Hücre Zarında Madde Alışverişi

Difüzyon, madde moleküllerinin yoğun oldukları bölgeden az yoğun oldukları bölgeye, kendiliğinden hareket etmesidir. Enerji harcanmadığı için pasif taşıma kapsamındadır. Örneğin, parfüm şişesini açtığınızda kokunun ortama yayılması, güncel hayattan difüzyona müthiş bir örnektir.

1. Enerji harcanmaz.
2. Madde geçişi çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğrudur.
3. Küçük moleküller ve gazlar difüzyonla geçebilir.
4. Hücre zarından doğrudan geçiş söz konusudur.
5. Madde geçişi, maddenin kendi kinetik enerjisiyle gerçekleşir.
6. Gaz alışverişi (oksijen ve karbondioksit) difüzyonla sağlanır.

Difizyon hızını etkileyen faktörler şunlardır:

1. Yoğunluk farkı: İki ortam arasındaki yoğunluk farkı arttıkça difüzyon hızı artar.
2. Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça moleküllerin hareketi hızlanır ve difüzyon hızı artar.
3. Molekül büyüklüğü: Küçük moleküller daha hızlı difüze olur.
4. Yüzey alanı: Difüzyonun gerçekleştiği yüzeyin genişliği arttıkça hız da artar.
5. Madde türü: Yağda çözünebilen ve elektriksel yükü olmayan maddeler daha hızlı geçer.
6. Zar kalınlığı: Zar ne kadar inceyse difüzyon o kadar hızlı olur.

Bazı maddeler, hücre zarından taşıyıcı proteinler yardımıyla geçer. Bu proteinin kapı açıp kapattığını hayal edebilirsiniz. Yoğun yerden, az yoğun yere hâlâ “bedava” geçiştir; ancak burada kapıyı açan anahtar, zardaki taşıyıcı proteintir. Enerji (ATP) yine harcanmaz, bu nedenle pasif taşımadır.

1. Enerji harcanmaz.
2. Madde geçişi çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğrudur.
3. Geçiş için taşıyıcı proteinler kullanılır.
4. Büyük ve kutuplu moleküller bu yolla taşınabilir (glikoz, bazı amino asitler gibi).
5. Madde geçişi, maddenin kendi kinetik enerjisiyle gerçekleşir.
6. Taşıyıcı proteinler maddeye özgüdür ve seçici çalışır.

Kolaylaştırılmış difüzyon hızını etkileyen faktörler şunlardır:

1. Taşıyıcı protein sayısı: Protein sayısı arttıkça difüzyon hızı da artar.
2. Yoğunluk farkı: Maddelerin yoğunluk farkı arttıkça geçiş hızı yükselir.
3. Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça moleküllerin hareketi hızlanır, difüzyon hızı artar.
4. Molekül büyüklüğü: Daha küçük moleküller taşıyıcı proteinlerden daha hızlı geçer.
5. Taşıyıcı proteinin doygunluğu: Proteinler tamamen doluysa hız sabitlenir (taşınan madde artsa da hız artmaz).
6. Madde ile taşıyıcı protein arasındaki özgüllük: Uyumlu olmayan moleküller taşınamaz, bu da hızı etkiler.

Osmoz, su moleküllerinin yarı geçirgen bir zardan çok yoğun ortamdan az yoğun ortama (diğer deyişle, su yoğunluğunun yüksek olduğu yerden, su yoğunluğunun düşük olduğu yere) difüzyonudur.

1. Enerji harcanmaz.
2. Sadece su moleküllerinin geçişidir.
3. Su, çok yoğun ortamdan az yoğun ortama değil; suyun çok olduğu yerden az olduğu yere, yani çözücü yoğunluğu yüksek ortamdan düşük ortama geçer.
4. Yarı geçirgen (seçici geçirgen) zardan geçiş gerçekleşir.
5. Canlı hücrelerde su dengesinin sağlanmasında rol oynar.
6. Bitki ve hayvan hücrelerinde turgor basıncı, emme kuvveti gibi olaylarla ilişkilidir.

Canlılar için önemlidir çünkü hücre içinde su dengesi, osmozla korunur. Bitkilerin su alarak dik durması, meyvelerin suda bekletildiğinde şişmesi gibi örnekler hep osmoz sonucu gerçekleşir.

Konuyla alakalı şu tanımları bilmek icap eder:

Ozmotik Basınç: Hücre içindeki çözünen madde miktarına bağlı olarak, dışarıdan su çekme eğilimidir. Çözünen madde ne kadar fazlaysa, ozmotik basınç da o kadar büyüktür. Bu basınç, suyu hücreye doğru çekme gücünü ifade eder. Saf suda en düşük, yoğun çözeltilerde ise en yüksektir.

Turgor Basıncı: Hücre içine giren suyun, hücre zarını içten dışa doğru germesiyle oluşan basınçtır. Bu basınç özellikle bitki hücrelerinde etkilidir çünkü hücre duvarı, suyun oluşturduğu basınca karşı koyar. Turgor basıncı, bitkilerin dik durmasını sağlar.

Emme Kuvveti: Bitki hücresinin su alma isteğidir ve ozmotik basınç ile ters orantılı olan turgor basıncı farkından kaynaklanır. Emme kuvveti = Ozmotik basınç – Turgor basıncı şeklinde ifade edilir. Hücre su kaybettikçe emme kuvveti artar; su aldıkça azalır.

Hücreler içinde bulundukları çözelti çeşitlerine göre ozmoza bağlı gerçekleşen olaylar şunlardır:

1. İzotonik ortam
2. Hipertonik ortam
3. Hipotonik ortam

1.3.1 İzotonik Ortam

İzotonik ortamda, hücrenin içindeki çözelti yoğunluğu ile dış ortamdaki çözelti yoğunluğu eşittir. Bu yüzden net bir su akışı olmaz veya ihmal edilebilir derecede düşüktür.

• Hücrede belirgin bir hacim değişikliği gözlenmez.
• Hayvan hücreleri bu ortamda normal yaşamsal faaliyetlerini sürdürür.
• Bitki hücrelerinde hafif su hareketleri olsa da turgor basıncı değişimi minimum düzeydedir.

1.3.2 Hipertonik Ortam

Hipertonik ortamda, hücrenin dışındaki çözelti yoğunluğu hücre içinden daha yüksektir. Bu durumda su, yoğun olduğu yerden (hücre içi) az olduğu yere (dış ortam) çıkar.

• Hayvan hücrelerinde büzülme (kramp) veya buruşma görülebilir.
• Bitki hücrelerinde plazmoliz (hücrenin büzüşmesi) gerçekleşir.
• Hücre uzun süre böyle bir ortamda kalırsa, yaşamsal faaliyetleri olumsuz etkilenir.

1.3.3 Hipotonik Ortam

Hipotonik ortamda, hücrenin dışındaki çözelti yoğunluğu hücre içinden daha düşüktür. Bu durumda su, yoğun olduğu yerden (dış ortam) az olduğu yere (hücre içi) doğru hareket eder.

• Hayvan hücrelerinde aşırı su alımıyla şişme ve hatta patlama (hemoliz) görülebilir.
• Bitki hücrelerinde turgor basıncı artar, hücre dikleşir ve sertleşir.
• Hücre suya doyar, ancak bitki hücreleri hücre duvarı sayesinde genellikle patlamaz.

Endositoz, büyük moleküllerin veya hücrelerin, hücre zarının oluşturduğu kesecikler (veziküller) yardımıyla hücre içerisine alınmasıdır. Hücre, adeta kucağını açıp maddeyi “yutar”. Bu sırada hücre zarı bir miktar içe doğru kıvrılır ve küçük bir kesecik oluşur.

Hücrenin içine aldığı maddenin katı ve sıvı olmasına göre ikiye ayrılır:

1. Fagositoz
2. Pinositoz
2.1.1 Fagositoz
Fagositoz, katı maddelerin hücre içine alınmasıdır. Amip gibi tek hücreliler ve savunma hücrelerimiz (akyuvarlar) bu yöntemi kullanır. Örneğin, akyuvarlar vücudumuza giren bakteri veya parçacıkları “yutarak” yok eder.
Benzetme: Fagositoz, tıpkı bir balığın yemi görüp ağzını açarak yutmasına benzer. Hücre de dıştaki katı maddeyi algılar, zarını uzatır ve maddeyi içine alır.
2.1.2 Pinositoz
Pinositoz, “hücre içme” olarak da anılır. Sıvı maddelerin (özellikle çözünmüş besinlerin) hücreye keseciklerle alınmasını ifade eder. Hücre zarı küçük cepler yaparak sıvıyı içeri hapseder ve kesecik hücrenin içinde serbest dolaşır.
Hayal Et: Pipetle su çekmeye benzer. Pipet (hücre zarı) bir cep oluşturur; suyu çektiğinde kesecik oluşur ve içeride dolaşır.

Ekzositoz ise hücrede oluşan veya hücre içine alınmış büyük moleküllerin ya da atıkların “kesecikler” yardımıyla dışarı atılmasıdır. Endositozun tam tersidir: Hücre, içerideki “yükü” bir vezikülle zarın dışına taşır.