin plazmalarinin ve çekirdeklerinin birlesmesiyle gerçeklesmektedir. Bu durum çok basit olarak morfolojik yapilari ayni olan 2 gametin birlesmesiyle olmaktadir. Gametler flagellatlara benzerler ve hareketlidirler. Bazi türlerde gametler yapilarina göre büyük ve küçük olarak ayrilabilirler.
Algler, her ne kadar ekstrem olarak morfolojik, sitolojik ve üreme varyasyonlari bakimindan diger bitkilerle farklilik gösterse de, basit biyokimyasal mekanizmalarinin benzer oldugu görülmektedir. Örnegin, klorofil-a yapilari ve bu pigmentler yoluyla çalisan fotosentetik sistemleri, basit besin ihtiyaçlari ve asimilasyonun son ürünleri olan karbonhidrat ve proteinler, yüksek bitkiler ile benzerlik göstermektedir.
Ekolojik olarak algler, karli alanlar, tamamen buzla kapli alanlar da bulunabilirler. Fakat % 70’nin dagildigi asil yayilim alani sulardir. Bu ortamlarda organik karbon bileseklerinin major primer üreticisidirler. Mikroskobik fitoplankton formunda meydana gelebilirler. Makroskobik ve mikroskobik formlarin her ikisi de kara ve su hatti boyunca ve bu ortamlarin her ikisinde meydana gelir. Gövde ya da benzer islevlere sahip yapilari ile derelerin alt kisimlari ve sedimenlere, toprak partiküllerine ya da kayalara tutunurlar. Yukarida da belirtildigi gibi buzla kapli alanlarda bulunduklari gibi 70 0C ya da daha yüksek sicakliktaki kaynak sularinda da yasayabilirler. Bazilari çok tuzlu su ortamlarinda bile gelisebilirler. Göllerde ve denizlerde yüzeyden 100 m asagida ya da daha düsük isik yogunlugu ve yüksek basinç altinda yasayabilirler. Denizlerde yüzeyden 1 km asagida da yasayabildikleri görülmüstür.
Algler ile ilgili ekolojik çalismalarin ana hedefleri asagidaki gibidir; alglerin yasadigi habitatlarin siniflandirilmasi, her bir habitat içindeki flora kompozisyonunun tanimlanmasi, floralar arasindaki iliskiler ve habitattaki biyolojik, fiziksel ve kimyasal faktörlerin direkt ya da indirekt etkileri, populasyon içindeki türlerin çalisilmasi ve onlarin üremelerini kontrol eden faktörler ekolojik çalismalarin kapsamini olusturmaktadir. Tüm bu yaklasimlar, çevrenin fiziksel ve kimyasal degisimlerine bagli olarak cografik bir dagilim göstermektedir.
Algler su ortaminda primer üretici canlilardir. Yapilarindaki pigmentleri sayesinde karbondioksit ve suyu isigin etkisi ile karbonhidratlara çevirirler, böylece su ortamindaki besin degerinin ve çözünmüs oksijen oraninin artmasini saglarlar. Sonuçta kendi gelisimlerini saglayarak besin zincirinin ilk halkasini olustururlar. Bu sekilde üretime olan katkilari ve üst basamaktaki canlilarla olan iliskileri açisindan önem tasimaktadirlar. Alglerin üretimleri çevresel faktörlerle sinirlanmistir. Bunlar isik, sicaklik ve besindir. Bu sinirlayici faktörler iyilestirilirse, üretim düzeyi artar. Üretim artisinin belli bir düzeyi asmasinin dogal bir sonucu olarak da çevresel denge bozulur ve bu geliseme eutrofikasyon adi verilir. Eutrofik bir ortamda besin madde girdisinin fazlaligindan dolayi, (özellikle azotlu bilesikler ve fosfat gibi alglerin gelisimini arttiran bilesikler) alg ve bakteri faliyetleri ile bulaniklik artar ve isigin suyun alt kisimlarina geçmesi engellenir. Oksijen dip kisimlarda sinirlayici bir özellik kazanir. Bu da bentik bölgede yasayan canlilar için ölümle sonuçlanabilir.
Insan faaliyetleri, evsel, endüstriyel ve tarimsal atiklar son yillarda ötrofikasyon direkt etkide bulunmaktadir. Bunun yanisira atmosferden difüzyon ile suya karisan azot, yagmur sularinin alici ortamlara tasidigi besin maddeleri, drenaj yoluyla ortama tasinan maddeler kirlenme sürecini hizlandiran dogal gelisimlerdir.
Eutrofikasyonun sonuçlarindan birisi de asiri alg patlamalarinin görülmesidir. Bunun anlami, fitoplankton (alglerin serbest yüzen formlari) populasyonlarinin suyun rengini, kokusunu ve ekolojik dengesini bozacak yeterli yogunluga ulasmasidir. Bunun yani sira alglerin asiri gelismesi, sucul ortamdaki bir çok canli için toksik etkilere neden oldugu için ölümler görülebilmektedir. Örnegin, Dinoflagellatlardan Gymnodinium ve Gonyanlax’a ait türler asiri çogalma sonucu, hayvanlarin sinir sistemlerini etkileyen, yüksek oranda suda çözünebilen toksik madde üretirler (Elliot et. al., 1992). Diger patlamalara ise Mavi-Yesil alglerden Microcystis, Anabaena, Nostoc, Aphanizomenon, Gloeotrichia ve Oscillatoria, Chrysophyte’den Prymnesium parvum neden olmaktadir.
Algleri bulunduklari sistem içerisindeki etkilerini bu sekilde belirttikten sonra insanlar için ekonomik anlamda sagladiklari katkilara kisaca deginmek gereklidir.
Besin maddesi olarak: Çogunlugu Phaeophyceae ve Phodophycea olan 100’den fazla tür içerdikleri protein, karbonhidrat, vitamin ve minerallerin varligindan dolayi dünyanin çesitli yerlerinde insanlar tarafindan besin kaynagi olarak kullanilirlar.
Agar: Kirmizi alglerin hücre duvarlarinda bulunan, jelimsi bir özellige sahip olan bir polisakkarittir. Bazi algler ve bakterilerle ve birçok fungus’un kültürü için laboratuarda hazirlanan farkli kültür ortamlarinda temel olarak kullanilir. Ayrica önceden hazirlanmis yiyeceklerin paketlenmesi, kabizligin tedavisi, kozmetik, deri, tekstil ve kagit endüstrilerinde kullanilmaktadir (Sharma, 1986).
Carrageenin: Kirmizi alglerin hücre duvarlarindan elde edilen baska bir polisakkarittir. Bu madde mayalama, kozmatik, tekstil, boya, endüstrilerinde ve tip alaninda kan pihtilayicisi olarak kullanilmaktadir.
Alginatlar: Alginat türevleri ve alginik asit, kahverengi alglerin hücre duvarlarindan extre edilen bir karbonhidrattir. Alginatlar kauçuk endüstrisi, boyalar, dondurma, plastik dondurucularda kullaniliyorlar. Ayrica kanamalari durdurmak için alginik asit kullaniliyor.
Funori: Kirmizi alglerden elde edilir. Kagit ve elbiseler için yapistirici olarak kullanilir. Kimyasal olarak sülfat ester grubu’n içermesi disinda agar-agar’a benzemektedir.
Mineral Kaynagi Olarak: Bazi yosunlar demir, bakir, manganez, çinko bakimindan zengin kaynaklardir.
Hayvan Yemi Olarak: Phaeophyceae, Rhodophyceae ve bazi yesil algler besin kaynagi olarak bir çok hayvan yemi için kullanilir. Bunun yanisira Protozoa, Crustacea’ler, baliklar va diger sucul canlilarin en büyük besin kaynagi planktonik alglerdir.
Diatomite: Diatomite, diatomlarin hücre duvari materyalidir. Diatom kabuklarinin üst üste birikmesiyle genis yüzey alanlari olustururlar. Diatomite’ler, seker rafinerisi ve bira sanayisi, isi yalitimi, temizleme sanayi, cam bardak fabrikalari’nda kullanilirlar.
Gübre Olarak: Dünyanin birçok sahil yöresindeki yosunlar, fosfor, potasyum ve bazi iz elementlerin varligindan dolayi gübre olarak kullanilirlar.
Antibiyotikler: Chlorellin adindaki bir antibiyotik, yesil alglereden olan Chlorella’dan elde edilir. Ayrica gram negatif ve gram pozitif bakterileri karsi efektif olan bazi antibakterial maddeler Ascophyllum nodosum, Rhodomela larix, Laminaria digitata, Pelvetia ve Polysiphonia’nin bazi türlerinden elde edilmektedir. Bunlarin yanisira kahverengi ve diger alglerden elde edilen bir çok ilaç tip alaninda kullanilmaktadir.
Atiklarin Aritilmasinda: Evsel ve endüstriyel kaynaklardan gelen atiklar, çözünmüs ya da askidaki organik ve inorganik bilesikleri içerir. Bu atiklarin temizlenme prosesleri oksijenli bir ortamda gerçeklesir ve bu oksijenlendirme bazi algler tarafindan saglanir. Ayrica, temizlenmesi güç olan azot ve fosfor gibi bilesikler alglerin bulundugu tanklara alinarak, algler tarafindan besin kaynagi olarak kullanilmalari suretiyle ortamdan uzaklastirilabilmektedirler.
Algler, her ne kadar ekstrem olarak morfolojik, sitolojik ve üreme varyasyonlari bakimindan diger bitkilerle farklilik gösterse de, basit biyokimyasal mekanizmalarinin benzer oldugu görülmektedir. Örnegin, klorofil-a yapilari ve bu pigmentler yoluyla çalisan fotosentetik sistemleri, basit besin ihtiyaçlari ve asimilasyonun son ürünleri olan karbonhidrat ve proteinler, yüksek bitkiler ile benzerlik göstermektedir.
Ekolojik olarak algler, karli alanlar, tamamen buzla kapli alanlar da bulunabilirler. Fakat % 70’nin dagildigi asil yayilim alani sulardir. Bu ortamlarda organik karbon bileseklerinin major primer üreticisidirler. Mikroskobik fitoplankton formunda meydana gelebilirler. Makroskobik ve mikroskobik formlarin her ikisi de kara ve su hatti boyunca ve bu ortamlarin her ikisinde meydana gelir. Gövde ya da benzer islevlere sahip yapilari ile derelerin alt kisimlari ve sedimenlere, toprak partiküllerine ya da kayalara tutunurlar. Yukarida da belirtildigi gibi buzla kapli alanlarda bulunduklari gibi 70 0C ya da daha yüksek sicakliktaki kaynak sularinda da yasayabilirler. Bazilari çok tuzlu su ortamlarinda bile gelisebilirler. Göllerde ve denizlerde yüzeyden 100 m asagida ya da daha düsük isik yogunlugu ve yüksek basinç altinda yasayabilirler. Denizlerde yüzeyden 1 km asagida da yasayabildikleri görülmüstür.
Algler ile ilgili ekolojik çalismalarin ana hedefleri asagidaki gibidir; alglerin yasadigi habitatlarin siniflandirilmasi, her bir habitat içindeki flora kompozisyonunun tanimlanmasi, floralar arasindaki iliskiler ve habitattaki biyolojik, fiziksel ve kimyasal faktörlerin direkt ya da indirekt etkileri, populasyon içindeki türlerin çalisilmasi ve onlarin üremelerini kontrol eden faktörler ekolojik çalismalarin kapsamini olusturmaktadir. Tüm bu yaklasimlar, çevrenin fiziksel ve kimyasal degisimlerine bagli olarak cografik bir dagilim göstermektedir.
Algler su ortaminda primer üretici canlilardir. Yapilarindaki pigmentleri sayesinde karbondioksit ve suyu isigin etkisi ile karbonhidratlara çevirirler, böylece su ortamindaki besin degerinin ve çözünmüs oksijen oraninin artmasini saglarlar. Sonuçta kendi gelisimlerini saglayarak besin zincirinin ilk halkasini olustururlar. Bu sekilde üretime olan katkilari ve üst basamaktaki canlilarla olan iliskileri açisindan önem tasimaktadirlar. Alglerin üretimleri çevresel faktörlerle sinirlanmistir. Bunlar isik, sicaklik ve besindir. Bu sinirlayici faktörler iyilestirilirse, üretim düzeyi artar. Üretim artisinin belli bir düzeyi asmasinin dogal bir sonucu olarak da çevresel denge bozulur ve bu geliseme eutrofikasyon adi verilir. Eutrofik bir ortamda besin madde girdisinin fazlaligindan dolayi, (özellikle azotlu bilesikler ve fosfat gibi alglerin gelisimini arttiran bilesikler) alg ve bakteri faliyetleri ile bulaniklik artar ve isigin suyun alt kisimlarina geçmesi engellenir. Oksijen dip kisimlarda sinirlayici bir özellik kazanir. Bu da bentik bölgede yasayan canlilar için ölümle sonuçlanabilir.
Insan faaliyetleri, evsel, endüstriyel ve tarimsal atiklar son yillarda ötrofikasyon direkt etkide bulunmaktadir. Bunun yanisira atmosferden difüzyon ile suya karisan azot, yagmur sularinin alici ortamlara tasidigi besin maddeleri, drenaj yoluyla ortama tasinan maddeler kirlenme sürecini hizlandiran dogal gelisimlerdir.
Eutrofikasyonun sonuçlarindan birisi de asiri alg patlamalarinin görülmesidir. Bunun anlami, fitoplankton (alglerin serbest yüzen formlari) populasyonlarinin suyun rengini, kokusunu ve ekolojik dengesini bozacak yeterli yogunluga ulasmasidir. Bunun yani sira alglerin asiri gelismesi, sucul ortamdaki bir çok canli için toksik etkilere neden oldugu için ölümler görülebilmektedir. Örnegin, Dinoflagellatlardan Gymnodinium ve Gonyanlax’a ait türler asiri çogalma sonucu, hayvanlarin sinir sistemlerini etkileyen, yüksek oranda suda çözünebilen toksik madde üretirler (Elliot et. al., 1992). Diger patlamalara ise Mavi-Yesil alglerden Microcystis, Anabaena, Nostoc, Aphanizomenon, Gloeotrichia ve Oscillatoria, Chrysophyte’den Prymnesium parvum neden olmaktadir.
Algleri bulunduklari sistem içerisindeki etkilerini bu sekilde belirttikten sonra insanlar için ekonomik anlamda sagladiklari katkilara kisaca deginmek gereklidir.
Besin maddesi olarak: Çogunlugu Phaeophyceae ve Phodophycea olan 100’den fazla tür içerdikleri protein, karbonhidrat, vitamin ve minerallerin varligindan dolayi dünyanin çesitli yerlerinde insanlar tarafindan besin kaynagi olarak kullanilirlar.
Agar: Kirmizi alglerin hücre duvarlarinda bulunan, jelimsi bir özellige sahip olan bir polisakkarittir. Bazi algler ve bakterilerle ve birçok fungus’un kültürü için laboratuarda hazirlanan farkli kültür ortamlarinda temel olarak kullanilir. Ayrica önceden hazirlanmis yiyeceklerin paketlenmesi, kabizligin tedavisi, kozmetik, deri, tekstil ve kagit endüstrilerinde kullanilmaktadir (Sharma, 1986).
Carrageenin: Kirmizi alglerin hücre duvarlarindan elde edilen baska bir polisakkarittir. Bu madde mayalama, kozmatik, tekstil, boya, endüstrilerinde ve tip alaninda kan pihtilayicisi olarak kullanilmaktadir.
Alginatlar: Alginat türevleri ve alginik asit, kahverengi alglerin hücre duvarlarindan extre edilen bir karbonhidrattir. Alginatlar kauçuk endüstrisi, boyalar, dondurma, plastik dondurucularda kullaniliyorlar. Ayrica kanamalari durdurmak için alginik asit kullaniliyor.
Funori: Kirmizi alglerden elde edilir. Kagit ve elbiseler için yapistirici olarak kullanilir. Kimyasal olarak sülfat ester grubu’n içermesi disinda agar-agar’a benzemektedir.
Mineral Kaynagi Olarak: Bazi yosunlar demir, bakir, manganez, çinko bakimindan zengin kaynaklardir.
Hayvan Yemi Olarak: Phaeophyceae, Rhodophyceae ve bazi yesil algler besin kaynagi olarak bir çok hayvan yemi için kullanilir. Bunun yanisira Protozoa, Crustacea’ler, baliklar va diger sucul canlilarin en büyük besin kaynagi planktonik alglerdir.
Diatomite: Diatomite, diatomlarin hücre duvari materyalidir. Diatom kabuklarinin üst üste birikmesiyle genis yüzey alanlari olustururlar. Diatomite’ler, seker rafinerisi ve bira sanayisi, isi yalitimi, temizleme sanayi, cam bardak fabrikalari’nda kullanilirlar.
Gübre Olarak: Dünyanin birçok sahil yöresindeki yosunlar, fosfor, potasyum ve bazi iz elementlerin varligindan dolayi gübre olarak kullanilirlar.
Antibiyotikler: Chlorellin adindaki bir antibiyotik, yesil alglereden olan Chlorella’dan elde edilir. Ayrica gram negatif ve gram pozitif bakterileri karsi efektif olan bazi antibakterial maddeler Ascophyllum nodosum, Rhodomela larix, Laminaria digitata, Pelvetia ve Polysiphonia’nin bazi türlerinden elde edilmektedir. Bunlarin yanisira kahverengi ve diger alglerden elde edilen bir çok ilaç tip alaninda kullanilmaktadir.
Atiklarin Aritilmasinda: Evsel ve endüstriyel kaynaklardan gelen atiklar, çözünmüs ya da askidaki organik ve inorganik bilesikleri içerir. Bu atiklarin temizlenme prosesleri oksijenli bir ortamda gerçeklesir ve bu oksijenlendirme bazi algler tarafindan saglanir. Ayrica, temizlenmesi güç olan azot ve fosfor gibi bilesikler alglerin bulundugu tanklara alinarak, algler tarafindan besin kaynagi olarak kullanilmalari suretiyle ortamdan uzaklastirilabilmektedirler.
Yunus Akbulut
Kaynaklar:
Güner, H., 1991, Tohumsuz Bitkiler Sistematigi,
Sharma, O. P., Text Book of Algea, 395 s., New Delhi.
Round, F. E., 1973, The Biology of Algea, 2 nd. Ed., Edward Arnold, London.
Elliot. W., Stoching, C. R., Barbour, M. G., Rost, T. L., 1982, Botany, An Introduction to Plant Biology, 6 nd. Ed., John Wiley and Sons, Singapure.
http://www.genbilim.com/fen-bilimleri/biyoloji/alglerin-ekolojik-onemi/
Güner, H., 1991, Tohumsuz Bitkiler Sistematigi,
Sharma, O. P., Text Book of Algea, 395 s., New Delhi.
Round, F. E., 1973, The Biology of Algea, 2 nd. Ed., Edward Arnold, London.
Elliot. W., Stoching, C. R., Barbour, M. G., Rost, T. L., 1982, Botany, An Introduction to Plant Biology, 6 nd. Ed., John Wiley and Sons, Singapure.
Mühendislik ve Canlılar
Canlılar âlemi, insanlar tarafından incelenmekte ve araştırılmaktadır. Günümüze kadar birçok teknik buluşların kaynağı canlılar olmuştur. Bu sebeple teknik yönünden canlılar mühim bir durum arz eder. Mesela, kunduz, büyük bir baraj ustasıdır. 90?650 m. uzunluğunda 3,5 metreye yükselebilen bentler yapmaktadır. Yüz ton malzemeden meydana gelebilen bentleri uzun yıllar yıkılmadan kalabiliyor. Su kanalları yaparken uzaklarda yıktıkları ağaçları kendileri taşıyamayacağı için suya atarlar. Suyun kaldırma kuvvetinden faydalanarak ağacı istenen yere götürürler. Yani suyun kaldırma kuvveti prensi- bini bilirler. Kunduzlar bu bentleri ile civar tarlaların sulanmasını, çevrenin sel baskınına uğramasını engellemiş olurlar. Acaba kunduz bu fizik prensiplerini nasıl biliyor? Balinanın derisinde diğer memelilerden farklı olarak pürüzlere rastlanmaz, bu da kolaylıkla yüzmesini sağlar, sürtünmeyi azaltır, harcanacak enerjiyi en az seviyeye indirir. Üzerindeki kalın yağ tabakası balinayı soğuktan korur ve derinlere daldığında ağır su basıncına dayanmasını sağlar. Fizik prensiplerine uygun bu yapı tarzının kendi kendine olması mümkün mü? Ayrıca diğer balıklardan farklı olarak kuyruğu deniz sathına (yataydır). Balinalar akciğer solunumu yaptığından deniz dibinde kalamaz, (yatay) bir kuyruk deniz sathına çabuk çıkıp teneffüsünü sağlar. Balinanın satha çıkmasını sağlayan bu fiziki üstünlük tesadüfî midir? Arı, matematikteki maksimum ve minimum hesabına riayet ederek peteğin altıgen şeklinin tepe açısını saniye mertebesine kadar hesaplayarak peteği yapar. Arı bu geometri ilmini nereden öğrendi? Köstebek, toprak altında belli mesafede mesela 100 cm. altta tüneli kazar. Arazi meyilli olsa dahi daima satha 100 cm. uzaklıkta kazısına devam eder. Tüneli kazarken, yanılıp toprak üstüne çıkmaz. Köstebek kazdığı toprağı satha atar. Bunların çürümüş bitkilerle karışmasıyla ziraat için çok elverişli bir zemin ortaya çıkar. Köstebeğin belli mesafelerde tünel kazması ve yanılmaması hakikaten düşündürücüdür. Bromelya adlı süs bitkisinin yapraklarındaki beyaz eğriler, mikroskobik emme tulumba vazifesini gören ve havanın ne- mini çeken binlerce sayıdaki ufak delikçiklerden (mesamattan) oluşan çizgilerdir. Yani emme tulumbayı ilim, yakın asırlarda bulurken bitkilerde bu çoktan mevcut idi. İç iskeleti olan hayvanlar umumiyetle; omurgalı hayvanlardır. Bu grupta balıklar, amphibialar, sürüngenler, kuşlar ve memeliler vardır. Mekanik ilmi bakımından canlılar harika bir durum arzeder. Dizimizin hareketi bir çeşit menteşe hareketidir. Çünkü iki kemik birbiri üzerinde menteşeye benzer bir şekilde hareket eder. Bacağın hareketinde ise, uyluk kemiğinin toparlak olan başı kalçanın ona uygun olan yuvası içinde hareket eder. Kemiklerin yapısı, karşılaşabilecekleri darbelerin zararını en iyi karşılayabilecek şekildedir. Mesela uyluk kemiğinin üst tarafa gelen üçte bir kısmı aşağı kısımlara göre daha dayanıklıdır; çünkü darbenin en büyük ve tesirli şiddeti bu üçte bir kısma rastlayacaktır. Enine bir kesitte, bu kısmın içinde boşluk görülür. Kemik üzerine gelen bir darbenin kuvveti, tesirini daha çok dış tarafta gösterir. ?Buna göre, iç kısmın boş olması kemik maddesinin artması ve kasların çalışmasını daha kolaylaştırmak için hafif kalmaları bakımından daha elverişlidir. ? Aynı sebepten mühendisler de ağırlığı ve kullanılacak maddeyi azaltmak bakımından vinçler ya da köprüler yaparken 1 şeklinde veya bölmeli döşemeler kullanırlar. Bir bisikletin içi boş olan çatısı dolu olan kadar sağlam ve çok daha hafiftir. Kasların dizilişi de kemikler üzerine gelecek darbeleri hafifletecek şekildedir. Vücutta bulunan kemikler, kaslar tarafından yönetilen kaldıraçlar gibidir. Kaldıraçlar, tatbik edilen kuvvetin, kaldırılmak istenen ağırlığın ve kaldıracın dayandığı istinat noktasının durumlarına göre Ye ayrılırlar. Kaldırılacak ağırlığın uygulanan kuvvetle bölümü kaldıracın ?mekanik kazancı? adını alır. Atın başı: Dayanak noktası, kuvvetle ağırlık arasında bulunan birinci tip kaldıraca misaldir. İnsan ayağı: Ağırlığın, dayanakla kuvvet arasında bulunduğu ikinci tip kaldıraca misaldir. Dirsek: Kuvvetin, dayanakla ağırlık arasır4a bulunduğu üçüncü tip kaldıraca misaldir. Bu üç misal içinde en iyi ?Mekanik randımanla? çalışan kas ayak parmaklarımızın üzerinde durmamızı sağlayan baldır kasıdır. Beyaz ırka göre, topuğu daha uzun olan zencilerde baldır kası daha büyük bir ?Mekanik randımanla? çalışır.
http://www.genbilim.com/fen-bilimleri/biyoloji/muhendislik-ve-canlylar/
http://www.genbilim.com/fen-bilimleri/biyoloji/muhendislik-ve-canlylar/
13 Ocak 2015 Salı
New light on the compaction of DNA in cell
New light on the compaction of DNA in cells
09 January 2015 by Webredactie Communication
Researchers of the Kavli Institute of Nanoscience of TU Delft have discovered that tetrasomes - proteins that play a crucial role in the folding of DNA - fluctuate spontaneously between a left-handed and a right-handed form. This discovery has changed our view of the organization of DNA in cells. The research, conducted in cooperation with the Innsbruck Medical University, has appeared this week in the journal Cell Reports.
Nucleosomes
The length of our DNA (about 1 meter) is enormous compared to the dimensions of a cell nucleus (several micrometers). To ensure that DNA fits in the cell, it is systematically wrapped around certain proteins, resulting in the formation of nucleosomes. However, this conglomeration of DNA by nucleosomes also decreases the accessibility of the DNA for reading out the genes, for example. A dynamic interplay between DNA and proteins leads to a good balance between compact DNA and accessible DNA, but this interplay is still not properly understood.
Figure 1: Raw data, with illustrations of the effects. The data at the bottom shows the observed rotations of the ball (Lk = linking number expressed as the number of rotations) as a function of time (in seconds). The experiment starts with a bare piece of DNA. A tetrasome is formed after the addition of half of the histones. The rotation of the magnetic ball changes when the DNA is wrapped around the proteins. The ball keeps rotating back and forth, which means that the form of the tetrasome is constantly changing. This continues until the researchers add the missing proteins. A stable nucleosome is then formed once the DNA is wrapped a little further around the protein disk.
Magnetic tweezers
The Delft researchers can now study the dynamics of a single nucleosome on DNA. They succeeded in forming artificial nucleosomes on an individual piece of DNA while simultaneously measuring different properties of the DNA.
The method used is a recent variation of a magnetic tweezers technique, in which a single DNA molecule is attached to a glass plate at one end and to a magnetic ball at the other. The placement of a doughnut-shaped magnet directly above the magnetic ball not only extends the DNA, but also enables the magnetic ball to rotate freely, allowing spontaneous rotations of the DNA to be read out.
By taking extremely accurate measurements of both the height and the rotation of the magnetic ball before, during and after the formation of nucleosomes and tetrasomes (intermediate forms of nucleosomes), the researchers succeeded in determining the stability of these structures.
The method used is a recent variation of a magnetic tweezers technique, in which a single DNA molecule is attached to a glass plate at one end and to a magnetic ball at the other. The placement of a doughnut-shaped magnet directly above the magnetic ball not only extends the DNA, but also enables the magnetic ball to rotate freely, allowing spontaneous rotations of the DNA to be read out.
By taking extremely accurate measurements of both the height and the rotation of the magnetic ball before, during and after the formation of nucleosomes and tetrasomes (intermediate forms of nucleosomes), the researchers succeeded in determining the stability of these structures.
Figure 2: The significance of an observed rotation of the magnetic ball. Only the magnetic ball can be observed with the camera; DNA is too small to be seen. This figure illustrates the significance of the movement of the magnetic ball: The tetramer changes from left-handed to right-handed, while the length of the DNA does not increase. The length of the DNA (blue) remains constant.
Waving arms
While taking measurements, the researchers discovered that a nucleosome is formed in two steps. In the first step, a tetrasome is formed from four so-called histone proteins, while the second step involves the addition of four histones to create a complete nucleosome containing 50 nanometres of DNA wrapped around the protein disk in a leftward direction.
As expected, the nucleosome was very stable and even remained that way for hours. By only adding half of the proteins, however, it became possible to study the tetrasome intermediate form for the first time. This yielded a surprise - the rotation continued back and forth, even though the length of the DNA did not change any more. The rotation direction of the tetrasome kept spontaneously changing. A model of structural change within the tetrasome, the so-called 'waving arms model', has been created to explain this movement.
As expected, the nucleosome was very stable and even remained that way for hours. By only adding half of the proteins, however, it became possible to study the tetrasome intermediate form for the first time. This yielded a surprise - the rotation continued back and forth, even though the length of the DNA did not change any more. The rotation direction of the tetrasome kept spontaneously changing. A model of structural change within the tetrasome, the so-called 'waving arms model', has been created to explain this movement.
Figure 3: The so-called 'waving arms model'. Top: the spontaneous change in structure of a tetrasome. Bottom: the movement made by the arms of a car driver when the wheels are turned from right to left. This figure illustrates the similarity between the structure of the tetramer protein and the arms of the driver.
Reading out
The fact that reading out the genes in the DNA causes a great deal of twist in the DNA is a problem in cell biology that has remained unsolved for a long time. This applied twist causes problems for the functioning of the motor proteins that need to do their work on the DNA. Nevertheless, this does not seem to cause any difficulties for living cells. The fact that tetrasomes are able to 'absorb' this twist now seems to offer a good explanation for this robust functioning of our DNA.
This study was led by doctoral candidate Rifka Vlijm and post-doc Mina Lee and involved collaboration between the TU Delft groups of prof. Cees Dekker, who initiated the nucleosome research, and prof. Nynke Dekker, who developed the special magnetic tweezers measurement technique. The proteins were purified by prof. Alexandra Lusser of Innsbruck Medical University.
Figure 4: Research summary. Bottom: the discovery of the structural change of a tetrasome. Top: the change that actually occurs during the experiment. The background shows the most common form of a tetrasome.
More information Dr Rifka Vlijm (Bionanoscience department, Kavli Institute of NanoScience, TU Delft); t: +31 (0)6 16527789, r.hoogeboom-vlijm@tudelft.nl
Prof.dr. Cees Dekker (Bionanoscience department, Kavli Institute of NanoScience, TU Delft); t: +31 (0)15 278 6094, c.dekker@tudelft.nl
Prof.dr. Nynke Dekker (Bionanoscience department, Kavli Institute of NanoScience, TU Delft), n.h.dekker@tudelft.nl
Prof.dr. Cees Dekker (Bionanoscience department, Kavli Institute of NanoScience, TU Delft); t: +31 (0)15 278 6094, c.dekker@tudelft.nl
Prof.dr. Nynke Dekker (Bionanoscience department, Kavli Institute of NanoScience, TU Delft), n.h.dekker@tudelft.nl
Paper Rifka Vlijm*, Mina Lee*, Jan Lipfert, Alexandra Lusser, Cees Dekker, and Nynke H. Dekker (*=equal contribution).“Nucleosome assembly dynamics involve spontaneous fluctuations in the handedness of tetrasomes” Cell Reports 10, 1-10, January 13, 2015
http://www.tudelft.nl/en/current/latest-news/article/detail/nieuw-licht-op-het-opvouwen-van-dna/
Kaydol:
Yorumlar (Atom)