Sitoloji veya hücre biyolojisi, kökü Yunancadaki kytos, barındırıcı kelimesidir), hücrelerin fizyolojisini, yapısını, içerdiği organelleri, bulunduğu ortamla olan ilişkisini, yaşam döngüsünü, bölünmesini ve ölümünü inceleyen bir bilim dalıdır. Bu işlem hem moleküler hem de mikroskobik ölçüde gerçekleştirilir. Sitoloji araştırmaları, bakteriler ve protozoa gibi tek hücreli organizmalardan, insan gibi çok hücreli organizmalara kadar büyük bir alana yayılır.
Hücre bir canlının yapısal ve işlevsel özellikler gösterebilen en küçük birimidir. Hücre kelimesi, ; Latince küçük odacık anlamına gelen "cellula" kelimesinden Robert Hooke tarafından türetilmiştir. Hücrenin içerisinde "Solunum, Boşaltım, Beslenme, Sindirim" gibi yaşamsal faaliyetler gerçekleşir.
Hücre zarı ya da hücre membranı, hücrenin dış kısmında bulunan, molekülleri özelliklerine göre hücre içine alan veya dışarı bırakan seçici geçirgen katmandır. Hücre zarı dinamik ve esnek bir yapıya sahiptir.
Protein biyosentezi, hücrenin protein sentezlenmesi için gereken bir biyokimyasal süreçtir. Bu terim bazen sadece protein translasyonu anlamında kullanılsa da transkripsiyon ile başlayıp translasyonla biten çok aşamalı bir süreçtir. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda ribozom yapısı ve yardımcı proteinler bakımından farklılık göstermesine karşın, temel mekanizma korunmuştur.
Plastitler, deniz yosunu, bitki ve kimi protist hücrelerinde bulunan, çeşitli görevleri olan çift zarlı temel organeldir. 1,5 milyar yıl önce endosimbiyoz ile ökaryot hücrelerine aktarılmış siyanobakteriler olarak değerlendirilir. Genç hücrelerde renksiz olan plastitler (lökoplast), hücre ile birlikte gelişerek, hücrenin görevine uygun biçim ve renk kazanır. Bulundurdukları pigment ve görevlerine göre birbirine dönüşebilen üç çeşit plastit vardır:
Kamçı ya da Flagellum, ince, uzun ve iplik benzeri organeller olup hücrelerin yüzeyinden çıkar, hareket ve beslenmede kullanılır. Aynı zamanda akıcı madde ve tanecik nakline yararlar.
Ökaryotlar, hücrelerinde bir çekirdek ve –genellikle– organeller içeren bir canlılar grubu olup, bilimsel sınıflandırmada arkeler ve bakterilerle beraber tüm canlıları kapsayan üç ana gruptan biridir.
Prokaryotlar ya da Prokaryota; bakteriler, siyanobakteriler, riketsiyalar, aktinomisetler, arkealer ve mikroplazmaların gruplarının dahil olduğu; gerçek çekirdek zarları ve membrana bağlı organelleri olmayan, fosfolipid barındıran hücre duvarı ve tek helezonlu DNA molekülü hücre içinde serbest halde bulunan mikroorganizmaları kapsayan canlılar üst alemdir.
Mikrovillus hücrenin serbest yüzey farklılaşmalarından, özellikle emme görevi fazla olan hücrelerde, hücre dış yüzeyini artırmak için, hücre zarının bir miktar sitoplazma ile meydana getirdiği parmak şeklindeki çıkıntılardır. Boyları yaklaşık, 0,6-0,8 mikron uzunluğunda, 0,08-0,1 mikron kalınlığındadır. Özellikle bağırsak epitelinde bulunan mikrovilluslar yapılarında, makromolekülleri parçalayacak ve hücre içine taşıyacak enzimleri bulundururlar.
Sil, kirpik ya da cilia cellularia, hücrenin serbest yüzeyinde meydana gelen farklılaşmalardan ve genelde tek hücreli ökaryot hücrelerde görülen hareket organellerindendir.
Aktin, yuvarlak şekilli, yapısal bir protein. Heliks şeklinde polimerize olarak mikrofilament olarak da bilinen aktin filamentlerini oluşturur. Aktin filamentleri hücresel iskeleti oluşturur- ökaryotik hücrelerde, üç boyutlu, hücreyi boydan boya saran ağ. Aktin filamentleri hücreye mekanik destek sağlar, hücrenin şeklini belirler, hücrenin hareket etmesine olanak sağlar ; bazı tip hücrelerarası bariyerlerin oluşumunda, sitoplazma akıntısında ve hücre bölünmesi sırasında hücrenin ekvatorunda boğum oluşmasında rol alırlar. Kas hücrelerinde, miyozin adlı proteinle birlikte, kasılma eyleminin gerçekleştirilmesinde asli bir rol alırlar.
Sinir hücresi ya da nöron sinir sisteminin temel fonksiyonel birimidir. Başlıca işlevi bilgi transferini gerçekleştirmektir. İnsan sinir sisteminde yaklaşık olarak 100 milyar nöron olduğu tahmin edilmektedir. Normal bir sinir hücresi 50.000'den 250.000'e kadar başka nöronlarla bağlantılıdır. Yaptıkları özelleşmiş işlere bağlı olarak farklı şekillerde ve çeşitlerde olabilirler. Nöronların büyük çoğunluğu dört farklı yapıya sahiptir: Soma, dendritler, akson ve terminal butonlar. Soma bölgesinde çekirdek (nucleus) ve hücrenin yaşamsal işlevlerini sağlayan mekanizma bulunur. Dendiritler ise isimlerini Yunanca bir sözcük olan dendrondan almışlardır. Bu şekilde isimlendirilmelerinin sebebi şekillerinin bir ağaca benzemesidir. Dendiritler nöral iletişimin önemli alıcılarıdır. Bir nörondan diğerine geçen mesajlar, mesajı yollayan hücrenin terminal butonlarıyla mesajı alan hücrenin dendirit membranı ya da soma bölümü arasındaki birleşme yerleri olan sinapslar aracılığıyla iletilir/transfer edilir. Sinapslar işlevlerinden yola çıkılarak isimlerini Yunancada "bir araya gelmek" anlamındaki sunaptein sözcüğünden almışlardır. Sinapstaki iletişim terminal butondan öteki hücrenin membranına kadar olmak üzere tek yönlü bir şekilde gerçekleşir. Nöronun bir diğer bölümü olan akson, çoğu kez miyelin kılıfı ile kaplı uzun ve ince bir tüp şeklindedir. Aksonun temel işlevi bilgiyi hücre gövdesinden terminal butonlara taşımaktır. Aksonun taşıdığı bu temel mesaj aksiyon potansiyeli olarak adlandırılır. Aksiyon potansiyeli, kısa bir nabız atışına benzeyen elektriksel/kimyasal bir olaydır. Bütün aksonlardaki aksiyon potansiyeli her zaman aynı ölçüde ve hızdadır. Aksiyon potansiyeli aksonun dallarına ulaştığında bölünmesine rağmen ölçüsünü kaybetmez. Başka bir deyişle her akson dalı tam gücüyle bir aksiyon potansiyeli alır. Nöronlar aksonların ve dendiritlerin somadan çıkışlarına göre üçe ayrılır. Bunlardan multipolar nöron merkezi sinir sisteminde en çok bulunan bilindik nöron tipidir. Bu tip nöronlar sadece bir akson çıkışına sahipken çok sayıda dendirite sahiptir. Bipolar nöronlar bir akson ve bir dendirit ağacına sahiptir. Duyusal nöronlar genellikle bipolar nöronlardır. Bipolar nöronların dendiritleri duyusal verileri merkezi sinir sistemine iletirler. Diğer tip sinir hücreleri ise unipolar nöronlardır. Bu nöronların hücre gövdesinden çıkan ve kısa mesafede ayrılan tek bir sapı vardır. Unipolar nöronlar da bipolar nöronların yaptığı gibi duyusal verileri merkezi sinir sistemine taşımakla görevlidir. Terminal butonlar aksonların ince dallarının ucunda bulunan küçük yumrulardır. Terminal butonlar bir aksiyon potansiyeli onlara ulaştığında, nörotransmitter adı verilen kimyasalları salıverir. Nörotransmitterler alıcı hücreyi uyarır (excitation) veya engeller (inhibition). Bu şekilde diğer hücrenin aksonunda bir aksiyon potansiyeli oluşup oluşmayacağını belirler.
Moleküler biyolojideki ilk gelişmeler, hızlı çoğalan ve kullanışlı bakteri ve virüslerin incelenmeleriyle elde edilmiştir. İlerideki birçok çalışma, öncelikle prokaryotlarda, sonrasında ökaryotlara uyarlanarak sağlanmıştır.
Bazal cisimcik sentriyolden ve kısa silindirik mikrotübül diziliminden oluşmuş bir organeldir. Ökaryotik undulipodyumların taban temellerinde bulunur ve aksonem mikrotübüllerinin büyümesinde çekirdek bölge görevi yapar. Bazal cisimciklerin kaynağı olan sentriyoller, mikrotübülleri sentrozom içine sabitleyen bir çeşit mikrotübül organizasyon merkezi (MTOM) olan proteinler için tutunma bölgesi olarak görev yapar. Bu mikrotübüller, birçok ökaryotik hücredeki veziküllerin ve organellerin yapısal stabilitesini ve hareketinin kolaylaştırılmasını sağlar. Ancak bazal cisimcikler özellikle hücreden dışa doğru uzayan siller ve kamçılar için kök görevi görür.
Hücre iskeleti, bakteriler haricinde tüm hücrelerin sitoplazmasında bulunan, hücre çekirdeğinden hücre zarına uzanan ve protein filamentlerinin birbirine bağlayan kompleks ve dinamik bir ağıdır. Farklı organizmaların hücre iskeleti sistemleri benzer proteinlerden oluşur. Ökaryotlarda hücre iskeleti matrisi, hücrenin gereksinimlerine bağlı olarak hızlı büyüme veya küçülme yeteneğine sahip üç ana proteinden oluşan dinamik bir yapıdır.
Mikrofilamentler tüm ökaryotik hücrelerin sitoplazmasında bulunan hücre iskeletinin en ince filamentidir. Aktinin alt birimleri olan bu çizgisel polimerler esnek ve güçlüdür. Mikrofilamentler çok yönlüdür; hücre kasılmalarında, amipsi harekette ve hücre şeklindeki değişimlerde görev yapar. Tahminen miyozin 2 moleküler motorları tarafından gerçekleştirilen hücre motilitesi esnasında aktin filamentinin bir ucu belirli bir doğrultuda uzanırken diğer ucu kasılır. Ayrıca; miyozinlerin ATP bağımlı kas kasılmasında işlevi bulunan ince filamentlerde aktomiyozin güdümlü kontraktil moleküler motorların bir parçası olarak da görev yapar.
Motor proteinler, uygun bir tabakanın yüzeyi boyunca hareket edebilen bir tür moleküler motordur. ATP'nin hidrolizi tarafından enerjilendirilirler ve kimyasal enerjiyi mekanik işe dönüştürürler.
Ara filament ya da Ara flament mikroflamentlerden daha kalın, mikrotübüllerden daha ince olan bir hücre iskeleti elemanı. Farklı tipteki protein iplik yapılarının birbiri üzerine sarılmasıyla oluşur. En kararlı hücre iskelet elemanıdır. Hücre şeklini korur ve hücre içi yapıları sabitler. Keratin yapılı ara flamentler deri hücreleri arasında bağ kurarak dokunun dış etkenlere karşı dayanıklılığını arttırır. Keratin, saç, tırnak gibi yapılarda bulunur.
Eksenel filament olarak da adlandırılan bir aksonem, bir siliyer veya kamçının çekirdeğini oluşturan mikrotübül bazlı hücre iskeleti yapısıdır. Kirpikler ve flagella, hareketlilik sağlamak için birçok hücre, organizma ve mikroorganizmada bulunmaktadır. Aksonem, bu organellerin "iskeleti" olarak hizmet eder, hem yapıya destek verir hem de bazı durumlarda bükülme yeteneği sağlamaktadır. Kirpikler ve flagella arasında işlev ve uzunluk ayrımları yapılabilse de, aksonemin iç yapısı her ikisinde de ortaktır.
MreB, prokaryotik hücrelerin şeklini belirleyen temel bir protein olarak bilinir. Geçmişte hücre morfolojisinin peptidoglikanların senteziyle belirlendiği düşünülse de, günümüzde prokaryot hücrelerde bazı özgül proteinlerin bu süreçte önemli rol oynadığı ve peptidoglikanın yalnızca sınırlı bir etkiye sahip olduğu açıklığa kavuşmuştur. Hücre şeklini belirleyen bu proteinler, ökaryotik hücrelerdeki hücre iskeletinin temel bileşeni olan aktin ile benzerlik göstermektedir.
